鍋爐講課課件第四章

第四章煤的燃燒特性及我國動(dòng)力用煤的燃燒特性第一節(jié)、煤的燃燒特性一、煤的熱分解機(jī)理當(dāng)煤粒被加熱到超過一定溫度后，即進(jìn)入熱分解階段，放出揮發(fā)分并形成焦碳。煤在熱分解時(shí)放出揮發(fā)分的重量和成分與熱解的條件有關(guān)，即與加熱溫升速度、最終溫度和在此溫度下的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。當(dāng)加熱時(shí)溫升速度大于1ⅹ104℃/S時(shí)，，稱為快速熱分解；而當(dāng)加熱時(shí)溫升速度小于2℃/S時(shí)稱為慢速熱分解；溫升速度介于兩者之間的為中速熱分解煤的結(jié)構(gòu)既復(fù)雜且又極不穩(wěn)定，在熱分解過程中的分解方式、熱解產(chǎn)物的數(shù)量及性質(zhì)均受外界因素的影響，如升溫速度、加熱溫度、加熱時(shí)間、周圍氣體的壓力、成分和反應(yīng)器的型式、煤的顆粒尺寸和流體動(dòng)力條件等。熱分解的過程是使煤中的熱不穩(wěn)定物質(zhì)不斷熱解揮發(fā)，剩余部分不斷地締合增碳，形成熱穩(wěn)定產(chǎn)物。煤的熱分解的發(fā)生是由于加熱使溫度升高，分子的振動(dòng)加劇，當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度大于鍵的生成能時(shí)，分子和原子間的鍵斷裂而引起的，同時(shí)發(fā)生一系列串聯(lián)或并聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)。一般情況下，在105℃以前，主要析出水分和部分氣體，直到300℃，水分才能完全析出。在溫度上升至200-300℃時(shí)，析出的水分稱為熱解水，并伴有氣態(tài)物質(zhì)CO和CO2，還有少量焦油析出。當(dāng)溫度達(dá)300-550℃時(shí)，大量焦油和氣體開始析出，并被稱為初次揮發(fā)物，其主要成分CH4和同系物，及不飽和烴和CO、CO2等。這些物質(zhì)通過煤?？紫痘蛉剂蠈酉蛲鈹U(kuò)散時(shí)，還有可能再次熱分解或熱解形成二次揮發(fā)物。當(dāng)溫度達(dá)500-750℃時(shí)，半焦開始熱解，含氫較多的氣體開始析出。在759-1000℃時(shí)，半焦繼續(xù)熱解并析出少量含氫為主的氣體，半焦形成焦碳。二、煤的熱重分析燃料特性是燃燒設(shè)備設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，采用常規(guī)的方法，如元素及工業(yè)分析時(shí)，發(fā)熱量和灰熔點(diǎn)，灰的成分和可磨性系數(shù)等參數(shù)，不能完全表征煤的燃燒特性。近年來，國內(nèi)外開發(fā)了許多特種分析方法，如熱天平、熱顯微鏡、著火指數(shù)爐、一維爐等方法。由于儀器規(guī)范不同，即使同一種煤也會(huì)得出不同的結(jié)果。在使用分析數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)弄清數(shù)據(jù)的來源單位，所用儀器和規(guī)范，否則可能造成錯(cuò)誤。煤的失重分析是判別煤的燃燒特性而進(jìn)行的專門分析，熱天平是常用設(shè)備之一。熱天平可測定煤燃燒著火穩(wěn)定性和燃盡性，煤的熱解性和焦碳燃盡性。Wct-2微機(jī)差熱天平為高溫型微機(jī)化的WTA-TG-DTG同時(shí)分析儀，可對(duì)微量試樣同時(shí)進(jìn)行差熱分析、熱重測量及熱重微分測量，測量原理簡介如下。