工程燃烧学

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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；冶金用动力煤
• 炼焦煤
– 炼焦炭用，包括气煤、肥美、焦煤、瘦煤等
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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
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泥煤
• 在地质学上
工业分类是为了合理利用煤炭资源以及统一使 用规格。各种以煤为燃料或原料的工业对煤都 有特定的技术要求，只有恰当地使用煤种，才 能保证产品质量，合理地利用煤炭资源
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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。化合物的分子结构至今仍不十分清 楚
• 化学组成测定方法
• 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0.5~2% • 干馏工业中，可作为氮素资源回收
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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 • 硫酸盐硫，以硫酸盐的形式存在，主要是
CaSO4·2H2O和FeSO4
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
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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 确定水分、灰分、挥发分、固定碳的含量
元素分析 确定C、H、O、N、S、灰分、水分的含量
– 元素分析法 – 工业分析法
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• 元素分析
煤的化学组成
碳C 氢H 氧O 氮N 硫S 灰分A 水分M
可燃质
惰性质
• C：主要可燃元素，炭化程度越高，含碳量越大
– 泥煤：~70%
烟煤：78~90%
– 褐煤：70~78% 无烟煤：90%以上
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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：
• 除掉黄铁矿硫和硫酸盐硫 • 焦炉洗精煤含硫量应控制在0.6%以下
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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的固体残留物
– 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，及不利于设备维护和操作
这是其他固体燃料所没有的
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• 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
烟煤
分类依据主要是粘结性大小和 挥发分产率大小
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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
• 工业用途
• 可作为地方性燃料，不适合远地运输和长期储存
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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，
– 最年轻的煤，刚刚由植物转变而来
• 在物理性质上
– 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
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• 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
• 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
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• 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
• Байду номын сангаас多情况下都要进行脱硫洗选
• 热解水
• 有机质中的氢和氧在干馏或燃烧后形成的水
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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+M=100
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水分（M） 注意跟书本P20区别
• 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105～110℃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200～500℃加热后去除
• 有效氢
– 氢元素与C、S结合 – 热值很高，约为C的3.7倍 – 含碳量为85%时，有效氢含量达到最大
• 化合氢
– 氢元素与O结合形成不可燃化合物H2O
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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
• 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
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• 工业上将煤分为四大类，每一大类中又可分为 很多小类，为什么要进行细分？
生产绿色有机复合肥中应用较广泛
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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，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
成分分析
确定各种物质成分的含量
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一、固体燃料
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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
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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