6-1燃料测试技术.ppt

1 燃料测试技术 1 2 7 1燃料及概况 燃料 是各种 有机和无机 复杂化合物的混合物 通过燃烧可以将其化学能转化为热能的物质 同时在技术上是可行的 经济上是合理的例如 天然气 石油 煤炭等金刚石可以燃烧 但不作为燃料 经济上不合理燃料是远古时代的动 植物被埋于地下 在缺氧高温高压的条件下 由细菌作用形成的固 液 气态的碳氢化合物 一 什么是燃料 3 二 燃料分类 天然燃料例如 天然气 石油和煤炭人工燃料煤气 沼气和人造酒精等 4 三 我国燃料情况 储量丰富煤已探明储量 7800亿吨 居世界第三位石油 116亿吨 居世界第八位天然气 居世界第十六位经济可采储量俄罗斯2440亿吨美国2405亿吨中国1145亿吨澳大利亚909亿吨 三种主要化石能源可应用年限估计 5 三 我国燃料情况 发展迅速燃料总产量 折合亿吨标准煤 6 三 我国燃料情况 能源消费以煤为主能源构成的百分比 7 煤和焦碳的组成及各组分的重要性质 1 煤 是植物遗体覆盖在地层以下 经若干年生物化学 物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀 2 煤的组成 由有机质 矿物质 水三部分组成有机物 由C H O N S等元素组成 C H95 以上矿物质 碱金属 碱土金属 Al Fe等的碳酸盐 硫酸盐 磷酸盐 硅酸盐 硫化物等 水 外在水 内在水 8 煤和焦碳的组成及各组分的重要性质 3 煤的分类 腐植煤 高等植物形成 腐泥煤 低等植物形成 陆植煤 残植煤 4 煤的用途 人类生存所需热源提供之一 工业生产 化工 冶金 主要的原料5 焦碳 煤在隔绝空气条件下加热 干馏 水分和有机物裂解产物 煤气挥发出来 不挥发部分就是焦碳 6 焦碳的组成 与煤相似 挥发性组分含量少 9 7 2煤成分的表示方法 燃料中的灰分和水分会随着燃料的开采 运输和储存过程而发生变化 而燃料成分表示的是各成分的相对百分含量 为此必须规定燃料成分表示的分母基准 根据燃料中灰分和水分的变化情况分为4种基准 1 收到基ar asreceived2 空气干燥基ad airdried3 干燥基d dried4 干燥无灰基daf driedandashfree 10 11 收到基 下标符号为ar 表示燃料中全部成分的质量百分数总和是锅炉燃料燃烧计算的原始依据 Car Har Oar Nar Sar Aar Mar 100 12 空气干燥基 下标符号为ad 表示在不含外在水分的条件下 燃料各组成成分的质量百分数总和 是实验室煤质分析所用煤样的成分组成 Cad Had Oad Nad Sad Aad Mad 100 13 干燥基 下标符号为d 表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质量百分数总和干基中各成分不受水分变化的影响Cd Hd Od Nd Sd Ad 100 14 干燥无灰基 下标符号为daf 表示在不含水分和灰分的条件下 干燥无灰燃料各组成成分的质量百分数总和 干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分 各成分不受水分和灰分变化的影响 Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Sdaf 100 15 16 各种 基 的换算系数K 表中换算系数可用于除水分以外的其余成分 挥发分和高位发热量的换算 17 煤的焦结性分为八类 粉状 全部粉状粘着 用手指轻碰即成粉状弱粘结 用手指轻压即成小块不熔融粘结 用手指用力压才裂成小块 表面无光泽不膨胀熔融粘结 焦饼 有银白色金属光泽微膨胀熔融粘结 手指压不碎 表面有小膨胀泡膨胀熔融粘结 上下表面银白色光泽 焦渣高度15mm 18 焦结性对燃烧过程的影响 