煤的发热量及其计算

% 卡 / 克!% " 0! " # " $ " / 磅 "
如按过去的概念对煤下的定义是只有 ! 3 "+( 4 的固体可燃矿产， 凡 ! 3 5 +(4 者即称为碳质页岩。而从 ! 注： 充分利用热能资源的观点来看， 只要具有一定发热量的固体可燃矿产均应属于煤炭产品的范围之内。
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第三篇
煤的发热量及其计算
第三篇
第一章
煤炭发热量的定义及其测定的意义
第一章
煤炭发热量的定义及 其测定的意义
第一节
煤炭发热量的定义及其表示方式
煤 ! 的发热量是指单位质量 （公斤或克， 英制质量单位为磅） 的煤完全燃烧后产生的 热量 （千卡或卡， 英制热量单位为 ! " # " $ " ） 。热量单位中的一 “卡” ， 通常是指一克纯水升 因此在热量单位中使 高 %& 时所需要的热量。由于水的比热随水温的不同而稍有差异， 用的卡还常分为不同温度下的卡， 如 ’(& 卡和 %)& 卡等。所谓 ’(& 卡 （或 %)& 卡） 是指 （或 %+ " )& ） 加热到 ’( " )& （或 %) " )& ） 时所需的热量。我国采用的热 % 克纯水从 %* " )& 量单位为 ’(& 卡， 西德等国则采用 %)& 卡， 而国际蒸汽表热量单位中 “卡” 的温度比 %)& 卡还低。在 %)& 卡中每卡所含的热能比 ’(& 卡的稍高。至于英制热量单位中所采用的 平均 ! " # " $ " ， 是指 一 磅 纯 水 从 ,’- . 加 热 到 ’%’- . 时 所 需 的 热 量 的 % / %0(。人 们 根 据 对表示煤炭发热量的两种单位 “卡 / 克” 和 %! " # " $ 1 ’)’ 卡和 % 磅 1 +), " 2 克的近似关系， “ ! " # " $ " / 磅” 之间可按下式换算： %! " # " $ " / 磅!’)’ 卡 / +), " 2 克! 或 % 卡 / 克； %"0
第二节
煤炭发热量测定的意义
煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。首先从目前煤作为用途最广、 用量最多的 动力燃料方面来看， 煤的发热量越高， 经济价值也越大。煤在燃烧或气化过程中， 需根据 其发热量计算热平衡、 耗煤量和热效率， 根据这些计算参数即可考虑改进操作方法和工 艺过程， 从而设法使其达到最大限度的热利用率。根据煤的发热量还可以估算锅炉燃烧 时的空气需要量， 废气生成量以及可以达到的理论燃烧温度等。此外， 在设计电厂锅炉 和蒸发量大的各种高压锅炉时也需要根据煤的平均低位发热量来考虑锅炉种类、 型号、 燃烧方式以及燃烧时的物料平衡等一系列参数的计算。 由于煤的发热量是表征煤的各种特性的综合指标， 因此它在煤质研究工作中也是一 个十分重要的参数。考虑到在煤燃烧过程中， 煤中矿物质分解时要吸收热量而降低纯煤 的发热量， 且矿物质含量越多， 降低的热量也越多， 因此在煤质研究中常需采用经比重大 于 % 的重液洗选后的精煤发热量或灰分不超过 %"; 的低灰分原煤发热量。纯煤发热量 （最理想是采用镜煤质的发热量） 首先是反映各种煤煤化程度的函数。如在各种固体矿 产燃料中， 煤化程度最低的泥炭的纯煤发热量也最低， 一般在 8""" < 7""" 卡 # 克之间。 煤化程度稍高的褐煤， 其纯煤发热量就明显地升高至 7""" < ,!"" 卡 # 克左右。进入烟煤 阶段以后， 纯煤发热量继续增高， 直到焦煤和低挥发份肥煤阶段， 纯煤的发热量达到最高 值 （一般不大于 ’5"" 卡 # 克） 。随着煤化程度的进一步增高， 纯煤发热量即开始有所下 ・ 4!" ・
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第三篇
煤的发热量及其计算
第二章
煤的发热量与其它煤质 指标间的关系
鉴于煤的发热量是表征煤炭特性的综合指标， 因而它与煤的其它许多指标之间也就 必然存在着不同程度的相关关系。只有深入透彻地了解煤的发热量与其它煤质指标之 间的相互关系， 才能较为正确地利用工业分析或元素分析结果推导出符合客观实际的能 适合于计算各种煤的发热量的半经验公式或经验公式。为了消除煤中矿物质对煤的发 热量和其它煤质指标的影响， 本书在讨论它们之间的关系时所用的数据均采用重液洗选 后的精煤或低灰分 （ ! ! " #$% ） 原煤的化验结果。
图!"#"$
煤的发热量和挥发份的关系
