chap9 煤的工艺性质

第五部分 煤的性质第七章 第八章 第九章 煤的物理性质和物理化学性质 煤的化学性质 煤的工艺性质

chap9 煤的工艺性质

第九章 煤的工艺性质

第一节 第二节

煤的发热量 煤的热解和粘结成焦性质

第三节 煤炭气化与燃烧的工艺性质

chap9 煤的工艺性质

工艺性质概述◆煤的工艺性质的概念 是指煤在一定的加工利用过程中所呈现出的性质， 是指煤在一定的加工利用过程中所呈现出的性质，如 发热量、粘结性等。 发热量、粘结性等。 ◆研究煤的工艺性质的重要意义 ◆煤的主要工艺性质 煤加工-粒度组成、密度组成、 煤加工-粒度组成、密度组成、可选性等 煤作为燃料-发热量、灰熔融性、 煤作为燃料-发热量、灰熔融性、可磨性等 煤作为原料-粘结性、结焦性、腐植酸产率, 煤作为原料-粘结性、结焦性、腐植酸产率, …

chap9 煤的工艺性质

第一节

煤的发热量

一、煤的发热量的定义 单位重量的煤完全燃烧后释放出的热量，单位： 单位重量的煤完全燃烧后释放出的热量，单位：kJ/g 或MJ/kg。 。 二、煤的发热量的测定原理 煤样置于氧弹中， (1) 称量 煤样置于氧弹中，并将氧弹充入纯氧 ~ ) 称量1g煤样置于氧弹中 并将氧弹充入纯氧2.6~ 3.0MPa,然后放入有水的内桶中； ,然后放入有水的内桶中； (2)点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水； )点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水； (3)测定内桶水温，校正热损失，即可计算弹筒发热 )测定内桶水温，校正热损失， 表示。测定装置示意图。 量，用Qb, ad表示。测定装置示意图。

chap9 煤的工艺性质

第一节

煤的发热量

三、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别 (1)燃烧条件的区别：温度、气氛、压力、恒容、恒压 )燃烧条件的区别：温度、气氛、压力、恒容、 (2)燃烧结果的区别：反应、产物 )燃烧结果的区别：反应、 (3)对发热量的影响： )对发热量的影响： 四、发热量的校正 (1)弹筒发热量：弹筒直接测得的发热量。 )弹筒发热量：弹筒直接测得的发热量。 (2)高位发热量：由弹筒发热量扣除氮、硫特殊反应热。 )高位发热量：由弹筒发热量扣除氮、硫特殊反应热。 (3)低位发热量：由高位发热量扣除水蒸汽冷凝热。 )低位发热量：由高位发热量扣除水蒸汽冷凝热。

chap9 煤的工艺性质

第一节

煤的发热量

特殊热效应的校正––恒容高位发热量 五、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， 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， 表示： 高位发热量，简称高位发热量，用符号Qgr, v, ad表示：

Qgr, v, ad = Qb, ad (95S b,ad + α Qb,

ad )式中： 由弹筒洗液测得的硫含量，%, ,%,满足下列条件之 式中：Sb, ad-由弹筒洗液测得的硫含量，%,满足下列条件之 一时，即可用全硫代替： , 。 一时，即可用全硫代替： Qb, ad >14.6kJ/g,或St, ad < 4%。 α-硝酸生成热校正系数。试验证明，α与Qb, ad 有关，取值如 硝酸生成热校正系数。试验证明， 有关， 下： Qb, ad ≤ 16.7kJ/g时，α=0.0010 时 16.7kJ/g < Qb, ad ≤ 25.10 kJ/g时，α=0.0012 时 Qb, ad > 25.10 kJ/g时，α=0.0016 时

