資源描述：
《煤的燃燒基礎(chǔ)資料》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、第10章煤的燃燒基礎(chǔ)§10.1引言煤是人類早己使用的固體燃料，對(duì)煤的使用要比對(duì)石油的使用早得多。但是,由于煤燃燒的復(fù)雜性，以及工業(yè)生產(chǎn)也沒(méi)有提出對(duì)煤的燃燒進(jìn)行深入細(xì)致研究的必要，因而，人們對(duì)煤的燃燒機(jī)理和規(guī)律的了解大大落后于對(duì)油的燃燒規(guī)律的了解。只是到了本世紀(jì)七十年代，由于煤在燃料工業(yè)中地位上升，人們對(duì)煤的研究才空前活躍起來(lái)?，F(xiàn)在不只是硏究一般鍋爐中煤的燃燒問(wèn)題，而且各種煤粉強(qiáng)化燃燒裝置出現(xiàn)了，如MHD發(fā)電機(jī)被稱之為燒煤的地面火箭，用高溫的等離子體點(diǎn)燃粉煤，可以使煤粉溫度驟然升高到幾千度的高溫，使煤粉的點(diǎn)燃
2、極為容易,煤和油混合形成COM（Coal-OilMixture）燃料以及煤的液化、氣化等項(xiàng)研究工作也開(kāi)展得很廣泛。計(jì)算機(jī)技術(shù)，湍流和兩相流理論的發(fā)展，使得煤粉一一空氣兩相燃燒的物理模型和數(shù)學(xué)模型也有了很大的發(fā)展?？梢哉f(shuō)本世紀(jì)七十年代中期是世界各國(guó)對(duì)煤的燃燒進(jìn)行廣泛研究的新時(shí)期的開(kāi)始。煤是一種很不均勻的礦石燃料。對(duì)煤的組成成分的研究是屬于巖相學(xué)和煤化學(xué)的內(nèi)容。世界煤的種類一下低于1200種。而煤的典型組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，大約是:碳占65%~95%,氫占2%~7%,氧占3%~25%,水分占1%^10%,氮占1%
3、~2%,硫占1%~10%,灰分占5%~15%o表10—1給出了幾種煤的工業(yè)分析和化學(xué)分析的數(shù)據(jù)。而圖10—1給出了煤分子的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。表10-1對(duì)煤所做典型工業(yè)分析和化學(xué)分析數(shù)據(jù)煤序列煙煤（高揮發(fā)份）煙煤（中等揮發(fā)份）無(wú)煙煤（低揮發(fā)份）工業(yè)分析（％）水分1.01.01.3固定碳63.225.671.8揮發(fā)份2&916.38.8灰分6.96.218.1化學(xué)分析（％）C80.684.273.2H4.94.33.1N1.51.20.9S0.70.70.905.43.43.8A6.96.218.1煤在加熱升溫時(shí),
4、將發(fā)生很復(fù)雜的過(guò)程。首先是煤顆粒變軟，成為塑性狀態(tài),損失了顆粒的楞角，變得更近于球形，同時(shí)不斷地釋放出揮發(fā)份，一般來(lái)說(shuō)，逸岀揮發(fā)份的量和揮發(fā)粉的組分是對(duì)煤顆粒加熱溫度的函數(shù)。揮發(fā)份放出之后剩余的固體稱之為炭或殘?zhí)?。揮發(fā)份將在碳顆粒外圍空間燃燒，形成空間氣相火焰，而碳將與氣相氧化劑發(fā)生氣一固兩相燃燒。兩相燃燒問(wèn)題將在下邊的各節(jié)中討論。木章將著重討論煤的快速熱分解、揮發(fā)物燃燒及碳粒燃燒等基木概念及分析方法,為讀者今后從事煤燃燒的研究打下基礎(chǔ)。§10.2煤的快速熱分解§10.2.1快速熱分解的概念和實(shí)驗(yàn)］粉煤子槍
5、「―—t—T二—收集器圖10?2實(shí)驗(yàn)裝置7F意煤的熱解，也就是放出揮發(fā)份，也稱為破壞性蒸惚。煤熱解產(chǎn)生的揮發(fā)份的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)和揮發(fā)份組分強(qiáng)烈地依賴熱解溫度，這是在引言中己經(jīng)提及過(guò)的。過(guò)去在對(duì)煤的熱解進(jìn)行工業(yè)性分析時(shí)，一般熱解溫度均在800K左右,這吋揮發(fā)份百分?jǐn)?shù)不犬于40%,但是當(dāng)熱解溫度升高之后，可以發(fā)現(xiàn)熱解逸出的揮發(fā)份質(zhì)量百分?jǐn)?shù)將高達(dá)70%以上，由此可見(jiàn)，提高溫度是提高煤的氣化率的重要因索。表10?2給出了不同溫度下?lián)]發(fā)份的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。對(duì)煤穎粒加熱速率低于1000kcal/s，叫做低速加熱，當(dāng)加熱速率高于
6、10000kcal/s,就叫快速加熱，快速加熱時(shí)的熱解叫快速熱解?，F(xiàn)在研究熱解問(wèn)題一般是指煤顆粒尺寸不大于100um,加熱速率不低于10000kcal/sz熱解溫度高于1000K,煤顆粒在高溫環(huán)境中停留時(shí)間最多不超過(guò)兒秒，而通常情況為5-200ms的時(shí)間。表10?2熱解產(chǎn)物的質(zhì)百分?jǐn)?shù)800K1300K1720K2170K38.3%48%60%71%另外，大部分研究者的報(bào)告還指出，降低環(huán)境壓力，以及減小煤粒尺寸也有利于揮發(fā)份的逸出。對(duì)煤粉進(jìn)行熱分解的實(shí)驗(yàn)，可以分成下面三種。第一種實(shí)驗(yàn)是把煤的粉末嵌入金屬絲的篩
7、孔中，用電加熱，因此稱為電加熱熱解法。這種方法的弱點(diǎn)是用金屬絲對(duì)煤粉顆粒加熱時(shí)，其溫度滯后時(shí)間很難確定，因而由滯后造成的金屬絲篩溫度與顆粒溫度間的差別就更難確切知道了。第二種稱為火焰熱解法，是把煤粉噴到火焰中燃燒產(chǎn)牛熱分解。這種方法優(yōu)點(diǎn)是很接近工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際情況,但弱點(diǎn)是獨(dú)立變量只有進(jìn)口參數(shù)，而對(duì)煤粉顆粒加熱速率、最終溫度、環(huán)境壓力等都只能由火焰的結(jié)果去間接確定，因而火焰過(guò)程的復(fù)雜性可能造成揮發(fā)量及揮發(fā)份組分不精確。第三種是惰性氣加熱熱解法，其優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境壓力、最終溫度,煤粉濃度都比較容易控制，并且對(duì)揮發(fā)
8、最的測(cè)定比較準(zhǔn)確，但這種方法也有缺點(diǎn),那就是對(duì)煤粉顆粒的加熱速率較難確定。清華大學(xué)工程熱物理教研室研究煤的揮發(fā)問(wèn)題就是采用第三種方法，用惰性等離子體高溫焰加熱煤粉，產(chǎn)生快速熱解,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖10-2所示。表10-3給出了幾種煤的快速熱解所逸出揮發(fā)份的百分比情況。表10-3在1300K時(shí)快速熱解產(chǎn)物煤粉環(huán)境氣體氣體產(chǎn)物摩爾數(shù)/%Tarch4h2C2-C4COx煙煤真空<9.950.313.1-26.7煙煤02