煤的焦结性对层燃炉有重要影响 焦渣处于5 8类 结焦成块 层燃炉妨碍通风 含碳量增加 焦渣处于1 2类 可能漏煤 或增加飞灰损失 小知识 结焦和结渣的区别 结焦 指煤的特性 指焦炭的强度与附着力 结渣 指灰的特性 主要与软化点与熔化温度有关 19 7 3燃料的元素分析 固液 体燃料的成分元素分析成分 为工程计算和应用方便 将燃料的主要元素组成和水分 灰分测量结果习惯上称为元素分析成分元素分析成分的构成碳 氢 氧 氮 硫 灰分和水分气体燃料的成分气体的分子式 20 碳 Carbon 是燃料的主要可燃元素 占燃料质量份额的15 90 煤占50 90 煤的地质年代越久远 碳化程度越深 含碳越多 无烟煤占90 纯碳的着火和燃烧很困难 煤的含碳量越多 着火与燃烧越困难 但发热量大 21 氢 Hydrogen 可燃元素 煤的碳化程度越深 含氢量越少 煤一般的含氢量为2 10 22 硫 Sulfor 自然界中硫的存在形式包括有机硫 黄铁矿硫和硫酸盐硫 硫是可燃元素 但热值很低 同时硫燃烧产生的二氧化硫 三氧化硫会进一步生成亚硫酸和硫酸 腐蚀金属 造成锅炉堵灰 我国煤的含硫量很低 一般1 2 但南方某些煤的含硫量较高 可达3 5 个别达10 高硫煤 含硫量大于2 的煤质 23 氧 Oxygen 氧是不可燃元素 在燃料中已和碳 氢化合 使其可燃成分相对减少固体燃料的含氧量随碳化程度的加深会较少 无烟煤含氧量1 2 其他煤的碳氧量10 左右油的含氧量很少 1 左右 24 氮 Nitrogen 通常情况下不可燃 条件满足时可生成NOx 但生成量很少 一般认为是不可燃元素煤中含量很少 一般1 2 油中含量0 05 0 4 能造成空气污染 须严格控制其生成 25 灰分 Ash 不可燃 属于矿物杂质 主要由SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3等氧化物和碱 盐等构成燃料中灰分含量相差很大 油中几乎无灰 煤中灰分通常10 30 多者可达50 按灰分的来源可分为内部灰分 生成煤时混入 混合均匀外部灰分 开采 运输时混入 分布不均匀 26 灰分含量对燃烧过程的影响燃料发热量少着火 燃烧困难积灰 结渣 影响传热磨损受热面污染环境灰在燃烧前后可能不完全一致 化合物可能会分解 但在800 之后 基本不变 测定其成分时规定 测量温度815 10 27 水分 Water Moisture 不可燃 属于杂质油中含量1 3 煤中变化较大2 50 水分构成内部水分 固有水分 105 110 外部水分 表面水分 45 50 化合水分 结晶水 灰分的一部分瓷土 水分含量随开采 运输 储存条件而变化 28 水分对燃烧过程的影响燃料的发热量着火 燃烧过程吸收大量热量 降低燃烧温度排烟热损失受热面腐蚀堵灰制粉 干燥和运输 29 7 4煤的工业分析 什么是煤的工业分析 煤的元素分析 工作量大 复杂 工程上多应用工业分析成分 此外 还需要了解发热量 灰熔点等其他煤质特性工业分析构成 Proximateanalysis 成分 水分 灰分 挥发分和固定碳 其中灰分和固定碳合称为焦炭发热量灰熔点 30 煤的工业分析 工业分析成分的定义和煤的燃烧过程密切相关 A A C FC V H O N S M M 固态 气态 31 1 煤的工业分析 也称为技术分析或实用分析 主要测定项目 水分 挥发分 灰分 固定碳四项分析结果 用来判断煤的种类 估量煤的利用价值评价煤质 2 煤的元素分析 主要测定C H O N S元素分析结果 为煤科学的分类 合理的利用和工业设计提供数据 32 煤试样的制备方法 一 制样总则1 制样目的 是将采集的煤样 经过破碎 混合和缩分等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样 2 精度要求二 制样用品1 试剂2 设施 设备和工具三 