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燃料与用油论文资料

燃料与用油论文

电厂燃料—煤分析

学院：

环境与市政工程学院

专业：

应用化学

班级：

2010115班

姓名：

魏小雪

学号：

201011527

指导老师：

郭毅萍

电厂燃料——煤分析

关键词：

煤，元素分析，工业分析，分析基准，相互换算，结渣温度，结渣状态，影响因素。

前言

在漫长的地质演变过程中，煤田受到多种地质因素的作用；由于成煤年代、成煤原始物质、还原程度及成因类型上的差异，再加上各种变质作用并存，致使中国煤炭品种多样化，从低变及程度的褐煤到高变质程度的无烟煤都有储存。

按中国的煤种分类，其中炼焦煤类占27.65％，非炼焦煤类占72.35％，前者包括气煤（占13.75％），肥煤（占3.53％），主焦煤（占5.81％），瘦煤（占4.01％），其它为未分牌号的煤（占0.55％）；后者包括无烟煤（占10.93％），贫煤（占5.55％），弱碱煤（占1.74％），不缴煤（占13.8％），长焰煤（占12.52％），褐煤（占12.76％），天然焦（占0.19％），未分牌号的煤（占13.80％）和牌号不清的煤（占1.06％）。

不同种类的煤煤质不同，因此，必须对各种煤质进行有效分析，以确保电厂用煤尽可能的达到高效率。

本论文主要从元素分析，工业分析，基准换算以及灰的结渣温度和结渣状态的主要影响因素等三方面对电厂用煤进行分析。

一、煤的工业分析、元素分析

煤是一种远古植物残骸经长期地质变化形成的可燃性生物岩。

它是由碳、氢、氧、硫、氮等化学元素组成的复杂有机物的混合物。

具有多极性集团和发达的毛细管，可以吸附水而成为内在水。

对于年轻的煤，变质程度较浅，毛细管较发达，亲水性较强，反应活性较好。

随着煤龄的变长，变质程度加深，毛细管状况变差，内表面减少，内在水份减少。

表现为憎水性增强，反应活性较差。

煤的工业利用价值可以通过工业分析得到:

