第一章 固体燃料

Q高用（ QG,ar）=20041.4942 kJ·kg-1 Q低用（ QD,ar）=18747.7112 kJ·kg-1
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例题2
已知煤的QD.daf，Aar，War 求QD,ar 解： QD,daf= QG,daf－25.12×9Hdaf
QD,ar= QG,ar－25.12×9Har－25.12 War
100
100 M ar (Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar% +Aar%)=100% 和①式比较得：
100
Rd= 100 Mar Rar 同理得：
或Rar=
100 Mar 100
Rd
100
Rdaf=100 Mar Aar Rar
或Rar
100
=
Mar 100

Aar
QG,daf=4.187[81Cdaf+300Hdaf+26(Sdaf－Odaf)]
QG,ar=4.187[81Car+300Har+26(Sar－Oar)]
令m=
100 War Aar 100
得：QG,ar=mQG,daf 故：QD,ar= mQG,daf－25.12×9Har－25.12 War
M ar 9 H ar 100 100 1kg水汽化潜热为2512KJ/kg
QG
- QD

2512

W ar 100
9
H ar 100

2、发热量的计算 （1）固、液体燃料： 根据元素分析值计算：门捷列夫公式：
QG=339C+1255H-109（O-S） KJ/Kg QD=339C+1030H-109（O-S）-25W KJ/Kg （2）气体燃料 KJ/M3
煤的发热量与炭化程度关系
随着炭化程度的提高， 发热量不断增大
含碳量为87%左右时， 发热量达到最大值， 然后开始下降
原因：？？？
练习1
试计算下列成分煤的应用基高、低发热量：
Cdaf Hdaf 72.0 5.0
Odaf Ndaf 20.0 2.0
Sdaf 1.0
Ad
Mar
12.5 20.0
例题1
试将下列煤的成分换算成应用基(收到基)：
Cdaf Hdaf 72.0 5.0
Odaf Ndaf 20.0 2.0
Sdaf 1.0
Ad
Mar
12.5 20.0
解：将干燥成分转换为应用成分
①Cd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd% +Ad%=100% ②Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar% +Aar%+Mar%=100% Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar% +Aar%=100% －Mar%
煤的成分表示方法
元素分析法：用各组分的百分数表示
应用成分 干燥成分 可燃成分
工业分析法：为了了解固体燃料的使用性质
元素分析法
既定燃料：可燃质的绝对含量是不变的，而 灰分、水分会随着开采、运输、储存等条件 变化。
只有分析基相同的数据才能确切的说明燃料 的特性。
元素分析法
烟煤
着火点：400~500℃ 最大特点：挥发分产率范围大，单独炼焦时从
不结焦到结焦均有，燃烧时有烟，火焰较长。
不是所有的烟煤都具有同样的粘结性，也不是所有 具有粘结性的煤都适合炼焦
