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煤的水分、煤的灰分、煤的揮發分和煤的發熱量對燃燒性能的影響
作者:    發布于:2019-01-07 10:51:09    文字:【】【】【
人們通常把開發煤炭資源的企業稱作煤礦,把開采出來的煤礦産品稱為煤炭。我國古代曾稱煤炭為石涅,或稱石炭。它是植物遺體埋藏在地下經過漫長複雜的生物化學、地球化學和物理化學作用轉化而成的一種固體可燃礦産。它不僅是工農業和人民生活不可缺少的主要燃料,而且還是冶金、化工、醫藥等部門的重要原料。
一、礦物原料特點
(一) 煤的物理性質
煤的物理性質是煤的一定化學組成和分子結構的外部表現。它是由成煤的原始物質及其聚積條件、轉化過程、煤化程度和風、氧化程度等因素所決定。包括顔色、光澤、粉色、比重和容重、硬度、脆度、斷口及導電性等。其中,除了比重和導電性需要在實驗室測定外,其他根據肉眼觀察就可以确定。煤的物理性質可以作為初步評價煤質的依據,并用以研究煤的成因、變質機理和解決煤層對比等地質問題。
1.顔色
是指新鮮煤表面的自然色彩,是煤對不同波長的光波吸收的結果。呈褐色—黑色,一般随煤化程度的提高而逐漸加深。
2.光澤
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈瀝青、玻璃和金剛光澤。煤化程度越高,光澤越強;礦物質含量越多,光澤越暗;風、氧化程度越深,光澤越暗,直到完全消失。
3.粉色
指将煤研成粉末的顔色或煤在抹上釉的瓷闆上刻劃時留下的痕迹,所以又稱為條痕色。呈淺棕色—黑色。一般是煤化程度越高,粉色越深。
4.比重和容重
煤的比重又稱煤的密度,它是不包括孔隙在内的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重又稱煤的體重或假比重,它是包括孔隙在内的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重是計算煤層儲量的重要指标。褐煤的容重一般為1.05~1.2,煙煤為1.2~1.4,無煙煤變化範圍較大,可由1.35~1.8。煤岩組成、煤化程度、煤中礦物質的成分和含量是影響比重和容重的主要因素。在礦物質含量相同的情況下,煤的比重随煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指煤抵抗外來機械作用的能力。根據外來機械力作用方式的不同,可進一步将煤的硬度分為刻劃硬度、壓痕硬度和抗磨硬度三類。煤的硬度與煤化程度有關,褐煤和焦煤的硬度最小,約2~2.5;無煙煤的硬度最大,接近4。
6.脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物質、煤岩成分、煤化程度等都對煤的脆度有影響。在不同變質程度的煤中,長焰煤和氣煤的脆度較小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,無煙煤的脆度最小。
7.斷口
是指煤受外力打擊後形成的斷面的形狀。在煤中常見的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口等。煤的原始物質組成和煤化程度不同,斷口形狀各異。
8.導電性
是指煤傳導電流的能力,通常用電阻率來表示。褐煤電阻率低。褐煤向煙煤過渡時,電阻率劇增。煙煤是不良導體,随着煤化程度增高,電阻率減小,至無煙煤時急劇下降,而具良好的導電性。
(二) 煤的化學組成
煤的化學組成很複雜,但歸納起來可分為有機質和無機質兩大類,以有機質為主體。
煤中的有機質主要由碳、氫、氧、氮和有機硫等五種元素組成。其中,碳、氫、氧占有機質的95%以上。此外,還有極少量的磷和其他元素。煤中有機質的元素組成,随煤化程度的變化而有規律地變化。一般來講,煤化程度越深,碳的含量越高,氫和氧的含量越低,氮的含量也稍有降低。唯硫的含量則與煤的成因類型有關。碳和氫是煤炭燃燒過程中産生熱量的重要元素,氧是助燃元素,三者構成了有機質的主體。煤炭燃燒時,氮不産生熱量,常以遊離狀态析出,但在高溫條件下,一部分氮轉變成氨及其他含氮化合物,可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃燒時生成硫化物氣體,不僅腐蝕金屬設備,與空氣中的水反應形成酸雨,污染環境,危害植物生産,而且将含有硫和磷的煤用作冶金煉焦時,煤中的硫和磷大部分轉入焦炭中,冶煉時又轉入鋼鐵中,嚴重影響焦炭和鋼鐵質量,不利于鋼鐵的鑄造和機械加工。用含有氟和氯的煤燃燒或煉焦時,各種管道和爐壁會遭到強烈腐蝕。将含有砷的煤用于釀造和食品工業作燃料,砷含量過高,會增加産品毒性,危及人民身體健康。
煤中的無機質主要是水分和礦物質,它們的存在降低了煤的質量和利用價值,其中絕大多數是煤中的有害成分。
