煤的燃燒特性綜合實驗

武漢理工大學(xué)資料科學(xué)與工程學(xué)院煤的熄滅特性綜合實驗一、前言能源是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可繼續(xù)開展的保證，是人類賴以生存的根底。直接影響到世界經(jīng)濟(jì)的開展。煤是地球上最豐富的化石燃料，目前約占世界能源的28%。隨著經(jīng)濟(jì)的開展，能源構(gòu)造在優(yōu)化，煤消費構(gòu)造在變小。然而，雖然煤消費的比例在變小，但實踐的消費量卻呈快速上升的趨勢。近100多年來，煤的年消費量增長了40倍。我國能源消費總量居世界第三。雖然我國的能源構(gòu)造曾經(jīng)發(fā)生了很大的變化，但仍沒有擺脫以煤為主的能源構(gòu)造。在我國的能源消費構(gòu)造中，煤約占整個一次能源耗費的75%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石油、天然氣和水電。煤的熄滅特性綜合實驗煤是一種有機(jī)礦物的復(fù)雜聚合物，由于成煤年代和地址條件的差別，決議了煤的物理化學(xué)特性的差別，在熄滅中那么直接表現(xiàn)為熄滅性能的優(yōu)劣。國內(nèi)外對熄滅性質(zhì)的評價多采用工業(yè)分析所得的揮發(fā)分作為根據(jù)，雖能大體反映不同煤熄滅的難易程度，但運用于劣質(zhì)煤時有較大的誤差。這是由于只需在煤巖組成相近情況下，揮發(fā)分才干作為熄滅特性的斷定根據(jù)[2]。采用單一目的作為煤熄滅特性的斷定根據(jù)，無法全面反映煤的著火和熄滅這一復(fù)雜物理化學(xué)過程中氧氣分散、傳熱速度、升溫速度以及各物理化學(xué)特性對著火和燃盡過程的影響。近年來，又提出了氫碳比、固定碳與揮發(fā)分比以及其他一些目的來表征煤熄滅性能的優(yōu)劣。一、前言煤的熄滅特性綜合實驗?zāi)壳?，在我國的水泥行業(yè)中，特別是在干法水泥消費中，對煤的熄滅問題給予了越來越多的關(guān)注。傳統(tǒng)方法中僅了解煤的工業(yè)分析值和發(fā)熱量，即評價煤質(zhì)的目的是：揮發(fā)分、水分、灰分、固定碳含量和發(fā)熱量，但經(jīng)常會出現(xiàn)工業(yè)分析值和發(fā)熱量相近的煤，而熄滅特性卻有很大區(qū)別的景象。為此我們經(jīng)過煤的工業(yè)分析、發(fā)熱量的測定等傳統(tǒng)分析方法和熱失重分析、差熱分析等現(xiàn)代研討手段來研討煤的熄滅特性，從而到達(dá)合理選用燃料熄滅設(shè)備、合理利用資源、提高熄滅效率、降低消費耗費、現(xiàn)劣質(zhì)煤的有效利用的目的。一、前言煤的熄滅特性綜合實驗從熄滅的角度來看，各種不同燃料均可歸納為兩種根本組成：可燃?xì)怏w如H2、CO及CmHn等固態(tài)炭.熄滅是指燃料中的可燃物與空氣產(chǎn)生猛烈的氧化反響，產(chǎn)生大量的熱量并伴隨著有劇烈的發(fā)光景象。熄滅有兩種類型:普通的熄滅，亦即正常的熄滅觀象。靠熄滅層的熱氣體傳質(zhì)傳熱給臨近的冷可燃?xì)怏w混合物層而進(jìn)展火焰的傳播。通常熄滅的火焰?zhèn)鞑ニ俣容^小，僅每秒幾米，熄滅時壓力變化較小，普通可視為等壓過程。爆炸性熄滅，系靠壓力波將冷的可燃?xì)怏w混合物加熱至著火溫度以上而熄滅，火焰?zhèn)鞑ニ俣却螅s為1000—4000m/s。通常是在高壓、高溫下進(jìn)展。普通窯爐中燃料的熄滅，屬于普通的〔正常的〕熄滅。二、根本概念煤的熄滅特性綜合實驗發(fā)熱量：單位質(zhì)量或體積的燃料完全熄滅，當(dāng)熄滅產(chǎn)物冷卻到熄滅前的溫度時所放出的熱量稱為燃料的發(fā)熱量或熱值，單位為kJ／kg〔kJ/Nm3〕或MJ／kg〔MJ／Nm3〕。