冶金工业和动力工业不可缺少的燃料
无烟煤
着火点：600~700℃（可燃性较差，不易 着火）
密度大，含碳量大（89-97%），挥发分 极少，吸水性小
根据元素分析值，煤的化学组成：
主要可燃成份
可燃质：碳、氢、氧、硫、氮
惰性质：灰分、水分
煤的化学成分—C
C是煤的主要可燃元素，燃烧放出大量热， 单质热值32800kJ/kg,煤的炭化程度越 高，含碳量就越大 。不完全燃烧时仅为 3270kJ/kg。
C主要呈现化合态，和氢、氧、硫等元素 结合。煤化程度高的话也存在游离的碳。
= mQD,daf＋ m×25.12×9Hdaf－ 25.12×9Har－25.12 War
主要内容
煤的形成与种类 煤的化学组成 成分表示方法及其换算 煤的工业分析 煤的发热量 煤的一些使用性能
煤的产生
植物经过地质、生物化学反应、氧化还原反 应等形成聚合物炭C
堆积阶段 菌解阶段 煤化阶段
煤的分类法一
按成因分
腐植煤 残植煤（树脂） 腐泥煤（海底植物）
QG=126.2CO+127.5H2+397.1CH4+ 693.9C2H6+627C2H4+255H2S+20.1H2O
QD=126.2CO+107.8H2+357.4CH4+ 635.4C2H6+589.4C2H4+234.1H2S
（3）混合气体的发热量 Q 混=X1Q1+X2Q2
X1+X2=1
按粒度分
原煤（块煤） 中块煤 小块煤 粉煤
（ >50mm） (30~50mm) (25~37mm) (<25mm)
泥煤
使用性能
质地疏松，吸水性强，水份含量高达85-90%， 开采后风干，水分含量达25%-30%，与其他煤 相比，化学组成上泥煤含氧量最高，达28%30%
挥发分高，可燃性好，反应性强，含硫量低，机械 性能很差，灰分熔点很低，不适于远地运输和长期 储存
氧的存在主要有两种形式
化合态： 游离态（少数）：助燃
氮（N）
N 惰性元素，但在高温下燃烧生成NOx， 有害元素
完全以有机态存在
硫（S）
S 有害物质 含S量高>2%，必须在燃烧前 或在炉内采取脱硫措施：
否则会造成大气污染； 并腐蚀受热面； 如果煤用于炼焦时，硫会进入焦炭，使钢铁变脆。
氢（H）
H元素在煤中以两种形式存 在。可燃氢和化合氢两种。
每千克氢完全燃烧可以放出 120370kJ的热量，约为 碳的3.7~4倍
氢存在于挥发性气体中，氢 含量愈少，煤也愈难着火燃 烧，含氢量高的煤，储存时 易于风化 ，燃烧时容易冒 黑烟。
氧（O）
O 波动很大，0.5~38% 氧与碳、氢化 合使煤中可燃碳和可燃氢含量减少，降低煤 的发热量 。
降低，加剧尾部受热面的低温腐蚀和堵灰
水分（W）
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。（已计入化合氢中）
游离水在105～110℃的温度下经过1～2小时可 蒸发掉
GB：煤的工业分析是将一定质量的煤加热 到110℃，使其水分蒸发，以测出水分的含 量，再在隔绝空气的条件下加热到850℃， 并测出挥发分的含量，然后通以空气使固定 碳全部燃烧，以测出灰分和固定碳的含量
不是煤中固有的，而是热
挥发分（V） 解后的可燃气体
包括：矿物结晶水、挥发性成分、热分解产物CO2、 CO、H2、CH4、N2及部分热解水。
Rdaf
下面转换为应用成分
Aar=
100 M 100
ar
Ad=12.5(100-20.0)/100=10.0
Har=100