此外， 在图 ! " # " $ 中还可看出： （$） 其 " %-. 一般都在 &23* 卡 + 克以下， 其中 ! % 4 5( 的年老无烟 ! % !$*( 的无烟煤， ・ !5! ・
第三篇
煤的发热量及其计算
煤， 而 " ! ( )* 的超无烟煤， 它们的 ! !"# 又进一步降至 $)&& ! !"# 又都小于 $%&& 卡 ’ 克， 卡 ’ 克以下， 事实上， 在这部分无烟煤中有相当一部分具有半石墨甚至石墨状结构。 （)） 在我国的无烟煤中， 属年老的京西和广东四望嶂煤在图上表现得较为异常， 如一 般 " ! + % , -* 的无烟煤， 其 ! !"# 应在 $.&& , $/&& 卡 ’ 克之间， 而这两矿区的一些无烟 煤， 但 ! !"# 却仅达 -01& , -$1& 卡 ’ 克左右。我们从这两矿区煤的元素组 " ! 虽为 % , -* ， 至于造成 " ! 偏高的原因还有待今后进 份来分析， 显然系 " ! 值偏高而并非 ! !"# 值偏低， 一步研究解决。 为了进一步了解无烟煤的 " ! 和 ! !"# 之间的定量相关关系， 我们还选取了 .) 个测值 较为准确可靠、 代表性较强 （但不选取京西等特殊无烟煤） 的全国统一检查煤样和研究煤 样， 计算了它们的可燃基挥发份 （ " !） 和可燃基高位发热量 （ ! !"# ） 间的相关系数 # + 而由相关系数表查出， 自由度为 .& 时的临界值为 & 2 1-/， 因 & 2 13$ 大于 & 2 1-/， 故 & 2 13$， 在 31* 的概率下， 无烟煤的 " ! 和 ! !"# 之间有显著的线性相关关系。也就是说， 总的趋 势是无烟煤的 ! !"# 系随其 " ! 的增高而增高。 （%） 最高 " ! 在 01* 左右的年轻煤的发热量变化范围最大， ! !"# 最低为 /0&& 卡 ’ 克， 为 $)&& 卡 ’ 克。这是因为属于这一挥发份产率的既有褐煤又有长焰煤 （前者的发热量显 著地低于后者） 甚至还有气煤。可见， 尽管褐煤和长焰煤以及气煤的挥发份产率可以相 同， 但它们挥发份之间的组成成份 （质量） 却是不同的， 因而它们的发热量也就相差很远。 但是对于同一煤种来说， 挥发份 " ! 越高时， 可燃基高位发热量 （ ! !"# ） 就越低。如挥发份 它们的平均 ! !"# 值就依次比 " ! 为 1&* 的和 /&* 左右的褐煤为 " ! 为 0&* 左右的褐煤， 高。 （0） 高硫煤特别是高有机硫煤在图中也表现得较特殊， 即在 " ! 相同的情况下， 高硫 煤 （ $4 的 ! !"# 值比一般正常煤偏低。如图 % 7 ) 7 . 中 " ! 为 .. , .$* 左 5 6 1 , .&* 以上） 而同样 " ! 的其它 右的广东、 广西的高硫贫、 瘦煤， 它们的 ! !"# 仅为 -3&& , $0&& 卡 ’ 克， 煤， 有一部分碳 ! !"# 多在 $1&& , $-1& 卡 ’ 克之间。这是因为高有机硫煤的组份结构中， 和氢被硫所取代的缘故。另外， 在换算成为 ! !"# 时， 没有按弹筒洗液硫来校正 $ 4 5 6 0* 的高硫煤 （仍按全硫校正） 也是造成 ! !"# 偏低的原因之一， 但由此造成的偏差不超过 .&& 卡 ’ 克。 （1） 图中一部分腐泥质的烟煤 （如长广、 依兰） 和腐泥质的褐煤 （如广东石鼓） 表现也 颇特殊， 即这些煤的挥发份虽然很高， 但其发热量仍然很高， 这是因为腐泥成因煤的氢含 量显著地高于同一变质阶段的腐植煤， 氧含量则低于腐植煤。因此尽管其挥发份很高， ・ %00 ・
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一章
煤炭发热量的定义及其测定的意义
降， 进入无烟煤阶段以后， 纯煤发热量即有较为明显的下降， 而到最年老的无烟煤阶段， 纯煤发热量急剧下降到 !!"" # !$"" 卡 % 克左右。此外， 根据纯煤发热量的大小还可以概 略地推测一些煤的特征指标。如纯煤发热量高达 &!"" 卡 % 克以上的 （特别是达到 &&"" 卡 % 克左右的） 几乎都是强粘结性的焦煤或肥煤类， 而纯煤发热量低于 !’"" 卡 % 克的则极 大多数都是无粘结性的年轻煤。 鉴于年轻煤的纯煤发热量随其煤化程度的变化而常有较明显的变化， 同时年轻煤的 水分含量也常随其煤化程度的变化而变化， 因此一些国家的煤分类中， 常用含水无灰基 煤的发热量作为划分年轻煤类别的指标。如国际煤分类中， 对可燃基挥发份大于 (() 的 年轻煤就采用恒湿 （温度 ("* ， 相对湿度 +,) ） 无灰基煤的高位发热量作为划分烟煤和 褐煤的指标， 以及划分烟煤小类的指标。在美国的煤分类中， 对可燃基挥发份大于 (-) 的年轻煤也采用恒湿无矿物质基煤的发热量来划分小类别。在我国， 最近也正在研究用 含水 （最高内在水分） 无灰基煤的高位发热量来划分我国年轻煤的牌号。 综上所述， 无论从理论上或实用意义上来说， 测定煤的发热量都有十分重要的意义。 由于在发热量的测定过程中常受其仪器性能和周围环境等一系列因素的影响， 经常产生 较大的测定误差。为此， 在使用发热量指标时， 对可疑数据必须及时复查， 必要时应予舍 弃。
