第三章燃料组成分析.docx

第三章燃料组成分析.docx

《第三章燃料组成分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章燃料组成分析.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第三章燃料组成分析

第三章燃料组成分析

煤的化学组成和结构十分复杂，但作为能源使用，只要了解它与燃烧有关的组成，例如工业分析组成和元素分析组成，就能满足电厂燃烧技术和有关热力计算等方面的要求。

第一节煤的工业分析

煤的工业分析组成包括水分、灰分、挥发分和固定碳四项成分。

根据工业分析，可初步判断煤的种类、性质和工业用途。

在火电厂中，工业分析数据是锅炉运行人员调节燃烧工况、计算热效率和提高锅炉运行的安全性和经济性不可缺少的依据。

一、煤中水分的测定

（一）煤中水分对燃烧的影响

煤的水分，是煤炭计价中的一个辅助指标。

它的水分直接影响煤的使用、运输和储存。

煤的水分增加，煤中有用成分相对减少，且水分在燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的低位发热量。

水分含量过高，会使煤着火困难，影响燃烧速度，降低炉膛温度，增加化学和机械不完全燃烧热损失。

同时使炉烟体积增加，从而增加炉烟排走的热量和引风机的耗能量。

煤的水分增加，还增加了无效运输，并给卸车带来了困难。

特别是冬季寒冷地区，经常发生冻车，影响卸车。

同时，由于流动性变坏，在输煤过程中容易造成煤仓、输煤管路堵塞。

但是，当煤中含有适量水分时，可以防止储运、装卸过程中煤粉损失，减少对环境的污染。

在燃烧时，火焰中有一定量水蒸气，则有利于残碳气化，有利于燃烧。

同时还可以加强传热。

所以煤中有适量水分能改善燃烧工况和提高炉膛辐射效果。

（二）煤中水分的在形态

1．煤中游离水和化合水

　　煤中水分按存在形态的不同分为两类，既游离水和化合水。

游离水是以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分；化合水也叫结晶水，是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。

如硫酸钙（CaSO4·2H2O）和高龄土（Al2O3·2SiO2·2H2O）中的结晶水。

游离水在105～110℃的温度下经过1～2小时可蒸发掉，而结晶水通常要在200℃以上才能分解析出。

　　煤的工业分析中只测试游离水，不测结晶水。

　　2．煤的外在水分和内在水分

　　煤的游离水分又分为外在水分和内在水分。

　　外在水分（Mf），是附着在煤颗粒表面和大毛细管孔（直径>10-5cm）中的水分。

外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。

它的含量多少与煤的性质无关，而主要取决于外界条件，如大气温度、湿度等。

因而它不是一个固定值，工业分析中不测外在水分。

内在水分（Minh），是吸附在煤颗粒内部小毛细孔（直径<10-5cm）中的水分。

内在水分在室温下不会失去，需在100℃以上的温度经过一定时间才能蒸发。

工业分析中空气干燥煤样在105~110℃的温度条件下失去的水分，称内在水分。

由于空气干燥煤样失去的水分不是确定值，因而内在水分也不是一个确定值，它随煤样空气干燥的条件而变，煤样可比性。

但它可作为基准换算的必需参数，因为所有煤质分析的数据都是由空气干燥煤样测定的。

最高内在水分，当煤颗粒内部毛细孔内吸附的水分达到饱和状态时，这时煤的内在水分达到最高值，称为最高内在水分。

理论上是100％的湿度条件下煤所能容纳的水分为内在水分，但由于实际测定困难，只能以相对湿度为96％，温度为30℃下测得的水分来表示，符号为MHC。

最高内在水分与煤的孔隙度有关，而煤的孔隙度又于煤的煤化程度有关，所以，最高内在水分含量在相当程度上能表征煤的煤化程度，尤其能更好地区分低煤化度煤。

如年轻褐煤的最高内在水分多在25%以上，少数的如云南弥勒褐煤最高内在水分达31%。

最高内在水分小于2%的烟煤，几乎都是强粘性和高发热量的肥煤和主焦煤。

无烟煤的最高内在水分比烟煤有所下降，因为无烟煤的孔隙度比烟煤增加了。

3．煤的全水分

　　全水分，是煤炭按灰分计价中的一个辅助指标。

煤中全水分，是指煤中全部的游离水分，即煤中外在水分和内在水分之和。

必须指出的是，化验室里测试煤的全水分时所测的煤的外在水分和内在水分，与上面讲的煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分是完全不同的。

化验室里所测的外在水分是指煤样在空气中并同空气湿度达到平衡时失去的水分（这时吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失去一部分，其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大），这时残留在煤中的水分为内在水分。

显然，化验室测试的外在水分和内在水分，除与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分有关外，还与测试是空气的湿度和温度有关。

（三）煤中水分测定方法

动力用煤水分的常规分析有收到基煤样的全水分和空气干燥基煤样的内在水分两项。

煤中水分的测定方法有直接法和间接法两种。

直接法是直接测定煤的含水量。

间接法是使煤在一定温度下干燥，根据煤样的减重计算储水分的含量。

直接法手续繁琐，但其测定结果准确。

间接法简便，其测定结果的重现性也较好，缺点是在干燥过程中，可能使煤中的有机质发生氧化、分解，测定高挥发分的煤种更是如此。

因此，测定结果只能是近似值，但能符合工业要求。

我国国家标准方法多是采用间接法。

1．全水分的测定

根据《煤中全水分的测定方法》GB211－1996的规定，全水分的测定有A、B、C、D四种方法。

其方法要点分述如下：

1）方法A（通氮干燥法）

本法适用于各种煤，所用煤样的粒度为小于6mm的煤样。

用预先干燥和称量过（称准至0.01g）的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样10~12g（称准至0.01g），平摊在称量瓶中。

