煤炭基础知识ppt课件

燃料采制化培训 主讲 范志斌TELmail2010年版权所有谢绝复制 电力工业河北发电用煤质量监督检验中心 22 04 2020 2 第一章煤炭基础 煤炭是天然形成的具有复杂的组成与结构的混合物 要充分利用煤炭资源 必须掌握煤炭的基本特性 了解煤炭质量指标的变化对电力生产过程的影响 本章主要阐述煤的形成过程 煤炭的主要类别及其特性 煤的物理和化学特性 介绍煤炭的基本组成和表达方式 发电用煤常用的煤炭特性指标 物理意义以及与电力生产的关系等 22 04 2020 3 第一节煤的形成与种类 一 煤的形成煤是自然资源 它是由古代植物形成的 植物分低等植物和高等植物两大类 地球上储量最多的煤是由高等植物形成的 统称为腐植煤 植物从死亡到堆积转变为煤 大致可分为两个作用阶段 泥炭化阶段和煤化阶段 1 泥炭化阶段 植物残骸在沼泽中经生物化学和物理化学变化形成泥炭的过程 细菌 古代植物 腐烂 分解 变为气体和泥炭 22 04 2020 4 煤的形成与种类 2 煤化阶段 泥炭在地下 压力 温度 时间 压紧和硬化 排除气体和水分 使碳含量增高的过程 这种成岩与变质作用统称为煤化作用 综上所述 煤实际上是由古代植物残骸经地质作用变化而成的固体有机可燃矿岩 成煤过程中 各阶段主要作用因素及产生的化学变化列于表1 1 22 04 2020 5 表1 1成煤过程中主要作用因素和化学变化 22 04 2020 6 煤的形成与种类 二 煤的种类及其特征1 煤的种类煤化过程是一个增碳的碳化过程 是一个由低级向高级逐渐变化的过程 成煤条件的变化 决定了煤的多样性 复杂性和不均匀性 所以根据煤化程度的深浅 地质年代的长短以及含碳量的多少 可将煤划分为褐煤 烟煤和无烟煤三大类 22 04 2020 7 由植物的成煤过程可知 植物埋在地下的年代越久 成煤过程中煤的煤化程度就越深 煤中的水分与挥发分的含量就越小 含碳量则越高 2 各种煤的基本特征 褐煤褐煤是煤化程度最低的煤 外观多程褐色或暗褐色 其光泽暗淡 质地较软 极易破碎 其挥发分与内在水分都很高 褐煤易风化 随之热量明显降低 煤的形成与种类 22 04 2020 8 煤的形成与种类 烟煤烟煤的煤化程度高于褐煤 低于无烟煤 是自然界中分布最广的煤种 烟煤具有不同程度的光泽 大多数呈条带状 其特点挥发分范围很宽 不同类别的烟煤粘结性差异较大 燃烧时烟多 它的各项特性基本上也是介于无烟煤与褐煤之间 如 贫煤性质最接近无烟煤 所以有时也称它为半无烟煤 长焰煤的性质最接近褐煤 22 04 2020 9 煤的形成与种类 无烟煤煤化程度最高的一种煤 挥发分含量低 密度大 含碳量高 燃点高 无粘结性 外观呈灰黑色 有金属光泽 无明显条带 燃烧时不冒烟 火焰较短 褐煤 烟煤 无烟煤的主要特征见表1 2 22 04 2020 10 煤的形成与种类 表1 2煤炭的种类与特征 22 04 2020 11 第二节煤的岩相组成 一 煤岩学的概念煤是一种有机岩矿 利用通常研究岩石的方法来研究煤的学科称为煤岩学 二 煤岩学的研究方法宏观研究法和微观研究法宏观研究法是用肉眼来观察区别煤层的岩相组成 微观研究法是利用显微镜来识别煤的纤维组成 22 04 2020 12 煤的岩相组成 三 宏观煤岩成分丝碳 镜煤 亮煤 暗煤四 煤岩有机显微组分镜质组 丝质组 壳质组 稳定组 五 煤岩无机显微组成煤中矿物质 