煤样的制备 33 一 煤的水分测定 一 煤的水分测定 一 煤中水分分类 游离水 结晶水 内在水 外在水 1 外在水分 Mf 也称风干水分 指煤表面水膜及孔径 10 5cm 毛细孔中的水分 风干时失去 风干煤 2 内在水分 Mink 也称烘干水分 吸附在孔径 10 5cm毛细孔中的水分 烘干 105 110 时失去 干燥煤 总水分 外在水分 内在水分3 空气干燥煤样水分 Mad 以空气干燥煤样在指定条件下 测得的水分为Mad 34 一 煤的水分测定 二 空气干燥煤样水分的测定通氮干燥法 对年轻煤适合 防止氧化增重方法提要 在105 110 烘箱 将一定质量的空气干燥煤样在不断进入氮气下干燥 至质量恒定 连续两次测定质量差 的值小于0 3mg计算出水分的含量 试剂和仪器测定步骤 用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为0 2mm以下的空气干燥煤样 1 0 1 g 平摊在称量瓶中 35 一 煤的水分测定 打开称量瓶盖 放入预先通入干燥氮气 并已加热到105 110 的干燥箱中 进行干燥 从干燥箱中取出称量瓶 立即盖上盖 放入干燥器中冷却至室温后 称量 进行检查性干燥 每次30min 直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0 001g 4 结果计算 Mad 空气干燥煤样的水分含量 m1 煤样干燥后失去的质量 gm 煤样的质量 g 36 一 煤的水分测定 空气干燥法 对年老煤适合 1 方法提要 称取一定质量的空气干燥煤样 置于105 110 干燥箱中 在空气中干燥至质量恒定 然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量 2 仪器 设备 3 分析步骤 4 结果计算 Mad 空气干燥煤样的水分含量 m1 煤样干燥后失去的质量 gm 煤样的质量 g 37 二 煤中灰分的测定 一 缓慢灰化法 1 方法提要 称取一定质量的煤样 放入马弗炉中 在高温炉里815 10 灼烧至质量恒定 由试样重及灰分重计算出灰分含量 2 仪器和设备 3 测定步骤 二 快速灰化法1 方法A 1 方法提要 将装有煤样的灰皿放在预先加热的 815 10 的灰分快速测定仪的传送带上 煤样自动送入仪器内完全灰化 然后送出 以残留物的质量占煤样的质量分数作为灰分产率 38 二 煤中灰分的测定 2 仪器 3 测定步骤2 方法B 1 方法提要 将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至 815 10 的马弗炉中灰化并灼烧至质量恒重 以残留物的质量占煤样的质量分数作为灰分产率 2 仪器和设备 3 测定步骤 39 4 结果计算 二 煤中灰分的测定 Aad 空气干燥煤样的灰分含量 m1 残留物的质量 g m 煤样的质量 g 40 三 煤中挥发分的测定 1 方法提要 称取一定的空气干燥煤样 放在带盖的瓷坩埚中 在 900 10 温度下 隔绝空气加热7min 以减少的质量占煤样的质量分数 减去该煤样的水分的含量 即为挥发分的含量 2 仪器和设备 3 测定步骤 4 结果计算 空气干燥煤样的挥发分的计算 41 三 煤中挥发分的测定 当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量为2 12 则 当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量 12 时 则 Vad 空气干燥煤样的挥发分含量 m1 煤样加热后减少的质量 g m 煤样的质量 g Mad 空气干燥煤样的水分含量 42 四 煤中固定碳含量的计算 固定碳含量的计算 FCad 空气干燥煤样的固定碳含量 Mad 空气干燥煤样的水分含量 Aad