（1）水份（Mad）

煤中的水份按存在形态可以分为三种：

①外在水，也称游离水。

是在开采、运输、贮存过程中带入的水份。

一般附着于煤的外表和直径大于1.0E-5cm的大毛细管中。

在空气中，外在水份可以自然风干。

外在水份与外在条件有关，而与煤质本身无关。

②内在水份，也称吸附水。

以吸附的方式存在于较小的毛细管中（直径小于1.0E-5cm）。

一般在100多度下恒温能够除去。

内在水份的含量和煤质有关，是影响成浆性的重要因素。

③结晶水，也称化合水。

是煤中无机化合物的水化物中所含的水。

如硫酸钙（CaSO4•2H2O）、高岭土（AL2O3•2SiO2•2H2O）等。

结晶水一般在200多度下恒温能够除去。

（2）灰份（Aad）

灰份是煤样在815±10℃燃烧至恒重时残留物的重量分率。

煤中的灰份高，相对降低了含碳量。

灰份在气化炉中是无用而有害的物质。

无用是不参加化学反应，不能生成合成气的有效成分。

有害是灰份熔融要消耗热量，增加比氧耗和比煤耗。

溶渣会冲刷、侵蚀向火面砖，缩短耐火砖的使用寿命。

并且灰份高会增大粗合成气的水气比，并增大渣水系统的负荷。

灰份的主要组成是：

SiO2、AL2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、SO3等。

这些组分的熔化温度决定了灰份的熔点。

如果灰份中SiO2＋AL2O3所占比例愈大，灰份的熔点愈高。

因为这两种成分的特点是熔点极高。

其他成分如Fe2O3、CaO、MgO的含量越多时，则灰熔点越低。

通常用下式判断灰份熔融的难易程度：

SiO2+AL2O3/CaO+MgO+Fe2O3当比值大于小于5时易熔，比值大于5时难熔。

由于多原料浆加压气化是液态排渣，因此，灰熔点对选择最佳的气化温度是很重要的，灰熔点和灰的粘温特性决定了气化的操作温度。

灰熔点一般分为四个温度：

初始变形温度（IT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）、流动温度（FT）。

多原料浆溶渣气化工艺，一般在高于灰熔点的流动温度（FT）30-50℃下操作，使灰呈熔融态沿气化炉耐火砖流下。

（3）挥发份（Vad）

挥发份是煤样在900±10℃下隔绝热空气加热7分钟后的失重率扣去水份的数值。

煤的挥发份与煤的变质程度有关，变质程度较浅的煤中挥发份含量较高。

挥发份含量的高低对煤的反应活性有影响，挥发份愈高，煤的反应活性愈好。

由于气化炉在1380℃下的高温操作，挥发份会立即发生燃烧和裂解。

在合成气中，不会存在由挥发份形成的有机烃类。

（4）固定碳（FCad）

固定碳是煤中除去水份、灰份、挥发份等之后剩余的可燃物质，它是煤中的有效物质，固定碳含量越高，利用价值越大。

2、煤的元素分析

煤的元素分析用来计算煤的发热量和燃烧产物。

一般元素分析主要分析碳、氢、氧、硫、氮五种元素的含量。

由于氯、砷的含量对后工序的设计和选材有重要的指导作用，因此也不能忽视这两种元素的分析。

（1）碳C

碳是煤中的重要可燃物，纯碳的燃烧需要很高的温度，含碳量越高的煤越不容易着火燃烧。

（2）氢H

氢是煤中的一种可燃物，氢的含量与煤种有关，煤龄越长，氢含量越少。

（3）氮N

煤中的氮含量不高，一般为有机氮。

它的含量决定了煤气中的氮含量和煤气冷凝水的PH值，冷凝水中的PH值高可以减轻设备的酸性腐蚀。

因此，设备的选材受其影响。

（4）氧O

煤中的氧含量和煤质有关，煤龄越短，煤中的氧含量越高。

煤中的氧含量和水份含量是衡量煤的变质程度重要指标，也是衡量成浆性的重要指标。

氧含量和水分越高，煤的成浆性越差。

（5）硫S

硫煤中的硫以无机硫和有机硫两种形式存在，在气化炉中经高温气化后主要生成H2S和COS。

它们是煤的部分氧化反应、煤的裂解反应及煤的燃烧反应的产物。

在合成气中H2S的含量较高，COS的含量较少。

无论是有机硫还是无机硫，它们的存在都会对设备造成腐蚀，并会是后工序的触媒中毒。

因此，硫在合成气中是一种有害物质。

（6）氯Cl

一般煤中的氯80-90％会进入气相，如果合成气中氯的含量较高，会对管道和设备造成严重腐蚀，特别是对不锈钢材质。

含氯量超过0.5wt％的煤种不宜使用。

（7）砷As

煤中的砷有20％会进入气相，如果砷的含量大于0.06％，将会使气化后续的变换钴钼系催化剂产生砷中毒。

合成气中砷90％以上来源于煤，因此，煤中的砷含量越低越好。

二、煤的不同基准之间的相互换算

在煤质分析中得出的煤质指标，根据不同需要，可以用不同的基准来表示。

“基”是表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的。

通常有应用煤样、收到煤样、空气干燥煤样。

空气干燥基

Ad

干燥基

d

收到基

ar

干燥无灰基

daf

干燥无矿物质基

Dmmf

分析基

F

干燥基

g

应用基

y

可燃基

r

有机基

J

空气干燥基是指以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准，airdrybasis。

干燥基是指以假想无水状态的煤为基准，drybasis。

收到基是以收到状态的煤为基准，asreceived。

干燥无灰基是指以假想无水无灰状态的煤为基准，dryashfree。

干燥无矿物质基是指以无水、无矿物质状态的煤为基准，drymineralmatterfree。

1、常用煤质指标的基准：

（1）一般生产用煤的灰分、硫分、发热量来表示煤的质量时，应采用干燥基，如Ad、St,d、Qgr,d。

干燥基是指以完全干燥状态（去掉全水分）的煤作为基准，用下角标d表示Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100％