灰分 硫分六 煤中常见矿物质粘土矿 黄铁矿 石英 方解石 22 04 2020 13 第三节煤炭分类标准简介 一 中国煤炭分类中国煤炭分类标准主要是按照煤的煤化程度 Vdaf Pm 及工艺性能 G Ymm b 相结合对煤炭进行分类 采用煤的煤化程度参数Vdaf 将煤划分为无烟煤 烟煤和褐煤三大类 凡干燥无灰基挥发分 10 0 的煤为无烟煤 10 0 为烟煤 37 0 为褐煤 22 04 2020 14 煤炭分类标准简介 无烟煤按照干燥无灰基挥发分 Vdaf 和干燥无灰基氢 Hdaf 含量为指标 分为无烟煤1号 2号和3号三类 烟煤采用两个参数来确定其类别 一个是表征烟煤煤化程度的参数 Vdaf 另一个是表征烟煤黏结性的参数 G Ymm 或 b 作为指标 将烟煤细分为12个小类 它们分别是贫煤 PM 贫瘦煤 PS 瘦煤 SM 焦煤 JM 肥煤 FM 1 3焦煤 1 3JM 气肥煤 QF 气煤 QM 1 2中粘煤 1 2ZN 弱粘煤 RN 不粘煤 BN 和长焰煤 CY 22 04 2020 15 煤炭分类标准简介 根据透光率指标 Pm 褐煤又可分为两小类 分别是褐煤1号和褐煤2号 二 煤炭产品品种和等级划分所谓煤炭产品品种 是指煤炭经过拣矸或筛选加工后所获得的具有不同质量和用途的煤炭产品 煤炭产品按照用途 冶炼或其它用途 加工方法 洗选或筛选 和技术 粒度 灰分 要求划分为五大类 28个品种 22 04 2020 16 煤炭分类标准简介 精煤 包括2个品种 经精选加工生产出来的 符合品质要求的产品 多为低灰分 低含硫量的优质煤 粒级煤 包括16个品种 经过筛选或洗选生产的 粒度下限大于6mm的煤炭产品 洗选煤 包括7个品种 经过洗选加工的煤 原煤 从毛煤中选出规定粒度的矸石 包括黄铁矿等杂物 以后的煤炭产品 低质煤 包括2个品种 通常指低发热量 14 5MJ kg 高灰分的煤 40 的各种煤炭产品或煤泥 洗煤厂粒度在0 5mm以下的一种洗煤产品 22 04 2020 17 煤炭分类标准简介 三 发电用煤粉锅炉用煤技术条件为适应火电厂动力用煤的特点 提高煤的使用效率 并根据电厂固态排渣煤粉锅炉的技术条件要求 选用了7项指标进行划分 以作为锅炉设计与选用煤源的依据之一 分类指标有干燥无灰基挥发分 收到基低位发热量 干燥基灰分 全水分 干燥基全硫 煤灰熔融性的软化温度 哈氏可磨性HGI等七项指标 22 04 2020 18 第四节煤的组成与表达式 一 煤的组成煤是多种有机物和无机物的混合物 组成结构非常复杂 其有机主体是一种不确定非均一的 分子量很高的缩聚物结构 煤中无机物的组成主要以硅酸盐 铝 钙 镁 钠 钾 碳酸盐 主要是钙 镁 铁等盐 硫酸盐和硫化物 黄铁矿 等矿物质形式存在 此外还有一些伴生的稀有元素 工业上常将煤划分为工业分析组成和元素分析组成两种方式 22 04 2020 19 煤的组成与表达式 二 煤的工业分析和元素分析组成之间的关系煤中工业分析各组分以百分含量形式表示 总和为100 即 水分 灰分 挥发分 固定碳 100煤中元素分析组成是对煤中可燃有机质的划分 所以按相应的可燃组分 再加上不可燃组分水分和灰分 总和为100 即 碳 氢 氮 氧 硫 水分 灰分 100见图1 1 22 04 2020 20 煤的组成与表达式 1 1煤的工业分析和元素分析组成的关系图 22 04 2020 