Mar 100

A
ar
Hd=5.0(100-20.0-10.0)/100=3.5
Oar=14.0
Nar=1.4
Sar=0.7
Car=50.4
煤的工业分析
煤的工业分析是煤的水分（W）、灰分 （A）、挥发分（V）和固定碳（F）四个分 析项目的总称
挥发分含量↑，析出和着火的温度愈低，煤就愈容易 着火和燃尽。煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的 一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤 按发热量计价的一个辅助指标
它是对煤进行分类的主要指标，并被用来初步确定煤 的加工利用性质。煤的挥发分产率与煤化程度有密切 关系，煤化程度越低，挥发分越高，随着煤化程度加 深，挥发分逐渐降低。
应用成分（收到基） 对进厂的原煤或炉前应用的燃料取样
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100
其中：Car、Har——表示100kg燃料中该成分的含量；
Mar——全水分。
常用于燃烧设备的燃烧、传热及热工试验的计算中。
元素分析法
空气干燥成分
以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准，即以 试验条件（20℃，相对湿度60%）进行自然 干燥（除去外在水分）后的煤样。 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100
国家标准规定，在实验室进行燃料成分分析时， 均采用空气干燥基测定，其它“基”均据此导 出。
元素分析法
干燥成分（干燥基）
以假想无水状态的煤为基准 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100
燃料水份变化时，不影响干燥基成分。
元素分析法
可燃成分（干燥无灰基）
以假想煤中无灰、无水状态的煤为分析基准。 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100 只对可燃质进行分析，成分比较稳定，常用于
煤的工业分析中只测试游离水，不测结晶水。
水分（W）
煤的游离水分又分为外在水分和内在水分
外在水分：又称自由水分或表面水分（湿分或机械 附着水）指附着于煤粒表面的水膜和存在于直径 >10-5cm的毛细孔中的水分,在常温下容易失去。
内在水分：指吸附或凝聚在煤粒内部毛细孔中的水 分，需要在高于水的正常沸点温度下才能除去。 内在水分在105～110℃的温度下经过1～2小时 可蒸发掉
煤的分类法二
根据炭化程度不同，分为：
泥煤——100万年 褐煤——120万年 烟煤——1亿年 无烟煤 ——2亿年
煤的分类法三
按干馏及燃烧特点分
非粘结性煤 粘结性煤 长焰气煤 焦煤 无烟煤
煤的分类法四
按用途分
动力煤 原料煤 发生炉煤气煤
煤的分类法五
适于长途运输和长期储存，燃烧时火苗短、 火力强
发热量大（约为29260kJ/kg） 民用和动力燃料，还可作为合成氨的造气原
料。高炉喷吹煤、烧结矿石用的燃料。制造 各种碳素材料。
煤的化学组成
元素分析： 主要在煤的研究和管理机构进行
工业分析 在煤的使用单位进行
煤的元素分析
燃料的发热量
燃料发热量：单位燃料（1kg或1m3）完 全燃烧后所放出的热量。
高发热量：QG 单位燃料完全燃烧以后燃 烧产物中的水蒸气冷凝为液态水时所放出的 热量，KJ/kg、KJ/m3
低发热量：Qd：单位燃料完全燃烧以后产 物中的水蒸气冷却至蒸汽状态时放出的热量
高低发热量的转换
固体、液体燃料高低发热量转换 1kg燃料燃烧后生成水的重量：
Fe2O3%+CaO%+MgO% （碱 性成分）
酸度~1 灰分熔点很低 酸度>5 灰分熔点很高
氧化性气氛熔点高，还原性气氛熔点低
水分（W）
害处：
降低了可燃质含量 燃烧消耗热量，将蒸发的水蒸气加热，延长了
煤的点燃时间，降低炉温而恶化燃烧。 烟气体积增大，锅炉排烟热损失增大，热效率
用途：烧锅炉以及做气化原料，也可用来制成 焦炭
工业价值不大，1983年国际煤分类会议决议：在
褐煤
着火点：250~450℃ 粘结性弱，极易氧化和自燃，
吸水性较强，挥发份高，热 稳定性差。天然状态含水 30%-60%，开采风干后 也达10%-30%,含氧量 最高，达15%-30%. 不适于远地运输和长期储存
判断煤的特性和进行煤的分类。 煤矿中常以干燥无灰基成分表示煤的组成，煤
的工业分类中也是以干燥无灰基挥发分Vdaf作 为煤的分类依据
成分的换算
原则：绝对含量（总量）不变 100kg实际燃料中，以含碳量为例： Car=Cd（100-War）/100
=Cdaf（100-War-Aar）/100
组成：
SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO占95%
酸性成分
碱性成分
灰分熔点的测定
采用三角锥法
高20mm
底边7mm
熔点温度
高度小于1.5mm
酸度
灰分的熔点与灰分的组成与炉内的气氛有 关，灰分熔点在1000~1500℃
Al2O3%+SiO2% （酸性成分） 酸度= ——————————————
存在形式：
a 有机硫 b 黄铁矿硫FeS2 c 硫酸盐硫--不可燃CaSO4·2H2O，FeSO4—灰分 ； 我国煤中硫酸盐硫含量很少。
灰分（A）
有害成分 入炉前应<10% 害处：
降低了可燃成分、降低了发热量 灰分熔点低，炉内易结渣，人工清渣劳动强度大 受热面磨损较严重 受热面积灰，燃烧设备热效率低 燃烧效率低