燃料概论.ppt
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1、第二章 燃料概论,燃料分类,按状态分固体燃料、液体燃料、气体燃料按获得方法分天然燃料、人工燃料按能量释放方式分化学燃料、核燃料,燃料组成,通过工业分析、元素分析和成分分析,获取燃料化学组成,工业分析,元素分析,成分分析,确定水分、灰分、挥发分、固定碳的含量,确定C、H、O、N、S、灰分、水分的含量,确定各种物质成分的含量,一、固体燃料,主要内容,1、煤的用途2、煤的分类3、煤的化学组成4、煤的成分表达及换算5、煤的使用性能,重点掌握,固体燃料种类,天然固体燃料木质燃料矿物质燃料主要是煤人工固体燃料木炭、焦炭等,1、煤的用途,动力煤发电用煤;蒸汽机车用煤;建材用煤;一般工业锅炉用煤;生活用煤;冶
2、金用动力煤炼焦煤炼焦炭用,包括气煤、肥美、焦煤、瘦煤等化工原料,2、煤的种类,根据母体物质碳化程度不同,分为四大类泥煤褐煤烟煤无烟煤,泥煤,在地质学上最年轻的煤,刚刚由植物转变而来在物理化学性质上尚保留植物遗体痕迹,质地疏松含氧量最高达28-38%,含碳较少,密度小,呈酸性,水分含量高,在使用性能上挥发分高,可燃性好,反应性强,极易氧化和自燃;含硫量低,机械性能差,灰分熔点低工业应用工业价值不大,不适合长途运输小型锅炉燃料或气化原料,生产绿色有机复合肥中应用较广泛,褐煤,地质学经泥煤进一步变化后生成,已完成了植物遗体的炭化过程。因能将热碱水染成褐色得名物理化学性与泥煤相比,密度较大,含碳量较高
3、,氢和氧的含量较小,挥发分产率较低使用性能粘结性弱,很易于氧化和自燃,吸水性较强,新开采褐煤机械强度较大,但易在空气中风化和破碎工业用途可作为地方性燃料,不适合远地运输和长期储存,烟煤,物理化学性质炭化程度较高。与褐煤相比,含碳量增加,氢和氧的含量减少,挥发分较少,密度较大,吸水性较小工业用途冶金工业和动力工业不可缺少的燃料近代化学工业的重要原料炼焦的主要原料,其最大的特点是具有粘结性,这是其他固体燃料所没有的,烟煤,低变质程度长焰煤、气煤中等变质程度肥煤、焦煤高变质程度瘦煤、贫煤,分类依据主要是粘结性大小和挥发分产率大小,无烟煤,地质学矿物化程度最高的煤,也是年龄最老的煤物理化学性密度大,含
4、碳量高,挥发分极少,组织致密而坚硬,吸水性小,灰分少,含硫量低使用性能受热易爆裂成碎片,可燃性较差,不易着火,但发热量大工业用途燃料,适合长途运输和长期储存;化肥、陶瓷、制造锻造等行业,北京京煤集团,晋城煤业集团,焦作煤业集团,河南永城矿区,神华宁煤集团,阳泉煤业集团,煤的细分种类,有的煤叫贫煤、肥煤、不粘煤是怎么回事,是如何分的?工业上将煤分为四大类,每一大类中又分为很多小类,为什么要进行细分?,3、煤的化学组成,煤由结构极其复杂的有机化合物和一些无机矿物质组成。化学组成测定方法元素分析法工业分析法,煤的化学组成,元素分析C:主要可燃元素,炭化程度越高,含碳量越大泥煤:70%烟煤:7890%
5、褐煤:7078%无烟煤:90%以上,碳C,氢H,氧O,氮N,硫S,灰分A,水分W,可燃质,惰性质,氢(H),煤的主要可燃元素,含量较低,一般在5%以下。以两种形式存在:有效氢氢元素与C、S结合热值很高,约为C的3.7倍化合氢氢元素与O结合形成不可燃化合物H2O,氧(O)和氮(N),氧(O)是煤中的有害元素,与C、H结合构成氧化物,使它们失去燃烧性而降低煤的热值。炭化程度高,氧含量降低氮(N)一般不反应。但高温下会氧化形成有害气体NOx,产生污染一般含量为0.52%干馏工业中,可作为氮素资源回收,硫(S),硫(S)有三种存在形式有机硫,来自母体植物,均匀分布黄铁矿硫,与铁结合在一起形成FeS2硫
6、酸盐硫,以硫酸盐的形式存在,主要是CaSO42H2O和FeSO4前两种硫都能参加燃烧,总称为可燃硫或挥发硫;第三种硫不能进行燃烧,硫(S)是一种极为有害的物质硫在燃烧后生成SO2和SO3能危害人体健康和造成大气污染及形成酸雨在加热炉中能造成金属的氧化和脱碳在锅炉中能引起锅炉换热面的腐蚀焦炭中的硫还影响生铁和钢的质量很多情况下都要进行脱硫洗选除掉黄铁矿硫和硫酸盐硫,灰分(A),灰分(A)为煤中矿物杂质,在燃烧过程中经高温分解和氧化作用后生成固体残留物是一种有害成分影响高炉冶炼的经济技术指标降低煤发热量低熔点灰分易结渣,有碍于空气流通和气流的均匀,使燃烧过程受到破坏造成不完全燃烧,不利于设备维护和