21 煤的组成与表达式 由此我们可以看出 从煤组成的角度去分析 煤中的碳 氢 氮 氧 硫相当于煤中的挥发分与固定碳 它们构成了煤中的可燃组分 即 挥发分 固定碳 碳 氢 氮 氧 硫三 表达式煤质特性指标普遍采用该特性英文名称第一个字母 用大写方式表示 如灰分 英文名称为ash 故用A表示 又如 水分 英文名称为moisture 故用M表示 22 04 2020 22 煤的组成与表达式 1 3常用煤质特性指标表示方法 22 04 2020 23 22 04 2020 24 煤的组成与表达式 工业分析组成百分含量的表达式为 M A V FC 100元素分析组成百分含量的表达式为 M A C H N O S 100 22 04 2020 25 第五节煤的物理和化学特性 一 煤的物理性质煤的物理性质主要包括 煤的相对密度 比重 颜色 光泽 硬度 粉碎性和热稳定性等 煤的物理性质主要影响因素煤的成因因素 即原始物料及其堆积条件 煤化度或变质程度 煤的灰分 水分和风化程度 22 04 2020 26 煤的物理特性 1 煤的相对密度 比重 煤的真相对密度 真比重 20 时 煤的质量与同温度同体积 不包括煤的所有空隙 水的质量之比 是计算煤层平均质量与研究煤炭性质的一项重要指标 煤的真相对密度随煤化程度而变化 以镜质组密度为例 当煤化程度较低时 镜质组密度随煤化度的提高而减小 但当碳含量约达87 时 镜质组出现最小值 以后随煤化度的增加而迅速增加 22 04 2020 27 煤的物理特性 煤的视相对密度 视比重 20 时 煤的质量与同温度同体积 包括煤的所有空隙 水的质量之比 它是计算煤的储量 煤仓设计和运输量 粉碎 燃烧等过程的指标 煤的气孔率 根据煤的真比重和视比重计算得煤的气孔率 它与煤的反应性能 强度有一定的关系 气孔率大的煤其表面积大 反应性能好 但其强度一般较小 气孔率 真比重 视比重 100 真比重 22 04 2020 28 煤的物理特性 煤的堆积比重 20 时 自由堆积的煤的质量与同温度同体积 包括煤的所有孔隙和煤块之间孔隙在内的煤堆体积 水的质量之比 注意 此为自由堆积 而非认为压实 并且包括煤块间的孔隙 以t cm3为单位 在设计煤仓 估算炼焦装煤量和装车重量的情况下使用 22 04 2020 29 煤的物理特性 影响煤比重的因素1 煤的种类 成因因素 2 岩相组成3 煤化程度4 矿物质种类和含量5 水分及风化 22 04 2020 30 煤的物理特性 2 煤的颜色一般为黑色 褐色和灰色 煤的颜色和煤的性质有关 随煤的变质程度加深而变化 褐煤呈褐色 主要是由于褐煤中含有腐植酸 烟煤呈黑色 无烟煤成钢灰色 颜色的变化也受变质程度和矿物质的不同影响 如变质程度深的褐煤呈深褐色到黑色 22 04 2020 31 煤的物理特性 3 煤的光泽煤的光泽是指煤表面的反射能力 通常为全暗的 半暗的 半亮的 全亮和很亮等 煤的光泽影响因素 1 煤岩组成 2 煤化程度 3 灰分 22 04 2020 32 煤的物理特性 4 煤的硬度煤的硬度是指用其它较硬的物质刻划的强度 了解煤的硬度能使人们考虑在采煤时所使用的机械装置及推测机械磨损等情况 同时还能事先预测破碎 成型加工的难易程度 煤的显微硬度是指煤对坚硬的物体压入的对抗能力 测定原理是在光滑的煤样平面上压入一坚硬的特殊形状的压力 在煤的表面压入一印痕 