打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到105～110℃的干燥箱中。

烟煤干燥1.5h，褐煤和无烟煤干燥2h。

从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，在空气中放置约5min，然后放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量（称准至0.01g）。

进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.01g或质量增加时为止。

在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。

水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。

2）方法B（空气干燥法）

本法适用于烟煤和无烟煤，所用煤样的粒度为小于6mm的煤样。

用预先干燥和称量过（称准至0.01g）的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样10~12g（称准至0.01g），平摊在称量瓶中。

打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中。

在鼓风条件下、烟煤干燥2h，无烟煤干燥3h。

从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，在空气中放置约5min，然后放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量（称准至0.01g）。

进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.01g或质量增加时为止。

在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。

水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。

3）方法C（微波干燥法）

本法适用于烟煤和褐煤，所用煤样的粒度为小于6mm的煤样。

4）方法D

本法适用于外在水分高的烟煤和无烟煤，所用煤样的粒度为小于13mm的煤样。

根据不同情况，可选用一步法和两步法；

一步法

称取一定量的粒度小于13mm的煤样，在空气流中、于105～110℃下干燥到质量恒定。

然后根据煤样的质量损失计算出水分的百分含量。

两步法

将粒度小于13mm的煤样，在温度不高于50℃的环境下干燥，测定外在水分；再将煤样破碎到粒度小于6mm，在105～110℃下测定内在水分，然后计算出全水分含量。

5）精密度

两次重复测定结果的差值不得超过下表规定：

全水分，％

重复性，％

<10

0.4

≥10

0.5

2．内在水分的测定（空气干燥基水分的测定）

《煤的工业分析方法》GB212-2001规定，使用粒度小于0.2mm的空气干燥基煤样测定煤的内在水分。

《煤的工业分析方法》GB212-2001将甲苯蒸馏法删去了。

此标准规定了煤的2种内在水分测定方法。

其方法要点分述如下：

1）方法A（通氮干燥法）

此方法适用于所有煤种。

在仲裁分析中遇到有用空气干燥煤样水分进行校正及基的换算时，应用此法测定空气干燥煤样水分。

用预先干燥和称量过（精确至0.0002g）的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至0.0002g，平摊在称量瓶中。

打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气1）并已加热到105～110℃的干燥箱中。

烟煤干燥1.5h，褐煤和无烟煤干燥2h。

注：

1）在称量瓶放入干燥箱前10min开始通气，氮气流量以每小时换气15次计算。

从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。

进行检查性干燥，每次30min，直到，连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g或质量增加时为止。

在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。

水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。

图1玻璃称量瓶

2）方法B（空气干燥法）

此方法仅适用于用煤和无烟煤。

用预先干燥并称量过（精确至0.0002g）的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至0.0002g，平摊在称量瓶中。

打开称量瓶盖，放入预先鼓风1）并已加热到105～110℃的干燥箱中，在一直鼓风的条件下，烟煤干燥1h，无烟煤干燥1～1.5h。

注：

1）预先鼓风是为了使温度均匀。

将称好装有煤样的称量瓶放入干燥箱前3~5min就开始通风。

从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。

进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过0.001g或质量增加时为止。

在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。

水分在2%以下时，不必进行检查干燥。

3）结果计算

式中：

Mad——空气干燥煤样的水分含量，%；

m1——煤样干燥后失去的质量，g；

m——煤样的质量，g。

4）水分测定的精密度

水分测定的重复性如下表规定：

水分（Mad），％

重复性限，％

<5.00

0.20

5.00～10.00

0.30

>10.00

0.40

二、煤中灰分的测定

煤的灰分，是指煤中所有可燃物在815±10℃条件下完全燃烧，其中矿物质在空气中发生一系列分解、化合等复杂反应后所剩余的残渣。

煤中灰分来自矿物质，但它的组成和重量与煤中矿物质完全不同，因为这个残渣是煤中可燃物完全燃烧，煤中矿物质（除水分外所有的无机质）在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、化合反应后的产物，所以确切地说，灰分应称为灰分产率。

一般简称为灰分。

（一）煤中矿物质

　　煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。

　　a.内在矿物质，又分为原生矿物质和次生矿物质。

　　原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%；次生矿物质，是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。

次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大。

很难用洗煤的方法除去，只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去。

b.外来矿物质，是在采煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。

可用洗选的方法将其从煤中分离出去。

（二）煤中矿物质在高温灼烧时的化学变化

煤中矿物质是指煤中除水分以外的所有无机物质，它们是由各种硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氧化亚铁等矿物组成。

煤中矿物质在815℃的灰化温度下灼烧，其中许多组分发生变化：

1．粘土、石膏等水合物失去结晶水

2SiO2•Al2O3•2H2O→ 2SiO2+Al2O3+2H2O↑

CaSO4•2H2O→CaSO4+2H20↑ 

2．碳酸盐受热分解放出CO2

CaCO3•MgCO3→CaO+MgO+2CO2↑

FeCO3→FeO+CO2↑

3．氧化亚铁和硫化铁发生氧化反应

4FeO+O2→2Fe2O3

4FeO+11O2→2Fe2O3+8SO2↑

4．硫酸钙的生成

2CaCO3+2SO2+O2→2CaSO4+2CO2↑

2CaO+2SO2+O2→2CaSO4 

（三）灰分对电力生