煤化学 第八章 煤工艺性质.doc

第八章 煤的工艺性质 第一节 煤的发热量 煤的发热量也称煤的热值，是指单位质量的煤完全燃烧后所释放出的热能，用kJ/g或MJ/kg表示。发热量是煤最重要的质量指标，是煤作为能源的使用价值高低的体现。根据 煤的发热量可以计算锅炉的热量平衡、耗煤量、热效率，还可以估算锅炉燃烧时的理论空气量、烟气量以及理论燃烧温度等，是锅炉设计的重要依据;煤的发热量在研究煤质和对煤分类也有重要意义。 一、煤的发热量的测定原理 一般采用氧弹法测定煤的发热量，其基本原理是:称取1 g左右粒度小于0.2 mm的空气干燥煤样置入氧弹的燃烧皿中，向氧弹充入氧气，使氧弹中氧的初压力为2.6~3.0 MPa，然后将氧弹放入充有定量水的内桶，利用电流将煤样点燃。煤样燃烧后产生的热量通过氧弹传给内桶中的水，使水的温度升高。根据内桶水的温升和氧弹系统的热当量(水温升高1 ℃系统所需要的热量)可以计算出煤在氧弹中燃烧后释放出的热量，此即弹筒发热量，用Qb.ad表示。对恒温式热量计，在实际测定时还需要对内外桶之间的热交换进行校正，绝热式热量计则不需要校正。氧弹结构如图 二、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别 煤在氧弹中燃烧时，氧弹中的气氛是高压纯氧。在这一特殊条件下，煤的燃烧反应与大气条件下的燃烧有较大的区别。 (1)氮(包括氧弹中原有少量空气中的氮)在高压氧条件下，部分氮生成了高价氮氧化物，这些高价氮氧化物与水作用生成硝酸，表示如下: 在高温下，氮首先与氧反应生成一氧化氮: N2+O2←→2NO1；一氧化氮进一步与氧气反应生成二氧化氮: 2NO+O2→2NO2;二氧化氮溶于水形成硝酸:3NO2 + H2O→2HN03+NO。 硝酸生成过程中最困难的反应是第一步反应，这个反应只有在很高的温度下才能进行，第二步和第三步反应则很容易进行。因此，氧弹内硝酸生成量主要取决于第一步反应，即取决于氧弹内所能达到的瞬时高温，温度越高，硝酸生成量越大。由于氧弹内的容积和充入的氧气压力都是不变的，其瞬时高温主要来源于煤的燃烧热。 氧弹中氮氧化形成硝酸的过程是放热的，而煤在大气中燃烧时并不生成高价氮氧化物，更不会在锅炉内生成硝酸而放热。显然，煤在氧弹中燃烧时放出更多的热量。 (2)煤中的可燃硫(有机硫和硫铁矿硫)在氧弹中燃烧时，由于高压氧的存在，生成的SO2又转化为SO3，并与水作用生成了H2SO4，H2SO4溶于水形成稀硫酸，这一系列过程也是放热的。煤在大气中燃烧时绝大部分的可燃硫以SO2形式放出。显然，由于煤中硫的存在，使煤在氧弹中燃烧释放出的热量大子煤在大气中燃烧释放的热量。 (3)煤中的吸附水以及煤中的氢燃烧后生成的水在氧弹中均以液体水存在，而煤在大气中燃烧时水是以蒸汽的形式排放到大气中的。由蒸汽变为液态的水要释放出大量的热可见，由于水的存在形态不同，使得煤在氧弹中燃烧后释放出的热量大于在大气中燃烧所释放出的热量。 (4)煤在氧弹中燃烧是恒容燃烧，在大气中燃烧是恒压燃烧。在恒压条件下燃烧时因气体体积增大需向环境做功，从而使释放的热量减少。在氧弹中燃烧时则不存在向环境做功的问题，释放的热量就大。煤在恒压和恒容条件下燃烧释放的热量差别不大，一般不作校正，直接使用恒容条件下测得的结果。 三、弹筒发热量的校正 从上面的分析可知，由弹筒测得的弹筒发热量与煤在实际条件下燃烧释放的热量有较大的差距，为了得到接近实际的发热量值，需对弹筒发热量进行校正。如无特别说明，发热量均是指恒容发热量。 (一)对N、S特殊热效应的校正——恒容高位发热量 从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容高位发热量，简称高位发热量，用符号Qgr.v，ad表示，其计算式如下: 式中 Qgr.v，ad——空气干燥基的恒容高位发热量，J/g; Qb.ad一一空气干燥基的弹筒发热量，J/g; Sb，ad——由弹筒洗液测得的硫含量，%， 满足下列条件之一时，既可用全硫代替； Qb.ad14.6 kJ/g，或St.ad4% ; 94. 1——煤中每1%硫的校正值，J; α——硝酸生成热校正系数。试验证明，α与Qb.ad有关，取值如下: Qb.ad≤16.7 kJ/g时，α=0.0010 16.7 kJ/g＜Qb.ad≤25.10 kJ/g时，α=0.0012 Qb.ad＞25. 10 kJ/g时，α=0.0016 硝酸生成热校正系数随弹筒发热量增大而提高的原因主要是:煤在氧弹中燃烧产生时高温，氧弹内原有空气中的氮和煤中的氮首先与氧反应生成一氧化氮: N2+O2←→2NO;氧化氮进一步与氧气反应生成二氧化氮:2NO+O2→2NO2;二氧化氮溶于水形成硝酸: 3NO2 + H2O→2HN03+NO。由氮气到硝酸的三步反应热之和即为硝酸生成热。国内外的一些研究试验均表明，在氧弹内燃烧，无论是空气中的