电厂化学之电力用煤特点省公共课一等奖全国赛课获奖课件

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第一章 电力用煤
内容提要:
介绍动力煤形成、结构以及动力煤特征与电 力生产关系,了解煤工业分析和发烧量测 定。
第1页
目录
第一节 火力发电厂生产过程 第二节 动力燃料
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第一节 火力发电厂生产过程
火力发电厂基本任务是实现能量转化,即 把燃料化学能转变为热能、机械能最终变为电 能。
电厂按其燃用燃料不一样,可分为燃煤、 燃油和燃气电厂;按提供能量不一样,可分为 凝汽式电厂和热电厂。
火电厂生产过程见: 1.图1-4。 2. CAI课件。 3.火电厂生产过程Flash。..\..\..\电厂应用化 学\Power Plant (flash)\Power Plant (flash)\0_kraftwerksuebersicht.swf
4.火电厂生产过程录像 第3页
图1-4 凝汽式燃煤电厂生产过程示意图
发烧量
发烧量是指单位质量煤完全燃烧时所释放出 热量。符号为Q,单位为kJ/g或MJ/kg。
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✓灰分
灰分是衡量煤质主要指标之一,符号为A。 煤中灰分含量越高,其可燃成份相对降低, 发烧量降低,燃烧温度下降,燃烧不稳定,不利 于煤粉着火与燃尽,使锅炉燃烧效率下降。 当煤中折算灰分>15%时,就会影响锅炉运 行安全。 灰分高而产生大量烟尘和灰渣,将造成更大 环境污染。
①粘土、石膏等水合物失去结晶水:
2SiO2 Al2O3 2H2O 2SiO2 Al2O3 2H2O
CaSO4 2H2O CaSO4 2H2O
②氧化亚铁和硫化铁发生氧化反应:
4FeO O2 2Fe2O3
4FeS2 11O2 2Fe2O3 8SO2
③碳酸盐受热分解放出二氧化碳气体:
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✓煤灰熔融性
煤灰是煤中可燃物质燃尽后残留物,它由煤 中各种矿物质转化而成,没有固定熔点。熔融性 就是表征煤灰在受热时转化为塑胶状态时,其粘 塑性改变一个性质。
煤灰熔融性是关系锅炉设计、安全经济运行 等问题主要特征。
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动力煤采样与制样
在煤质分析前,正确采样和制样是取得可靠分 析结果必要前提。
另外,如煤中含有适量水分对煤燃烧也有好 处,可改进燃烧工况。
挥发分与着火性
挥发分对煤着火和燃烧都有较大影响,是电 厂用煤主要指标。
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普通挥发分高煤,着火点低、易于着火、燃 烧速度快而稳定,但火焰温度较低。相反,挥发 分低煤,不易点燃、燃烧速度慢而不稳定、不完 全燃烧热损失增加,严重时甚至引发锅炉熄火。
煤中灰分指煤中全部可燃物完全燃烧,煤中 矿物质在一定温度下,产生一系列分解、化合等 复杂反应后剩下残渣。
煤灰分来自煤中矿物质,但它组成和质量与 煤中矿物质不完全相同,它是在一定试验条件下 产物,所以称为“灰分产率”更为贴切。普通简 称为灰分。
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煤灰分测定是将煤样在高温炉中灼烧,这时煤 中矿物质发生了一系列改变,主要有以下几个:
采样方法包含人工采样和机械采样两种。 应指出,人工采样法劳动强度大,人为误差 大,甚至使煤样失去代表性。所以,应加强采样 人员培训,严格按要求进行采样。 机械采样效率高,采样均匀,精密度高。当 前,我国火电厂使用机械采样装置多用于炉前煤 采样。
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✓制样(缩制)
制样是指将采集到原始煤样经破碎、缩分,逐 步降低粒度和数量过程。且制出煤样应含有代表 性,即制得煤样质量能代表原始煤样平均质量。
• 其它洗 煤
Ad≤20%
Ad>20% • (包含中 煤)
(2按)0子.1样Ad计数算确,实但定不得小于1% ±2%
±1.5%
按国家标准要求,以1000t煤作为一个采样化 验单位。
如一批煤量不足1000t时,应采子样数可依据 实际吨数,按表1-4中要求数字按百分比递减,但 不得少于表中所要求子样数1/3。
CaCO3 CaO CO2
FeCO3 FeO CO2
④氯化物和碱金属氧化物挥发作用。
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测定灰分有两种方法:迟缓灰化法和快速灰 化法。
以上两种方法对于灰分<15%煤,可不进行 检验性灼烧。灰分计算公式以下:
✓煤组成
经过X射线、红外光谱和化学法对煤结构研 究表明:煤是一个以碳为骨架组成多芳香环系统 高分子有机物。