高位發(fā)熱量Qgr,p〔定壓高位發(fā)熱量，grossconstantpressure〕是燃料完全熄滅，并當(dāng)熄滅產(chǎn)物中的水蒸氣全部凝結(jié)為水的所放出的熱量；低位發(fā)熱量Qnet,p〔定壓低位發(fā)熱量，netconstantpressure〕那么是用燃料完全熄滅后，其熄滅產(chǎn)物中的水蒸氣仍以氣態(tài)存在時所放出的熱量。為方便表示，在此我們將Qgr,p表示為Qgr,將Qnet,p表示為Qnet。煤的熄滅特性綜合實驗二、根本概念三、燃料的種類常用礦物燃料的分類種類天然燃料人工燃料固體燃料泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤、油頁巖、木柴焦炭、粉煤液體燃料石油汽油、煤油、柴油、重油、渣油等氣體燃料天然氣、石油拌氣、礦井氣高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、煉焦?fàn)t煤氣、地下氣化煤氣等

煤的熄滅特性綜合實驗四、燃料組成及其表示方法◆燃料的組成及表示方法，隨燃料種類的不同而不同?！舫Ｓ迷胤治龇ê凸I(yè)分析法來表示固體、液體燃料的化學(xué)組成?！舾鶕?jù)元素分析法，煤中物質(zhì)是由碳〔C〕、氫(H〕、氧〔O〕、硫〔S〕、氮〔N〕五種元素及灰份〔A〕和水分〔M〕組成?！艄I(yè)分析組成包括水分〔M〕、灰分〔A〕、揮發(fā)分〔V〕和固定碳〔FC〕〔FixedCarbon〕四種成分，其總量為100。煤的熄滅特性綜合實驗◆表示煤組成的常用基準(zhǔn)1〕收到基〔asreceived〕：指運用單位收到的煤的組成，也即是實踐運用的煤的組成。在各組成的右下角以“ar〞表示。Mar＋Var＋FCar十Aar=100%2〕空干基〔airdry〕：指分析實驗室里所用的空氣枯燥煤樣的組成〔將煤樣在20℃和相對濕度70％的空氣下延續(xù)枯燥1小時后質(zhì)量變化不超越0.1%，即以為已到達(dá)空氣枯燥形狀。此時煤中水分已與大氣到達(dá)平衡〕。在各組成的右下角以“ad〞表示。Mad＋Vad＋FCad＋Aad=100％煤的熄滅特性綜合實驗四、燃料組成及其表示方法◆表示煤組成的常用基準(zhǔn)3〕枯燥基〔dry〕：指絕對枯燥的煤的組成。這種基準(zhǔn)不受煤在開采、運輸和儲存過程中水分變動的影響，能比較穩(wěn)定地反映成批儲存煤的真實組成，在各組成的右下角以“d〞表示。Vd＋FCd＋Ad=100%4〕枯燥無灰基〔dryashfree〕：指假想的無水無灰的煤的組成，由于煤的灰分在開采、運輸或洗煤過程中要發(fā)生變化，故除去灰分和水分后的煤組成，可排除外界條件的影響。該基準(zhǔn)在各組成的右下角以“daf〞表示。Vdaf＋FCdaf=100%煤的熄滅特性綜合實驗四、燃料組成及其表示方法◆不同基準(zhǔn)之間的換算已知的基所要換算的基收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基收到基1(100-Mad)/(100-Mar)100/(100-Mar)100/(100-Mar-Aar)空氣干燥基(100-Mar)/(100-Mad)1100/(100-Mad)100/(100-Mad-Aad)干燥基(100-Mar)/100(100-Mad)/1001100/(100-Ad)干燥無灰基(100-Mar-Aar)/100(100-Mad-Aad)/100(100-Ad)/1001煤的熄滅特性綜合實驗四、燃料組成及其表示方法煤的工業(yè)分析值〔煤熄滅實驗1〕工業(yè)分析組成并不是燃料的原始組成，而是在一定條件下，用加熱的方法將燃料中極為復(fù)雜的成分加以分解和轉(zhuǎn)化而得到的。根據(jù)工業(yè)分析組成，就可以初步判別燃料的種類、性質(zhì)和工業(yè)用途。工業(yè)分析是動力燃料成分分析的一個重要工程。