然后在显微镜下观察印痕大小 印痕越大 煤的显微硬度越低 煤的显微硬度随煤的变质程度加深而变化增高 22 04 2020 33 煤的物理特性 5 煤的粉碎性 可磨性 煤被粉碎 研磨成粉 的难易程度通常用煤的可磨性指数 HGI 表示 可磨性指数越大则越容易粉碎 磨碎定律 在研磨成粉时消耗的功 能量 与煤所产生的新表面积成正比 测定方法1 全苏热工研究所法 BTN法 2 哈德格罗夫法 Hardgrcve 哈氏法 22 04 2020 34 煤的物理特性 6 煤的热稳定性煤的热稳定性是指煤在高温燃烧或气化过程中对热的稳定程度 即煤块在高温作用下保持原来粒度的性质 煤的热稳定性与煤种有关 无烟煤由于其结构致密 加热时内外温差大 引起膨胀不同而破碎 造成热稳定性差 褐煤因含水分多 加热过程中水分大量蒸发使煤容易破碎 其热稳定性也差 22 04 2020 35 煤的化学特性 二 煤的化学性质煤的化学性质主要包括 煤的风化 氧化 热分解等 1 煤的热分解煤在热分解时能形成不同数量和不同组成的产物 即胶质状态 粘结 成焦等 由于煤的结构复杂 极不稳定 在热分解过程中的分解方式和产品性质受外界影响 主要与煤化程度 煤炭组分 加热方式有关 22 04 2020 36 煤的化学特性 2 煤的风化 氧化和自燃煤在空气中堆放或离地表很近的煤层在受到大气因素的综合影响时 其物理性质 化学性质 工艺性质等会发生一系列的变化 称为风化 即氧化 其主要原因是由于煤的有机质和矿物质被氧化 煤便会释放出热量 若释放的热量不能及时释放出 在煤层或煤堆中越积越多 煤的温度会越来越高 促使氧化过程加速 释放更多的热量 以致达到煤的燃点 造成自燃 22 04 2020 37 煤的化学特性 煤经风化 氧化后 其性质变化 1 外观色泽改变 2 煤的化学性质变化 3 煤的热值变化 22 04 2020 38 第五节煤质特性指标与电力生产关系 电厂锅炉大多采用煤粉悬浮燃烧方式 电厂用煤的好坏是由电厂的设计和校核煤种来决定的 一 工业分析特性指标1 水分 M 可燃部分含量相对减少 发热量降低 气态排放过程带走热量 降低炉膛温度 推迟着火时间 增加化学和机械不完全燃烧热损失 22 04 2020 39 煤质特性指标与电力生产关系 造成煤仓 输煤管路堵塞及磨煤机出力下降 加速煤氧化和自燃 若含有适量的水分 可以防止储运 装卸过程中煤粉损失 减少对环境的污染 还能改善燃烧工况和提高炉膛热辐射效果 一般来说 水分为5 8 为宜 大于8 就可能导致输煤 给煤系统运行障碍 22 04 2020 40 煤质特性指标与电力生产关系 2 灰分 A 增加发电成本 影响锅炉安全运行 腐蚀锅炉设备 污染环境 22 04 2020 41 煤质特性指标与电力生产关系 3 挥发分 V 随煤化程度的加深而减少 其大小决定煤着火的难易程度 Vdaf大于25 易发生爆炸 4 固定碳 FC 固定碳总是低于元素碳 V主要包含C H 22 04 2020 42 煤质特性指标与电力生产关系 1 4不同煤种挥发分的特性煤种挥发分开始逸出的温度 挥发分的发热量 MJ kg 无烟煤约40069 00贫煤320 39054 36 56 45烟煤210 26039 31 48 06长焰煤约170约35 54褐煤130 170约25 72 22 04 2020 43 煤质特性指标与电力生产关系 二 元素分析特性指标煤的元素组成在燃烧过程中 