chap9 煤的工艺性质

第一节

煤的发热量

六、对水不同状态热效应的校正––恒容低位发热量 对水不同状态热效应的校正 恒容低位发热量 从恒容高位发热量中扣除水( 从恒容高位发热量中扣除水(煤中的吸附水和氢燃烧 生成的水)的汽化热，称为恒容低位发热量， 生成的水)的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发 热量，用符号Qnet, v, ad表示，计算公式如下： 热量，用符号 表示，计算公式如下： Qnet, v, ad = Qgr, v, ad-206Had-23Mad 式中： 式中： Qnet, v, ad–空气干燥基的恒容低位发热量，J/g; 空气干燥基的恒容低位发热量， ; 空气干燥基的恒容低位发热量 Mad-煤样的空气干燥基水分，%; 煤样的空气干燥基水分， ; 206-0.01g氢生成的水的汽化热，J; - 氢生成的水的汽化热， ; 氢生成的水的汽化热 23-0.01g吸附水的汽化热，J。 - 吸附水的汽化热， 。 吸附水的汽化热

chap9 煤的工艺性质

第一节七、恒湿无灰基高位发热量

煤的发热量

恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的一种 假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。 假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。煤的恒 湿无灰基高位发热量不能直接测定， 湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥基的高位发 热量进行换算，公式如下： 热量进行换算，公式如下：

Qgr, maf

100(100 MHC) = Qgr, v, ad 100(100 M ad ) Aad (100 MHC)

式中： 式中： Qgr, maf –恒湿无灰基高位发热量，kJ/g; 恒湿无灰基高位发热量， 恒湿无灰基高位发热量 ； MHC–煤样的最高内在水分，%。 煤样的最高内在水分， 。 煤样的最高内在水分

chap9 煤的工艺性质

第一节八、发热量基准换算 ◆发热量基准换算的目的 ◆换算公式

煤的发热量

(1)弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式 )Q gr,v, d

= Q gr,

v, ad

100 100 M

ad

Qgr, v, daf

100 = Qgr, v,ad 100 M ad Aad100 M t 100 M ad

Q gr, v, ar = Q gr, v, ad

chap9 煤的工艺性质

第一节八、发热量基准换算 ◆换算公式

煤的发热量

(2)低位发热量的基准换算公式 )

chap9 煤的工艺性质

第一节

煤的发热量

Qnet, v, ar

100 M t 23M t = (Qgr, v, ad 206H ad ) 100 M ad = Qgr, v, ar 206H ar 23M t

Q

net, v, d = ( Q gr, v, ad

100 206 H ad ) 100 M

ad

= Q gr, v, d 206 H dQ net, v, daf = (Q gr, v, ad 206 H ad ) = Q gr, v, daf 206 H daf 100 100 M ad Aad

chap9 煤的工艺性质

第一节九、影响煤发热量的因素

煤的发热量

煤的发热量是煤质特性的综合指标， 煤的发热量是煤质特性的综合指标，许多因素对煤的 发热量有不同程度的影响。 发热量有不同程度的影响。 成因类型的影响 ：腐泥煤、残植煤 和腐植煤 腐泥煤、 煤岩组成的影响 镜质组、稳定组、 煤岩组成的影响 ：镜质组、稳定组、丝质组 矿物质的影响：矿物质分解吸热、 矿物质的影响：矿物质分解吸热、矿物质不发热 氧含量增加、 风化的影响 ：氧含量增加、灰分增加 煤化程度的影响： 煤化程度的影响：元素组成的变化

chap9 煤的工艺性质

第二节一 、煤的热解

煤的热解和粘结成焦性质

★概念-煤在隔绝空气的条件下进行加热，发生一系列的 概念-煤在隔绝空气的条件下进行加热， 物理变化和化学反应，生成气体(煤气 液体(焦油 煤气)、 焦油)、 物理变化和化学反应，生成气体 煤气 、液体 焦油 、固 半焦或焦炭)的过程 体(半焦或焦炭 的过程，称为煤的热解 半焦或焦炭 的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干馏或 、 炭化(carbonization)。 炭化 。 ★热解分类 按热解终温 低温干馏(500-600℃)-以液体产物为目标 ℃- 低温干馏 中温干馏(700-800℃)-制取燃料煤气 中温干馏 ℃- 高温干馏(950-1050℃)-炼焦 高温干馏 ℃-

chap9 煤的工艺性质

第二节

煤的热解和粘结成焦性质

二 、煤热解过程主要的反应类型

● 煤的热解中的裂解反应

● 一次热解产物的二次热解反应 ● 煤热解中的缩聚反应

chap9 煤的工艺性质

第二节

煤的热解和粘结成焦性质

二 、煤热解过程主要的反应类型 ● 煤的热解中的裂解反应 ●结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片； 结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片； 脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃， ●脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：CH4﹑C2H6 等； 含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为： ●含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为： -OH > >C=O > —COOH > -OCH3。 煤中低分子化合物的裂解， ● 煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物为主的低 分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。 分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。