通常，將空氣枯燥后煤樣放在烘箱中在102～105℃下加熱至枯燥形狀，這樣失去的水分被稱為內(nèi)在水分或固有水分。取出稱量，假設(shè)水分<2%不進(jìn)展檢查性枯燥，否那么需進(jìn)展檢查性枯燥，步驟是將樣品重新放入枯燥箱中烘干，每次30分鐘，再稱量，直至恒重〔即質(zhì)量減少小于0.001克或增重〕為止。以增重前的一次稱量結(jié)果來計算水分。煤的熄滅特性綜合實驗灰分〔A〕是指煤在815℃熄滅后的殘留物，是煤中礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物?！布僭O(shè)灰分<15%不進(jìn)展檢查灼燒，否那么需進(jìn)展檢查性灼燒，步驟是將樣品重新放入馬弗爐中灼燒，每次20分鐘，再稱量，直至恒重〔即質(zhì)量減少小于0.001克或增重〕為止。以增重前的一次稱量結(jié)果來計算灰分?！硴]發(fā)分〔V〕是指在隔絕空氣的條件下，將煤加熱到900℃保溫7分鐘，從煤中有機(jī)質(zhì)分解出來的氣體產(chǎn)物。煤的工業(yè)分析值〔煤熄滅實驗1〕煤的熄滅特性綜合實驗主要儀器設(shè)備煤的工業(yè)分析值〔煤熄滅實驗1〕煤的熄滅特性綜合實驗

測量原理：煤發(fā)熱量的測定原理很簡單，即設(shè)法測定一定量試樣在完全燃燒時放出的熱量。目前常用的是伯斯路特于1881年發(fā)明的氧彈方法，把一定量的試樣放在密閉的充氧彈筒（俗稱氧彈）中完全燃燒。氧彈置于盛水的內(nèi)筒中，并被水完全浸沒。根據(jù)內(nèi)筒水溫的升高，計算出試樣的發(fā)熱量。

由于測定時，試樣完全燃燒放出的熱量不僅被水吸收，亦被彈筒自身、內(nèi)筒、攪拌器和量熱溫度計等裝置吸收，這些裝置統(tǒng)稱為量熱系統(tǒng)。該量熱系統(tǒng)本身具有熱容量（亦稱水當(dāng)量），需用已知標(biāo)準(zhǔn)發(fā)熱量的物質(zhì)（如苯鉀酸）進(jìn)行標(biāo)定，求出該系統(tǒng)的儀器常數(shù)。五、煤的發(fā)熱量測定〔煤熄滅實驗2〕煤的熄滅特性綜合實驗主要的儀器設(shè)備煤的熄滅特性綜合實驗五、煤的發(fā)熱量測定〔煤熄滅實驗2〕六、煤的熄滅特性的研討1.煤粉的熱解特性煤的熱解是指煤在加熱過程中釋放出氣體〔揮發(fā)分〕的過程。熱解研討應(yīng)包括兩個方面：氣態(tài)成分的生成過程和固態(tài)成分的孔隙構(gòu)造及形狀變化。通常所談到的煤的熱解特性僅指揮發(fā)分的析出特性。實驗證明1.400℃之前，根本上只需CO2析出2.在在400～600℃，C2H4、C2H6、CO、CH4和H2相繼到達(dá)最大值，同時焦油也在構(gòu)成；3.在600℃以后主要是H2和CO析出，并到達(dá)最大值。4.通常工業(yè)消費中所用到的揮發(fā)分含量是煤的工業(yè)分析揮發(fā)分含量，它是按我國規(guī)范規(guī)定，將枯燥的煤樣放在有蓋坩堝內(nèi)，在900±10℃的馬弗爐中加熱7min，煤樣所失去的分量。煤的熄滅特性綜合實驗2．煤粉的著火特性以煤著火機(jī)理研討、煤粉的著火特性實驗研討及評判為主要內(nèi)容煤粉著火機(jī)理的研討已有長達(dá)一個多世紀(jì)的歷程，其中一個主要的爭論是,煤的著火是均相還是非均相的。均相著火:普通是指煤中的揮發(fā)分熱解、聚積到一定程度發(fā)生的著火。非均相著火:是指氧氣分散到焦炭外表，直接與顆粒發(fā)生反響而著火。六、煤的熄滅特性的研討煤的熄滅特性綜合實驗3．煤粉的燃盡特性焦炭的非均相熄滅過程控制著煤粉熄滅的總速度，為國內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注。研討內(nèi)容：碳與氧的反響機(jī)理和熄滅反響速度。對于碳與氧的反響機(jī)理，普通以為碳與氧反響時一氧化碳和二氧化碳都是其主要產(chǎn)物，兩種產(chǎn)物之比隨溫度上升而添加，并與碳的種類有關(guān)。