（2）在研究煤的有机质特征时，须采用干燥无灰基，如Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf。

干燥无灰基是指以假象无水无灰状态下的煤为基准，用下角标daf表示

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100％

（3）实际应用中，计算物料平衡、热平衡、煤炭计量计价时，须采用收到基，如Mar、Har。

收到基也称工作基，是以进入锅炉房原煤仓内的煤作为基准，用下角标ar表示Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100％

（4）空气干燥基是指把在实验室经过自然风干后的煤作为基准，用下角标ad表示Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100％

2、各种基准间的相互转换公式

（1）空气干燥基ad与干燥基d间的相互换算

Xd＝Xad×[100÷（100－Mad）]100%

（2）空气干燥基ad与无灰干燥基daf的相互换算

Xdaf＝Xad×（100－Mad－Aad）×100％

（3）干燥基d与无灰干燥基daf的相互换算

Xdaf＝Xd×[100÷（100－Ad）]100％

（4）应用煤样和分析煤样间的换算

Xar＝Xad×[（100－Mar）÷（100－Mad）]100％

现以焦作煤为例具体分析如下

1.焦作煤的元素分析成分如下：

Cad=71.60%，Had=2.51%，Oad=1.56%，Nad=0.92%，Sad=0.35%，Aad=20.50%，Mad=2.56%

2.焦作煤的工业分析成分如下：

Mad=2.56%，Vad=4.53%，FCad=71.6%，Aad=20.50%（换算带入上述公式即可不再赘述）

三.影响焦作煤的灰的结渣温度和结渣状态的主要因素：

（1）首先，灰的成分是影响结渣温度和结渣状态的最主要因素，灰的结渣温度主要由煤炭中的酸碱比、硅铝比（SiO2/）、硅Al2O3比、铁钙比（Fe2O3/CaO）等来决定，SiO2、的熔点Al2O3高所以其含量高时灰熔点高，则煤种不容易结渣；Fe2O3由于等熔点低，故其含量高时，灰熔点低，煤种容易结渣；CaO、MgO等本身熔点高但容易和FeO、Al2O3等生成低熔点的共晶体，会有助融作用，导致结渣。

（2）其次，与晶格的结构有关。

通过灰成分来确定结渣特性有时也不够准确，主要的原因是化学分析不能给出煤中存在那些矿物质，例如SiO2含量可以是由于石英引起，但也可以由粘土矿物引起，然而这两种物质在炉膛中所表现的性质却极为不同。

由此分析，第一步的分析存在一定的不确定性。

（3）最后，煤种的结渣特性还与外部条件有着较为密切的联系，比如煤粉的研磨直径、燃烧时的空气量、冷却条件等，例如煤粉过细，会提高燃烧器区域热负荷而可能引起结渣，过粗不仅不利于着火和煤粒的燃尽，而且易造成炉膛上部和过热器部位结渣。

在锅炉设计时，应该有一个良好的炉膛型式，高度和截面尺寸，避免热强度过高或火焰直接冲刷到水冷壁面上而造成结渣。

其次燃烧器应有合理的结构及布置，考虑一二次风风速和风率，以免气流流出后因两侧补气条件太差而使气流贴壁造成结渣。

在锅炉运时，应保证各燃烧器的风量分配均匀，煤粉分配均匀，还应该保证炉膛出口过量空气系数处于最佳值。

锅炉也尽量不要超负荷运行，否者将使炉温升高而使结渣严重。

参考文献：

《发电厂动力部分》第二版高等教育出版社

《煤化学基础》第三版王志坤化学工业出版社

《火力发电厂》第二版哈尔滨工业大学出版社