7、操作,水分(W),外部水分不被燃料吸收而是机械地附在燃料表面上的水在大气中自然风干后即可去除内部水分被煤粒内部毛细孔吸附的水分,在内部均匀分布自然风干不能去除,在105110加热后去除通常指水分就是上两种,称为全水分化合水矿物杂质的矿物结晶水,在200500加热后去除热解水有机质中的氢和氧在干馏或燃烧后形成的水,注意跟书本P7区别,4、煤的成分表达及换算,4.1 元素分析以各元素组分的质量百分比表示,C+H+O+N+S+A+W=100,成分分析基准用来表达成分含量所处状态和条件,可确切地反映煤的特性,使各种分析结果具有可比性,常用的分析基准,4种元素分析的成分基准(成分表达),收到基,空气干燥
8、基,干燥基,干燥无灰基,燃烧计算时使用,用于确定内在水分,用于确定灰分,用于煤的分类和表示挥发分含量,应用基,分析基,干燥基,可燃基,下标ar,下标ad,下标d,下标daf,收到基以包括全部七种组分在内的燃料成分总量作为计算基准,又称应用基。各组分在收到基燃料中的质量百分数称为收到基成分。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100空气干燥基以除去外部水分后的燃料成分总量作为计算基准。各组分在空气干燥基燃料中的质量百分数称为空气干燥基成分Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100,干燥基:以除去全水分后的燃料成分总量作为计算基准。各组分在干燥基燃料中的质量
9、百分数即为干燥基成分Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100以Ad表示灰分含量更为准确干燥无灰基:以除去水分和灰分后的燃料成分总量作为计算基准,又称可燃基Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100,成分换算,相对于收到基成分,干燥成分被放大了100/(100-War)倍,因此干燥成分/收到基成分 100/(100-War)相对于收到基成分,可燃成分被放大了100/(100-War-Aar)倍,因此可燃成分/收到基成分 100/(100-War-Aar)相对于干燥成分,可燃成分被放大了100/(100-Ad)倍,因此可燃成分/干燥成分 100/(100-Ad),例、试将下列煤的成
10、分换算成收到基成分,根据 首先应求出灰分的收到基含量AarAar=Ad*(100-War)/100=12.5*(100-20)/100=10Car=Cdaf*(100-War-Aar)/100=50.4Har=3.5 Oar=14.0 Nar=1.4 Sar=0.7,可燃成分/收到基成分=100/(100-Aar-War),4.2 煤的工业分析煤的元素分析工作量大,复杂,工程应用多用工业分析成分。内容是测定水分、灰分、挥发分和固定碳的百分含量方法:干馏,即把煤在隔离空气的情况下加热把煤加热到110oC,使水分蒸发,测出水分含量在隔绝空气下加热到850oC,测出挥发分含量然后通入空气使焦块全部燃
11、烧,测出灰分和固定碳含量,煤干馏过程,首先全水分蒸发W接着逸出的全部气体称为挥发分V矿物结晶水、挥发性成分、热分解产物比如有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、N2、热解水蒸汽、矿物结晶水蒸汽然后形成的固体残留物为焦块固定碳 FC100(WVA)灰分最后通入空气燃烧剩下的是灰分A,两个小问题,1、如何保证干馏过程煤与空气隔绝2、工业分析得到的碳含量与元素分析的碳含量是否相同?为什么?,工业分析作用,确定煤的具体属类有利于确定煤的用途和制定工艺制度挥发分高的煤,干馏时可以得到较多的煤气和焦油,燃烧时火焰较长固定碳多的煤,干馏时焦炭的收得率高,挥发分含量确定煤种,例,计算固定碳含量FC,并换算为
12、FCd。初步判断煤样大类,5、煤的使用性能,5.1煤的发热量(热值)定义单位质量的燃料完全燃烧释放出的热量,Q两种发热量高位发热量:单位质量的煤完全燃烧后,燃烧烟气的温度降低至室温时放出的全部热量低位发热量:单位质量的煤完全燃烧时,所放出全部热量中去除烟气中水蒸气汽化热后的热量,煤的发热量是煤质的重要指标,是计算热平衡、耗煤量、热效率等的依据,煤的发热量测定,3种方法氧弹量热计直接测定应用工业分析值计算应用元素分析值计算,5.2 煤的比热、导热系数,室温下煤的比热约为0.841.67kJ/(kg)比热随煤的变质程度、水分、矿物质含量和环境温度变化而变化炭化程度高,比热减小泥煤1.38,褐煤1.