发生下列变化 煤 CO2 H2O SO2 SO3 N2 NOX 1 碳 C 氢 H C和H是煤炭燃烧产生热量的主要来源1g碳完全燃烧产生34040J的热量 1g氢完全燃烧产生143010J的热量 2 硫 S 硫对电力生产的影响 对锅炉设备的腐蚀 对环境的危害 22 04 2020 44 煤质特性指标与电力生产关系 三 可磨性指标 HGI 在规定的条件下 煤研磨成粉的难易程度 煤炭在磨制过程中的能量消耗与磨制效率取决于煤炭自身可磨性 通常用哈氏可磨性指数来表示 HGI一般在50 90内 四 煤灰熔融性指标煤灰受热时 由固态向液态转化过程中表现出的性质 表征特征变化点的温度分别为DT ST HT FT 22 04 2020 45 煤质特性指标与电力生产关系 测定灰熔融性的意义1 提供锅炉设计选择炉膛出口烟温和锅炉安全运行依据 2 预测燃煤的结渣 ST 1350 为分界线 3 为不同锅炉燃烧方式选择燃煤 4 判断煤灰的渣型 22 04 2020 46 煤质特性指标与电力生产关系 五 煤灰成分特性指标煤灰成分主要含有硅 铝 铁 钛 钙 镁 硫 钾 钠等元素 其中硅 铝 铁的氧化物占90 以上 测定煤灰成分的意义1 初步判断煤灰的熔融温度 2 判断对锅炉的腐蚀情况 3 计算结渣指数 22 04 2020 47 煤质特性指标与电力生产关系 1 5灰中氧化物的熔点氧化物名称熔点 氧化物名称熔点 SiO21625Fe2O31565Al2O32050FeO1420MgO2800K2O800 1000CaO2570Na2O800 1000 22 04 2020 48 煤质特性指标与电力生产关系 六 煤粉细度 Rx 指煤粉中不同粒度颗粒所占的质量百分数 它对煤炭燃烧的经济性有直接的影响 利用煤粉细度判断煤粉粒度分布的均匀性 当n 1时 煤粉粒度分布较均匀 当n 1时 则煤粉粒度分布均匀性较差 根据不同设计煤质 发电厂一般选取n 0 8 1 2 22 04 2020 49 第六节煤质分析方法的一般规定和基准的应用 一 煤样的保存1 水分煤样应装入不吸水 不透气的密闭容器中 2 一般分析试验煤样应在达到空气干燥状态后装入严密的容器中 二 水分测定期限1 全水分应在煤样制备后立即测定 如不能立即测定 则应将其准确称量 2 凡需根据水分测定结果进行校正或换算的分析试验 应同时测定煤样水分 如不能同时进行 两者测定也应在尽量短的 煤样水分未发生显著性变化的期限内进行 即 5d 22 04 2020 50 煤质分析方法的一般规定和基准的应用 三 测定次数对同一煤样进行2次测定 一般为重复测定 测定差值 T 3次测定 极差 1 2T 4次测定 极差 1 3T 否则舍去全部结果 查原因重新测定 四 基准的应用按照煤存在的状态或者根据需要而规定的成分组合 称为基准 1 电力用煤常用基准四种状态 收到基 ar 空气干燥基 ad 干燥基 d 干燥无灰基 daf 22 04 2020 51 煤质分析方法的一般规定和基准的应用 1 6各种基的燃煤状态燃煤基燃煤状态燃煤含有组成收到收到时的燃煤表面水分 空干基水分 灰分 挥发分 固定碳空气干燥达到与环境湿度空气干燥基水分 灰分 平衡时的燃煤挥发分 固定碳干燥在105 下干燥挥发分 灰分 固定碳后的假想燃煤干燥无灰扣除水分和815 下燃烧所得灰分挥发分 固定碳量后的假想状态 22 0