chap9 煤的工艺性质

第二节

煤的热解和粘结成焦性质

二 、煤热解过程主要的反应类型 ●一次热解产物的二次热解反应 一次热解产物的二次热解反应

裂解反应， ● 裂解反应，如CH2

C2H6 →C2H4+H2CH2OH

●脱氢反应 ，如 ●加氢反应 ，如 ●缩合反应 ，如

+H2

H2

+

+

H 2O

+ C4H6

+

2 H2

chap9 煤的工艺性质

第二节

煤的热解和粘结成焦性质

二 、煤热解过程主要的反应类型 ●煤热解中的缩聚反应 煤热解中的缩聚反应

●胶质体固化过程的缩聚反应，主要是在热解生成的自由 缩聚反应， 胶质体固化过程的缩聚反应 基之间的缩聚，其结果生成半焦。 基之间的缩聚，其结果生成半焦。 半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭。 ●半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭。缩聚反应是芳 香结构脱氢。 香结构脱氢。

chap9 煤的工艺性质

第二节

煤的热解和粘结成焦性质

三、粘结性烟煤热解过程 (1)干燥脱吸阶段(室温~300℃) )干燥脱吸阶段(室温~ ℃ (2)胶质体的生成和固化阶段(300~550℃) )胶质体的生成和固化阶段( ~ ℃ (3)半焦转化为焦炭的阶段 )

chap9 煤的工艺性质

第二节

煤的热解和粘结成焦性质

三、粘结性烟煤热解过程(1)干燥脱吸阶段(室温~300℃) )干燥脱吸阶段(室温~ ℃

● ~120℃:煤炭脱水、干燥 ℃ 煤炭脱水、 ● 120~200℃:解吸，脱除吸附的 4、CO、CO2等 ~ ℃ 解吸，脱除吸附的CH 、 气体。 气体。 ● 300℃:低变质程度的煤开始热解，生成 ℃ 低变质程度的煤开始热解，生成CO2、CO等， 等 生成放出热解水和微量的焦油。 生成放出热解水和微量的焦油。

chap9 煤的工艺性质

第二节

煤的热解和粘结成焦性质

三、粘结性烟煤热解过程 (2)胶质体的生成和固化阶段(300~550℃) )胶质体的生成和固化阶段( ~ ℃ ● 300~480℃:煤分解、解聚，析出大量焦油和气体 ~ ℃ 煤分解、解聚， 其中： 其中：在450℃左右的温度区间，焦油的析出量最 ℃左右的温度区间， 在该阶段由于热解，生成了气(煤气和呈气态的焦油 煤气和呈气态的焦油)、 大。在该阶段由于热解，生成了气 煤气和呈气态的焦油 、 未分解的煤)三相共存的物质 液、固(未分解的煤 三相共存的物质，称为胶质体。 未分解的煤 三相共存的物质，称为胶质体。 胶质体固化成为半焦： ● 450~550℃(600℃)胶质体固化成为半焦：胶质体分解 ~ ℃ ℃ 胶质体固化成为半焦 加速，开始缩聚，生成分子量很大的物质， 加速，开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为 半焦。 半焦。

chap9 煤的工艺性质

第二节

煤的热解和粘结成焦性质

三、烟煤热解过程 (3)半焦转化为焦炭的阶段 (550 ~1000 ℃) ) 该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。 该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。 ●550~750℃,半焦分解析出大量的气体，主要是 2和少 ~ ℃ 半焦分解析出大量的气体，主要是H 量的CH4,成为热解的二次气体。半焦分解释放出大量气 量的 成为热解的二次气体。 体后，体积收缩产生裂纹。在此阶段基本上不产生焦油。

体后，体积收缩产生裂纹。在此阶段基本上不产生焦油。 ● 750~1000℃,半焦进一步分解，继续析出少量气体， ~ ℃ 半焦进一步分解，继续析出少量气体， 主要是H 同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大， 主要是 2,同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结 构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。 构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。