煤焦的熄滅速度取決于焦的化學(xué)反響速度和氣流的分散速度六、煤的熄滅特性的研討煤的熄滅特性綜合實驗4．著火點及著火方式確實定著火點確實定：將熱天平置于一封鎖爐中，加熱爐緩慢升溫，記錄爐內(nèi)分別為空氣及氮氣情況下煤〔煤焦〕的失重曲線。將這兩條曲線畫在一個圖中，那么當(dāng)曲線出現(xiàn)分別點時就闡明顆粒著火了〔即焦炭著火了〕。著火方式判別：均相著火還是非均相著火、結(jié)合著火方式確實定。5.燃盡動力學(xué)參數(shù)確實定將各煤樣制成顆粒直徑1000μm-5000μm的圓球，在105℃下烘干1小時放入帶蓋坩堝，再于850℃無氧形狀下加熱至恒重，得到煤焦，放入枯燥器內(nèi)備用，同時測得各煤焦密度ρc。將爐溫設(shè)置在850℃，爐內(nèi)氣氛為自然空氣，高溫進(jìn)樣測得各煤焦分量與時間的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)熄滅產(chǎn)物分量變化量在300秒內(nèi)均少于0.5%時,以為實驗終了。六、煤的熄滅特性的研討煤的熄滅特性綜合實驗6.特性指數(shù)確實定華中理工大學(xué)孫學(xué)信揮發(fā)份釋放特性指數(shù)D和煤的熄滅特性指數(shù)S，即：式中：(dw/dt)vmax為揮發(fā)分最大釋放速度,Tmax為其對應(yīng)的溫度；△T1/3是(dw/dt)v/(dw/dt)vmax=1/3時對應(yīng)的溫度區(qū)間。(dw/dt)max為煤的最大熄滅速度,(dw/dt)mean為平均熄滅速度，Ti為著火溫度，Th為燃盡時對應(yīng)的溫度。六、煤的熄滅特性的研討煤的熄滅特性綜合實驗6.特性指數(shù)確實定清華大學(xué)的付維標(biāo)等提出煤粉著火特性的指數(shù)Fz，即：清華大學(xué)韓洪樵提出煤的綜合可燃性目的S：六、煤的熄滅特性的研討煤的熄滅特性綜合實驗7．實驗方法(1)熱失重分析法〔煤熄滅實驗3〕又稱熱天平法。煤的熄滅過程是一個分量損失過程，因此經(jīng)過分析失重-溫度或失重-時間曲線可以獲得許多煤熄滅的信息。六、煤的熄滅特性的研討煤的熄滅特性綜合實驗(2)差熱分析法〔煤熄滅實驗4〕差熱分析的根本原理是：差熱分析是把試樣與參比物質(zhì)，置于差熱電偶的熱端所對應(yīng)的兩個樣品座內(nèi)，在同一溫度場中加熱。當(dāng)試樣加熱過程中產(chǎn)生吸熱或放熱效應(yīng)時，試樣的溫度就會低于或高于參比物質(zhì)的溫度，差熱電偶的冷端就會輸出相應(yīng)的差熱電勢。經(jīng)過檢流計偏轉(zhuǎn)與否來檢測差熱電勢的正負(fù)，就可推知是吸熱或放熱效應(yīng)。在與參比物質(zhì)對應(yīng)的熱電偶的冷端銜接上溫度指示安裝，就可檢測出物質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)變化時所對應(yīng)的溫度。六、煤的熄滅特性的研討煤的熄滅特性綜合實驗煤的工業(yè)分析〔參照實驗指點書〕煤的發(fā)熱量〔參照實驗指點書〕著重引見熱失重數(shù)據(jù)的分析與處置七、實驗數(shù)據(jù)的處置煤的熄滅特性綜合實驗熱失重數(shù)據(jù)的分析與處置▲數(shù)據(jù)處置軟件引見●Excel●OriginOrigin作為一個強(qiáng)大的基于圖形化的數(shù)據(jù)作圖軟件，雖然其功能非常繁多和強(qiáng)大，但運用起來還是非常簡單。七、實驗數(shù)據(jù)的處置煤的熄滅特性綜合實驗1.Origin軟件啟動七、實驗數(shù)據(jù)的處置煤的熄滅特性綜合實驗2.導(dǎo)入數(shù)據(jù)七、實驗數(shù)據(jù)的處置煤的熄滅特性綜合實驗3.作質(zhì)量－時間圖〔1〕七、實驗數(shù)據(jù)的處置煤的熄