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煤的发热量及其计算
如某一煤样的发热量为 !""" 卡 # 克， 换算成英制热量单位时为： !""" $ % & ’( & ) & * & # 磅 + ,-""( & ) & *， #磅 & 目前， 在国际标准化组织 （%./） 推荐的固体矿物燃料的发热量测定标准中， 对燃料的 热量单位还建议直接采用热功单位 “焦耳” 表示， 即采用百万焦耳 # 公斤 （ 01 # 2 3） 为表示单 位。热量单位 “卡” 与热功单位 “焦耳” 之间的近似关系为： 较为精密的 % 焦耳 + " & -45 卡， 关系为： （ -"6 卡）+ ! & %’%7 绝 对 焦 耳， （ -"6 卡） ； 或%卡 %卡 % 绝 对 焦 耳 + " & -45% 卡 （%86 卡） （%86 卡） 。 + ! & %’88 绝对焦耳， % 绝对焦耳 + " & -4’5 卡 国际标准化组织推荐的国际蒸汽表热量单位 % 卡 + ! & %’7’ 绝对焦耳； % 绝对焦耳 + ・ 米。 " & -4’’!7 卡 + % $ %", 尔格 + % 牛顿 英制热量单位 %( & ) & * & + %"88 & ,5 绝对焦耳； % 绝对焦耳 + 5!,% & 8’ $ %" 9 , ( & ) & : & 。
第二章
煤的发热量与其它煤质指标间的关系
最高， 这显然是不正确的， 但由于无烟煤具有缓慢燃烧的特性， 故在相同的燃烧条件下， 它的热利用率往往比其它煤高， 从而容易被人误解为其发热量最高。图 ! " # " $ 表明， 至于 ) % 在 #* ’ !#( 左右的不粘结煤 ! % 在 $& ’ !#( 之间的焦煤和肥煤的发热量最高， 的发热量却大部分低于 &*** 卡 + 克， 有的甚至低于 ,*** 卡 + 克， 这是因为这些煤的氧化 度较高， 煤中氧含量比相同挥发份的焦煤和肥煤显著增高， 碳和氢含量则显著降低 （氮含 量也明显地偏低） 的缘故。不粘结煤在我国的西北地区和内蒙古自治区的分布比较广 泛。可见， 同样挥发份的煤， 它们的 " %-. 可相差几百卡 + 克甚至一千卡 + 克以上。一般说 其坩埚粘结性大者， 发热量也高， “ 坩粘” 越小， 发热量也越低。这是因 来， 在 ! % 相同时， 为不同煤的挥发份数量虽然相同， 但挥发份的质量 （即组成成份） 却相差很远， 因而它们 的发热量也就可相差很大。粘结性强的煤， 由于还原程度高， 所以在其热裂解后的挥发 物质中， 低分子量的碳氢化合物 （如甲烷、 乙烷、 乙烯、 丙烯和乙炔等） 以及氢气、 一氧化碳 等含量也高， 而这些都是高发热量物质。反之， 粘结性弱甚至没有粘结性的煤， 由于其含 氧量高， 因而挥发物中的 /0# 、 故发热量 1# 0 和 0# 等无热值的气体组份所占比例也多， 低。
第一节
煤的可燃基高位发热量和可燃基挥发份的关系
从图 & ’ ( ’ # 看出， 煤的可燃基高位发热量 （ " )*+ ） 与可燃基挥发份产率 （ # )） 之间具 有较好的呈弧形的变化关系， 即煤的挥发份越高， 其发热量就越低， 如 # ) , -$ . /$% 左 右的褐煤， 其 " )*+ 一般均低达 /$$$ . 0&$$ 卡 1 克之间 （甚至有的低于 /$$$ 卡 1 克） 。反 之， 随着煤的挥发份逐步降低， 其发热量就逐渐增高， 如煤的挥发份降至约 (2% 左右时， 其发热量达到最高值， 一般为 2/$$ . 22$$ 卡 1 克之间 （成煤初期可能受过氧化作用的坩 埚粘结性为 # . ( 号的不粘煤除外） 。但是， 当煤的挥发份降至 (2% 以后， 其发热量即随 当 # ) 降至 -% 以下时， 即进入年老无烟煤阶段后， # ’ # 的降低而降低， " )*+ 即随 # ) 的降 低而有更显著的下降， 最低的可降至 0-$$ 卡 1 克左右。曾有不少人认为无烟煤的发热量 ・ &-( ・
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