13、21,烟煤1.001.09通常,矿物质含量增高,比热降低温度变化,比热先增后降,导热系数,一般在0.2320.348W/(m)随炭化程度升高和温度升高而增大同一煤种,水分含量增大,导热系数增大,5.3 粘结性和焦结性,粘结性:粉碎后的煤在隔绝空气的情况下加热到一定温度时,煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质焦结性:指在工业炼焦条件下,一种煤或几种煤混合后的粘结性,也就是煤能炼出冶金焦炭的性质了解粘结性和焦结性有助于知道某种煤是否适于炼焦及其燃烧特性强粘结性的煤在气化和燃烧时,容易结成大块,严重影响气流的均匀分布,粘结序数,实验室中用坩埚法测定粘结性,干馏后按外形分八个等级,称为粘结序数1粉状焦炭残留
14、物均为粉末2黏着残留物粘着,手轻压成粉末3弱黏着残留物粘结,手轻压碎成小块4不熔融黏结手指用力压裂成小块5不膨胀融化黏结成浅平饼状,表面有银白色金属光泽6微膨胀熔融黏结表面银白色金属光泽,表面有小气泡7膨胀熔融黏结表面银白色金属光泽,高度不超过15mm8强膨胀熔融黏结焦渣高度大于15mm,5.4 煤的耐热性,煤在高温条件下对热的稳定程度,反映煤在受热时是否易于破碎,或者块煤在高温下保持原有粒度的能力耐热性的好坏影响煤的燃烧和气化效果耐热性好,气化或燃烧时能保持完整的块度,逐步完成气化或燃烧耐热性差,则易破碎成小块或粉末,造成气流通道阻力增大甚至局部堵塞,易发生烧穿现象,耐热性受水分和煤结构因素
15、的影响结构不均一,受热时易造成较大的内外温差,导致破碎裂隙中的水分高温下急剧蒸发,导致爆裂,耐热性的影响因素,无烟煤和褐煤的热稳定性较差,5.5 煤的结渣性,煤燃烧产生高温,使灰分熔融成渣。结渣性即煤中矿物质的结块性能对燃烧和气化均不利影响因素主要有煤的灰分产率、煤灰的熔融性以及环境气氛熔融温度低,结渣率高灰分高,结渣率高还原性气氛中结渣率高于氧化性气氛,二、液体燃料,本小节主要内容,石油的组成是什么样的?石油如何进行加工进而利用?石油的加工产品都有哪些?石油产品的使用性能如何?,液体燃料分类,液体燃料,天然液体燃料,石油,人工液体燃料,煤 燃料油,重油、渣油汽油、柴油、煤油,液体燃料的特点,
16、热值高1kg石油燃烧放热41.8MJ,1kg煤燃烧热量20.929.26MJ灰分含量低,易燃烧便于运输和贮存污染物排放低烟尘排放量很低轻油氧化硫排放量低,石油,石油,淡黄色到黑色,大多是黑色,流动或半流动的粘稠液体,相对密度一般小于1,石油的重要性,工业的血液,石油化工产品几乎能用于所有的工业部门现代化的工业离不开石油,就像人体离不开血液一样。极其重要的国家战略物资除了是工业运转的“血液”还是国防的关键物资世界能源争夺的焦点1980年的两伊战争、2003年伊拉克战争等,一、石油的化学组成,组成元素,石油,组成石油的元素主要是碳、氢、氧、氮、硫五种,另外含有少量的水分和灰分。其中主要的是碳和氢两
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