燃烧学复习题

1. 说明煤的化学组成、挥发份及灰分、水分、碳分等对煤质特性的影响？

煤的化学组成主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)等元素组成：

碳是煤中主要的可燃元素，在燃烧过程中放出大量的热；煤的炭化程度越高，含碳量就越大；含碳量高的煤难以着火与燃烬，但是发热量很高。

氢也是煤中主要的可燃元素，有效氢的发热量很高，是碳发热量的3～4倍，煤中氢含量先随着炭化程度的增加而增加，当煤中含碳量为85%时达到最大值，然后随着炭化程度的增加而下降。

氧是煤中有害的不可燃元素，煤中含氧量随着炭化程度的增加而下降，煤中氧含量的存在会使煤发热量降低。

氮是煤中的有害不可燃元素，其存在不但降低煤的发热量，而且会生成NOx等污染物；

硫是煤中的有害元素，在煤燃烧过程中会生成SOx等有害污染物。

挥发分是煤在隔绝空气条件下加热到850℃时析出的气体。挥发分含量多的煤，着火容易，着火温度低，燃烬容易；挥发分含量少的煤，着火温度高，着火困难，燃烬非常困难。

灰分是指煤中所含的矿物质在燃烧过程中经过高温分解和氧化作用后生成的一些固体残留物。灰分含量高的煤不仅使煤的发热量减小，而且影响煤的着火与燃烧。由于燃烧烟气中飞灰浓度大，使受热面易受污染影响传热、降低效率，并使受热面易磨损而减少寿命。同时，对排烟中的含尘量必须采用高效除尘措施，使排烟中含尘降低到合格的排放指标。在煤的使用过程中，一定要重视煤的灰熔点，否则容易造成结渣，不利于燃烧过程中空气的流通和气流均匀分布，破坏燃烧过程的稳定运行。

水分是煤中的不可燃成分，其存在不仅降低了燃料的可燃质含量，含水量大的燃料发热量低，不易着火、燃烧，而且在燃烧时还要消耗热量使其蒸发和将蒸发的水蒸气加热，降低燃烧室温度，使锅炉效率降低，并使排烟损失加大，还易在低温处腐蚀设备。含水量大的煤使得制粉设备制粉困难，需要高温空气或烟气干燥。同时，水分大的煤也不利于运输，并使成本增加。但是，在高温火焰中水蒸气对燃烧具有催化、媒介作用，可以加速煤粉焦碳的燃烧，可以提高火焰黑度，增加火焰及烟气的辐射放热强度，加强燃烧室炉壁的辐射换热。另外，水蒸气分解时产生的氢分子和氢氧根可以提高火焰的热传导率。这样，水分使飞灰中碳粒减少，从而使机械不完全损失减少，TSP减少，同时水分的蒸发有利于疏松煤层，增加孔隙率，改善燃烧。因此综合考虑，应以合适水分为好。

煤中碳分包括固定碳和游离碳。固定碳是指在隔绝空气的情况下煤中挥发分析出后剩下的固体物质中的含碳量；游离碳是指挥发分中的含碳量。一般来说，煤的煤化程度越高，挥发分含量越少，固定碳含量越高。煤中固定碳含量高，不利于煤的着火和燃烧，煤难以燃烬。

1. 2. 什么是有效氢，什么是化合氢？

有效氢：与碳、硫结合在一起的氢，也叫可燃氢，可进行燃烧反应，并放出热量；

化合氢：与氧结合在一起的氢，不能参与燃烧反应。

在计算煤的发热量和理论空气需要量时，氢的含量应该以有效氢为准。

1. 3. 何谓燃料的高位发热量和低位发热量？为什么在工程和设计计算中使用低位发热

量？

煤的高位发热量是指单位质量或单位体积的燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其中的水蒸汽凝结成0℃的水时所放出的热量；

煤的低位发热量是指单位质量或单位体积的燃料完全燃烧后燃烧产物中的水蒸汽冷却到20℃时放出的热量，不包括水蒸汽潜热的燃料发热量；

因为热力设备的排烟温度一般大于100℃，烟气中的水蒸气尚未冷凝而直接排出，使燃料燃烧后烟气中的水蒸汽潜热无法回收利用。

1. 4. 什么是标准煤？

能源的种类很多，所含的热量也各不相同，为了便于相互对比和在总量上进行研究，我国规定应用基低位发热量Q net,ar=29271kJ/kg(即7000kcal/kg)的燃料为标准煤，也称煤当量。标准煤实际是不存在的，只是人为的规定。提出标准煤的主要目的是把不同燃料划归统一的标准，便于分析、比较热力设备的经济性。不同的煤具有不同的发热量，有时差别很大。因此，在相同容量、相同参数的锅炉，在相同运行条件下，不能仅仅依据消耗燃料量的多少，来衡量锅炉运行的经济性。如果把不同的燃煤都折算为统一的标准煤，那就容易判断：哪一台炉的标准煤耗量低，哪一台锅炉的运行经济性就好。

1. 5. 煤质分析主要包括哪些内容？

工业分析(工分)：灰分、水分、挥发份、固定碳、低位发热量、焦渣特性；

元素分析(元分)：碳、氢、氧、氮、硫。

1. 6. 煤的成分分析有几种基准？各有什么意义？各用于什么场合？

应用基(收到基，as received basis—ar)：以收到状态下包括全部组分在内(包括全部水分和灰分)的燃料成分总量作为计算基准，用于煤的燃烧产物计算。

空气干燥基(分析基，air dry basis--ad)：以除去外在水分后的燃料成分总量为计算基准，燃料被60o C的空气干燥至风干状态，外在水分已经逸出，燃料中仅剩下内在水分，常用于实验室煤质分析。

干燥基(dry basis--d)：以除去全部水分后的燃料成分总量为计算基准。燃料在烘箱(102-105℃)中烘干失去全部水分，表示煤中的稳定成分，用于不同煤种的质量比较。

干燥无灰基(可燃基，dry ash free basis--daf)：以除去水分和灰分后的燃料成分总量为计算基准。常用于确切地说明煤的化学组成特点。

1.7. 煤中水分有几种存在方式（内水分，外水分）？请用应用基（收到基）表示出分析

基内水分？

煤中水分有外水分和内水分之分。外水分为环境条件下机械地附在燃料表面的水分，与环境空气湿度、温度等外界条件有关；内水分为实验室条件下的燃料达到风干状态而失去外在水分后的剩余水分，主要为化学吸附水及矿物质结晶水。全水分为外水分和内水分之和；外水分的基准为应用基(收到基)；内水分的基准为分析基(空气干燥基)。

M外＝M外ar；M内＝M内ad；M ar=M内ar＋M外ar M内ar= M内ad(100-M外ar)/100水分是煤中的不可燃成分，其存在降低了燃料的可燃质含量，含水量大的燃料发热量低，不易着火、燃烧，而且在燃烧时还要消耗热量使其蒸发和将蒸发的水蒸气加热，降低燃烧室温度，影响燃料的着火与燃尽，使锅炉效率降低，并使排烟损失加大，易在低温处腐蚀设备，还会造成堵灰等问题。含水量大的煤是的制粉设备制粉困难，需要高温空气或烟气干燥。同时，水分大的煤也不利于运输，并使成本增加。但是水分使飞灰中碳粒减少，从而使机械不完全损失减少，TSP减少，同时水分的蒸发有利于疏松煤层，增加孔隙率，改善燃烧。因此综合考虑，应以合适水分为好。

1.8. 煤中硫分有几种存在方式？