chap9 煤的工艺性质

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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

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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

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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, …

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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。

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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。

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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

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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

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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

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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

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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 )

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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

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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

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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 ℃-

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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

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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。

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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

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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。

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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 )

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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。

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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。

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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。

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