1.差熱分析將裝有試樣與參比物的坩堝分別放在天平一臂上方的樣品座上，利用電爐對(duì)其加熱，試樣與參比物處于爐子的均溫區(qū)內(nèi)。若試樣在某一溫度下發(fā)生相變、分解、化合、吸附、解吸、脫水、熔化、凝固等現(xiàn)象并伴有焓的改變時(shí)，而參比物在測試溫區(qū)內(nèi)沒有焓的改變，此時(shí)試樣的溫度與參比物的溫度有一差值，利用差熱電偶可以及時(shí)檢測反映試樣與參比物溫差的熱電勢。再經(jīng)過差熱放大器進(jìn)行放大，送入計(jì)算機(jī)即可得到DTA曲線的采樣數(shù)據(jù)。2.熱重測量將有試樣的坩堝放在樣品座上并利用電爐對(duì)其加熱。當(dāng)在某溫度下發(fā)生分解、化合、吸附、解吸、升華、脫水等現(xiàn)象而發(fā)生質(zhì)量改變使天平失衡，與天平橫梁剛性連接的光柵產(chǎn)生位移，利用光電位移傳感器及時(shí)檢測出失衡信號(hào)，熱重測量系統(tǒng)自動(dòng)改變平衡線圈中的平衡電流，使天平恢復(fù)平衡。此電流變化量正比于試樣質(zhì)量變化量，變化量通過采樣電阻輸入計(jì)算機(jī)，即可得到TG曲線的采樣數(shù)據(jù)。3.熱重微分測量及溫度測量試樣發(fā)生質(zhì)量變化時(shí)，變化過程中各點(diǎn)的變化速率是不同的，將TG信號(hào)接入微分放大器進(jìn)行微分，再送入微機(jī)，即可得到反映試樣質(zhì)量變化速率的曲線數(shù)據(jù)。將測溫?zé)犭娕嫉臒犭妱萁?jīng)過熱電偶冷端補(bǔ)償后送入計(jì)算機(jī)，即可得到溫度T曲線的采樣數(shù)據(jù)。4.試樣與參比物試樣一般用100-300目的粉末，試樣量一般不超過坩堝容積的4/5，對(duì)發(fā)泡試樣不超過坩堝容積的1/2，或用氧化鋁粉末稀釋防止發(fā)泡溢出坩堝。參比物是在測試溫區(qū)內(nèi)對(duì)熱高度穩(wěn)定的物質(zhì)參比物的導(dǎo)熱性能及熱容量最好與試樣接近，以減少差熱基線漂移。試樣量較少或熱容量很小時(shí)，也可以不用參比物。熱重分析法測定的煤的微分熱重曲線（dtg）也稱為燃燒分布曲線，它表示煤樣失重率（燃燒速度）隨溫度變化的規(guī)律，是對(duì)煤的著火、燃燒性能進(jìn)行綜合判斷的依據(jù)。不同煤種當(dāng)燃燒分布曲線相似時(shí)，則它們?cè)阱仩t中的燃燒情況基本相同。下圖為一些煤種的燃燒分布曲線（煤種：1、褐煤；2、煙煤；3、劣質(zhì)煙煤；4、無煙煤）特征點(diǎn)意義：A、水分開始析出；B、水分最大失重率處；C、揮發(fā)分開始析出；D\揮發(fā)分最大失重率處；E、燃盡下圖為煤的燃燒分布曲線。圖中曲線從左至右，前部小峰B是水分析出峰，第二個(gè)峰D是燃燒峰。一般燃燒峰所圍的面積對(duì)應(yīng)于煤的可燃質(zhì)份額。若燃燒峰偏向低溫區(qū)，峰值越高，說明煤的反應(yīng)能力越強(qiáng)，該煤易于燃燒。而且燃燒峰的后段越陡，煤的燃盡特性越好。引入著火溫度和可燃性指數(shù)，并以數(shù)字形式表示燃燒分布曲線的特征.可燃性指數(shù)綜合了煤的著火特性、著火后繼續(xù)反應(yīng)特性和燃盡特性。其值越大，煤的燃燒特性越好。而著火溫度越高，煤的燃燒特性越差。煤的熱重分析儀還可測定判別煤中揮發(fā)分隨溫度升高析出情況的熱解曲線無煙煤的揮發(fā)分隨溫度升高析出緩慢且無集中釋放區(qū)，在整個(gè)升溫過程中均有揮發(fā)分釋放出來直到800℃揮發(fā)份也未釋放完畢，說明無煙煤著火燃盡都較困難。