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多芳香环是煤基本结构单元,它有侧链,结 构单元在空间是一个平面层。平面与平面之间 有—O—键、—CH2—键桥接成网状结构。结构 单元芳香环数目约为3~11个,随变质程度加深而 增加。
煤中也含少许无机物,常以硫酸盐、碳酸盐、 黄铁矿、硅酸盐等矿物质形式存在。
0.1
第25页
(2)制样过程 缩制煤样全过程主要包含破碎、过筛、掺合
和缩分四个步骤。 破碎是减小粒度,改进煤不均匀度一项办法。
煤样普通采取机械破碎。 为使煤破碎到必要粒度,需用不一样筛孔筛
子过筛。 为使缩分后煤样不失去代表性,每次缩分前
需将煤样加以掺合,使其粒度大小均匀化。 缩分是使煤样量降低而又使其不失代表性过
煤 无烟煤

R90
Vad.f≤5%
5~6
Vad.f=(6~10)% 大致等于Vad.f


烟煤
优质 劣质
褐煤油页岩
12~14 25~35 15~20 40~60
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✓可磨性
可磨性用以表征煤磨制成粉难易程度。 不一样煤种磨到相同细度所消耗能量是 不一样,可利用哈氏可磨性指数HGI来表示 煤这种性质。普通来说,煤越软,可磨性指 数越大,即在一样条件下磨至一定细度时所 消耗能量越少。 哈氏可磨性指数可应用于选择磨煤机型 号,计算运行时磨煤机出力及电能消耗。
另外,挥发分也是对煤炭分类和加工利用主 要依据。
煤粉细度和经济细度
煤粉燃烧是火电厂最广泛采取一个燃烧方式。 煤预先在磨煤机中磨成煤粉,用空气把煤粉送进 炉膛,在悬浮状态下着火燃烧。
煤粉颗粒大小对燃烧经济性有着主要影响。
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(1)煤粉细度 煤粉细度是表征煤粉中各种大小粒度煤质量
百分数。通常煤粉颗粒大小在1μm到300~500μm之 间,其中以20~50μm颗粒最多。
煤粉细度是监督制粉系统正常运行主要指标, 它可用筛分法确定。普通用含有标准筛孔尺寸 (xμm)筛子来测定。
a Rx a b 100%
式中 a——筛子上剩下煤粉质量,g; b——经过筛子煤粉质量,g。 Rx数值称为该煤粉细度。
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在筛子上剩下煤粉越少,即Rx值越小,煤粉 也就越细。衡量发电厂锅炉燃烧煤粉细度,普通 以R90煤粉细度来表示。 (2)经济细度
✓水分
煤中全水分(Mt)可分为外在水分(Mf)和内在 水分(Minh)两部分。
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煤中全水分是煤主要指标。全水分含量大, 将增加运输能耗和费用。全水分含量是计算煤中 有效发烧量(收到基低位发烧量)一个主要参数, 显然水分增加,将使有效发烧量降低。
外在水分受外界环境(温度、湿度、风、雨) 及人工洗煤影响,其含量波动性大,没有一个固 定值。当炉前煤外在水分>12%时,将影响电厂 运行可靠性。
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图1-6 火车上采样点布置
3 2 1
5 4 3
12
(a)三点采样
(b)五点采样
②船舱中采样:若进厂煤由轮船运进时,采
样点按煤量多少均匀分布在船首、中、尾各舱中, 其采样标准与火车上采样相同。
③煤堆中采样:煤堆上采样点可按求子样
数,依据煤堆外形,均匀布置在煤堆顶、腰、底 部。
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④煤流中采样:电厂炉前煤多在输煤皮带煤 流中采样。采样点多在皮带全长中部或皮带终端 落煤流处。 (5)采样方法
程。惯用缩分方法有四分法、二分器法和机械法 三种。缩分见图1-7。
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图1-7 煤样缩分
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煤工业分析
煤工业分析组成包含水分、灰分、挥发分和 固定碳四项。工业分析数据是锅炉运行人员调整 燃烧工况,计算热效率和确保锅炉安全经济运行 主要依据。
煤基准
煤由可燃和不可燃两种成份组成。 动力煤通常有以下四种基准: (1)收到基准(ar):含全水分原煤。 (2)空气干燥基准(ad):除去外在水分煤。 (3)干燥基准(d):除去全水分煤。 (4)干燥无灰基准(daf):除去水分和灰分煤。
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表1-4 子样数与灰分含量关系
煤种
原煤、筛选煤 Ad≤20% Ad>20%
• 其它洗 煤
• (包含中 煤)
若子煤样数量超出10300t时,则子6样0 数按下式2计0算:
mn
M 1000
式中: m——实际应采子样数; n——表1-4中所要求子样数; M——实际煤量,t。
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(3)子样质量确实定
(1)制样基本要求
煤是一个矿物质含量较高且均匀性较差固体 燃料。煤粒度越大,夹杂矿物质可能性越大,其 均匀性和代表性就越差。