另外,還有一些稀有、分散和放射性元素,例如,鍺、镓、铟、钍、釩、钛、鈾……等,它們分别以有機或無機化合物的形态存在于煤中。其中某些元素的含量,一旦達到工業品位或可綜合利用時,就是重要的礦産資源。
通過元素分析可以了解煤的化學組成及其含量,通過工業分析可以初步了解煤的性質,大緻判斷煤的種類和用途。煤的工業分析包括對水分、灰分、揮發分的測定和固定碳的計算四項内容。
1.水分
指單位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、内在水分和結晶水三種存在狀态。一般以煤的内在水分作為評定煤質的指标。煤化程度越低,煤的内部表面積越大,水分含量越高。水分對煤的加工利用是有害物質。在煤的貯存過程中,它能加速風化、破裂,甚至自燃;在運輸時,會增加運量,浪費運力,增加運費;煉焦時,消耗熱量,降低爐溫,延長煉焦時間,降低生産效率;燃燒時,降低有效發熱量;在高寒地區的冬季,還會使煤凍結,造成裝卸困難。隻有在壓制煤磚和煤球時,需要适量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在規定條件下完全燃燒後剩下的固體殘渣。它是煤中的礦物質經過氧化、分解而來。灰分對煤的加工利用極為不利。灰分越高,熱效率越低;燃燒時,熔化的灰分還會在爐内結成爐渣,影響煤的氣化和燃燒,同時造成排渣困難;煉焦時,全部轉入焦炭,降低了焦炭的強度,嚴重影響焦炭質量。煤灰成分十分複雜,成分不同直接影響到灰分的熔點。灰熔點低的煤,燃燒和氣化時,會給生産操作帶來許多困難。為此,在評價煤的工業用途時,必須分析灰成分,測定灰熔點。
3.揮發分
指煤中的有機物質受熱分解産生的可燃性氣體。它是對煤進行分類的主要指标,并被用來初步确定煤的加工利用性質。煤的揮發分産率與煤化程度有密切關系,煤化程度越低,揮發分越高,随着煤化程度加深,揮發分逐漸降低。
4.固定碳
測定煤的揮發分時,剩下的不揮發物稱為焦渣。焦渣減去灰分稱為固定碳。它是煤中不揮發的固體可燃物,可以用計算方法算出。焦渣的外觀與煤中有機質的性質有密切關系,因此,根據焦渣的外觀特征,可以定性地判斷煤的粘結性和工業用途。
(三)煤的工藝性質
為了提高煤的綜合利用價值,必須了解、研究煤的工藝性質,以滿足各方面對煤質的要求。煤的工藝性質主要包括:粘結性和結焦性、發熱量、化學反應性、熱穩定性、透光率、機械強度和可選性等。
1.粘結性和結焦性
粘結性是指煤在幹餾過程中,由于煤中有機質分解,熔融而使煤粒能夠相互粘結成塊的性能。結焦性是指煤在幹餾時能夠結成焦炭的性能。煤的粘結性是結焦性的必要條件,結焦性好的煤必須具有良好的粘結性,但粘結性好的煤不一定能單獨煉出質量好的焦炭。這就是為什麼要進行配煤煉焦的道理。粘結性是進行煤的工業分類的主要指标,一般用煤中有機質受熱分解、軟化形成的膠質體的厚度來表示,常稱膠質層厚度。膠質層越厚,粘結性越好。測定粘結性和結焦性的方法很多,除膠質層測定法外,還有羅加指數法、奧亞膨脹度試驗等等。粘結性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和礦物質含量等多種因素的影響。煤化程度最高和最低的煤,一般都沒有粘結性,膠質層厚度也很小。
2.發熱量
是指單位重量的煤在完全燃燒時所産生的熱量,亦稱熱值,常用106J/kg表示。它是評價煤炭質量,尤其是評價動力用煤的重要指标。國際市場上動力用煤以熱值計價。我國自1985年6月起,改革沿用了幾十年的以灰分計價為以熱值計價。發熱量主要與煤中的可燃元素含量和煤化程度有關。為便于比較耗煤量,在工業生産中,常常将實際消耗的煤量折合成發熱量為2.930368×107J/kg的标準煤來進行計算。
3.化學反應性
又稱活性。是指煤在一定溫度下與二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反應能力。它是評價氣化用煤和動力用煤的一項重要指标。反應性強弱直接影響到耗煤量和煤氣的有效成分。煤的活性一般随煤化程度加深而減弱。
4.熱穩定性
又稱耐熱性。是指煤在高溫作用下保持原來粒度的性能。它是評價氣化用煤和動力用煤的又一項重要指标。熱穩定性的好壞,直接影響爐内能否正常生産以及煤的氣化和燃燒效率。
5.透光率
指低煤化程度的煤(褐煤、長焰煤等),在規定條件下用硝酸與磷酸的混合液處理後,所得溶液對光的透過率稱為透光率。随着煤化程度加深,透光率逐漸加大。因此,它是區别褐煤、長焰煤和氣煤的重要指标。
6.機械強度
是指塊煤受外力作用而破碎的難易程度。機械強度低的煤投入氣化爐時,容易碎成小塊和粉末,影響氣化爐正常操作。因此,氣化用煤必須具備較高的機械強度。
7.可選性
是指煤通過洗選,除去其中的夾矸和礦物質的難易程度。我國現行的選煤方法,詳見第四節。
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