用于判斷煤燃燒快慢和燃盡時(shí)間的燃盡率曲線也可由熱重分析測定三、煤的著火及燃燒特性(一)煤的著火及穩(wěn)燃特性為了判斷煤的著火的難易程度及穩(wěn)然性能不同的研究者提出了一些相異的指標(biāo)。每種指標(biāo)都有一定的使用價(jià)值，但都不能準(zhǔn)確地反映煤的著火特點(diǎn)，而且同一種煤用不同的指標(biāo)判斷，結(jié)論可能不同，所以只具有參考價(jià)值。1.燃料比RRRR=C/V上式中的C、V表示燃料中的碳和揮發(fā)份上式中的C、V用于干燥無灰基和收到基的數(shù)值均可，但必須是同一基準(zhǔn)

2.通用著火特征指標(biāo)Fz

3.綜合系數(shù)K1K1=u1/（t1×t2）t1—煤的熱解開始溫度t2—最大熱解溫度u1—最大熱解速度，%/min4.著火穩(wěn)燃特性指數(shù)Rw5.熱天平可燃性指標(biāo)C6.熱天平著火穩(wěn)定性能指標(biāo)7.著火指標(biāo)（二）煤的燃盡特性1.燃盡性判別指數(shù)RJ2.熱天平煤焦及煤熱分析綜合指數(shù)N3.煤焦比表面積S4.表面反應(yīng)速率系數(shù)Ka第二節(jié)、我國動(dòng)力用煤的燃燒特性一、我國煤的分類我國煤的分類方法，是采用表征煤化程度的干燥無灰基揮發(fā)分Vdar作為分類指標(biāo)，并將煤分為褐煤、煙煤和無煙煤一般Vdar≤10%的煤為無煙煤，Vdar≥37%的煤為褐煤揮發(fā)分在它二者之間的為貧煤和煙煤。無煙煤可再用干燥無灰基煙煤除用干燥無灰基揮發(fā)分劃分外，還用工藝性能的參數(shù)指標(biāo)作為劃分指標(biāo)褐煤除用揮發(fā)分分類外，還用透光率和含最高內(nèi)在水分的無灰高位發(fā)熱量作為區(qū)分褐煤和煙煤的指標(biāo)二、發(fā)電廠用煤的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電廠用煤的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面有較大影響的煤質(zhì)特性制定的，包括干燥無灰基、干燥基和收到基水分、灰的軟化溫度ST作為主要分類指標(biāo)：見下表：發(fā)電廠用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表可用于電廠建設(shè)中根據(jù)煤的來源確定煤所處的級(jí)區(qū)，作為設(shè)計(jì)部門選擇電廠設(shè)備和系統(tǒng)的依據(jù)三、各類煤質(zhì)的燃燒特性1.無煙煤無煙煤是煤化程度最深的煤類，它有明亮的黑色光澤，硬度高不易研磨。它的含碳量很高，雜質(zhì)少而發(fā)熱量較高，大致為21000—25000kj/kg，但由于揮發(fā)分含量較低，難以點(diǎn)燃，燃燒特性差，為保證著火和穩(wěn)燃，在鍋爐設(shè)計(jì)中常需要采取一些特殊措施，對(duì)低灰熔點(diǎn)的無煙煤還須同時(shí)解決著火穩(wěn)定性和結(jié)渣之間的矛盾。無煙煤的著火需要較高溫度，燃燒時(shí)火焰較短，燃盡也較困難。但在貯存時(shí)不易自燃。2.貧煤它的揮發(fā)量含量稍高于無煙煤，其著火、燃盡特性優(yōu)于無煙煤，但仍屬于燃燒特性較差的煤種。3.煙煤煙煤具有中等的煤化程度，它的揮發(fā)分含量較高，水分和灰分也較少，發(fā)熱量也較高。煙煤燃點(diǎn)低，容易著火和燃盡。但某些含灰量較高的劣質(zhì)煙煤則燃燒特性較差。對(duì)揮發(fā)分超過25%