表1-6 煤样粒度与样品最小质量关系
煤样最大粒度 (mm)
>100
≤100
≤50
≤25 ≤13 ≤6
≤3
≤1 ≤0.2
样品最小质量 (kg)
400
250 100 60
15 7.5 3.75 1
一批煤中,大、小粒度煤量是不一样,这种 粒度组成不一样也会影响煤不均匀度。
表1-5 子样质量与煤最大粒度关系
• 煤最大粒度 (mm)
≤25
≤50 ≤100 >100
• 子样最小质 量(kg)
1
2
4
5
(4)采样点分布
①火车上采样:按国家标准要求,对原煤、 筛选煤采样按图1-6(a)所表示;对精煤、洗中煤 及粒度>100mm煤块,按图1-6(b)所表示采样。
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通常基准“准”字可省略。
四种基准工业分析结果组成百分含量表示以 下:
收到基
M ar Aar Var FCar 100 (1-25)
空气干燥基 M ad Aad Vad FCad 100 (1-26)
干燥基
Ad Vd FCd 100
(1-27)
干燥无灰基 Vdaf FCdaf 100
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第四节 动力燃料 输煤系统 制粉系统
火电厂是利用动力燃料燃烧所产生热能来获 取电能。煤、石油、天然气等均可作为动力燃料, 其中最主要是动力煤。
煤成因、组成及分类 动力煤特征与电力生产关系 动力煤采样与制样 煤工业分析 煤发烧量测定
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煤成因、组成及分类
✓煤成因
煤是古代植物残体经地壳变动被埋入地下, 经过长久细菌生物化学作用以及地热和压力下, 经成岩、变质作用,使植物中纤维素、木质素发 生脱水、脱二氧化碳、脱甲烷等反应,而形成含 碳成份逐步增高可燃性岩石,就是煤。该过程称 为煤化作用(或成煤作用)。
基准换算
因为煤质分析所用样品为空气干燥后煤样, 所以试验室分析结果均以空气干燥基来表示,然 而在不一样方面应用时,常需要换算到另一个基 准。
不一样基准成份换算系数如表1-7所表示。
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表1-7 不一样基煤换算系数
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✓煤工业分析
(1)煤中水分测定 动力煤水分常规分析有收到基煤样全水分和
空气干燥基内在水分两项。 (2)煤中灰分测定
煤粉细度直接影响锅炉运行经济性。 比如,煤粉过粗,固体不完全燃烧热损失将 增大;煤粉过细,则磨煤电耗增大、磨粉设备磨 损折旧等运行消耗增多。 煤粉经济细度如图1-5所表示。 对于不一样煤种,煤粉经济细度可按表1-2种 R90值推荐。
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图1-5 煤粉经济细度
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表1-2 不一样煤种煤粉经济细度
煤分类
依据煤化程度深浅(即含碳量多少,成煤地质 年代长短),可将煤大致分为泥炭、褐煤、烟煤和 无烟煤四大类。
我国电站煤粉锅炉煤质标准见表1-1。
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表1-1 电站煤粉锅炉煤制标准
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动力煤特征与电力生产关系
动力煤是指用于直接燃烧生产动力和热能燃 料煤(如发电、机车、锅炉等用煤)。
火电厂生产电能直接起源于动力煤燃烧时所 释放出热能。动力煤各种特征对电厂锅炉运行有 着不一样影响,现将其与电力生产关系较为亲密 特征指标作以介绍。
(1-28)
煤元素分析是指组成煤中有机质碳、氢、氧、
氮、硫五种元素含量。
煤中可燃成份用元素分析表示时:
M ad Aad Cad Had Oad Nad Sad 100 (1-29)
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由式(1-26)和式(1-29)两式相减可得到煤工业 分析与元素分析关系式为:
Vad FCad Cad Had Oad Nad Sad (1-30) 式(1-30)表明:工业分析可燃成份恰好等于元 素分析碳、氢、氧、氮、硫五个元素含量总和。
✓采样
采样是指在一批煤不一样部位采集若干份一定 量样品,它能代表该批煤平均质量与特征。 (1)采样精密度
采样代表性是以采样精密度来衡量。 所谓 采样精密度,就是指采样所允许到达偏差程度。
国家标准GB475-83要求了各种煤采样精密度 (按灰分计算)见表1-3。
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表1-3 采样精密度
原煤、筛选煤
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