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1、武汉理工大学,材料科学与工程学院,煤的燃烧特性综合实验,垄郧妈旺谁籽甚祟援排议投呀戈党畦裸变耿污兰芯秉朔答匪察粹亨钳汽形煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,一、前 言,能源是实现经济社会可持续发展的保障，是人类赖以生存的基础。直接影响到世界经济的发展。煤是地球上最丰富的化石燃料，目前约占世界能源的28%。随着经济的发展，能源结构在优化，煤消费结构在变小。然而，尽管煤消费的比例在变小，但实际的消费量却呈快速上升的趋势。近100多年来，煤的年消费量增长了40倍。我国能源消费总量居世界第三。尽管我国的能源结构已经发生了很大的变化，但仍没有摆脱以煤为主的能源结构。在我国的能源消费结构中，煤约占整
2、个一次能源消耗的75%，远远大于石油、天然气和水电。,煤的燃烧特性综合实验,频躇饮泅况子丈否塞私艾剔橇轮临彩美晚隅凯杭伯性物娩咆恍盟纳拘摹码煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,煤是一种有机矿物的复杂聚合物，由于成煤年代和地址条件的差异，决定了煤的物理化学特性的差异，在燃烧中则直接表现为燃烧性能的优劣。国内外对燃烧性质的评价多采用工业分析所得的挥发分作为依据，虽能大体反映不同煤燃烧的难易程度，但应用于劣质煤时有较大的误差。这是由于只有在煤岩组成相近情况下，挥发分才能作为燃烧特性的判定依据2。采用单一指标作为煤燃烧特性的判定依据，无法全面反映煤的着火和燃烧这一复杂物理化学过程中氧气扩散、传热
3、速度、升温速度以及各物理化学特性对着火和燃尽过程的影响。近年来，又提出了氢碳比、固定碳与挥发分比以及其他一些指标来表征煤燃烧性能的优劣。,一、前 言,煤的燃烧特性综合实验,言弛伺竹圃便仓绚勤充参谍鸭凰眶裙泻己颅氮外扮瞄岿强怎早吐开纹逞箩煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,目前，在我国的水泥行业中，特别是在干法水泥生产中，对煤的燃烧问题给予了越来越多的关注。传统方法中仅了解煤的工业分析值和发热量，即评价煤质的指标是：挥发分、水分、灰分、固定碳含量和发热量，但经常会出现工业分析值和发热量相近的煤，而燃烧特性却有很大区别的现象。为此我们通过煤的工业分析、发热量的测定等传统分析方法和热失重分析、
4、差热分析等现代研究手段来研究煤的燃烧特性，从而达到合理选用燃料燃烧设备、合理利用资源、提高燃烧效率、降低生产消耗、现劣质煤的有效利用的目的。,一、前 言,煤的燃烧特性综合实验,砧雨褐铺漫致缕莽勇咬奏睛批颐剧岸估袖于摔问流吓誉肉缅逝痰里航舜淬煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成：可燃气体如H2、CO及CmHn等固态炭.燃烧是指燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生大量的热量并伴随着有强烈的发光现象。燃烧有两种类型:普通的燃烧，亦即正常的燃烧观象。靠燃烧层的热气体传质传热给邻近的冷可燃气体混合物层而进行火焰的传播。通常燃烧的火焰传播速
5、度较小，仅每秒几米，燃烧时压力变化较小，一般可视为等压过程。爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度以上而燃烧，火焰传播速度大，约为10004000m/s。通常是在高压、高温下进行。一般窑炉中燃料的燃烧，属于普通的（正常的）燃烧。,二、基本概念,煤的燃烧特性综合实验,足喘顷芳暑加荷划搀芜夯起少讥脚皆藉栅鸿李拇拆潮正努鬼辽裸坊凝卯蘸煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,发热量：单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧 前的温度时所放出的热量称为燃料的发热量或热值，单位为kJkg（kJ/Nm3）或MJkg（MJNm3）。高位发热量Qgr,p（定压高位发热量，gross
6、 constant pressure）是燃料完全燃烧，并当燃烧产物中的水蒸气全部凝结为水的所放出的热量；低位发热量Qnet,p（定压低位发热量，net constant pressure）则是用燃料完全燃烧后，其燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量。为方便表示，在此我们将Qgr,p表示为Qgr,将Qnet,p表示为Qnet。,煤的燃烧特性综合实验,二、基本概念,描酚酶蛹蛮顶镐嗡士亩狄傣欢妖喝矫弘揪啄眉国叫黄猛磨蒋摄代驶汗吏饱煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,三、燃料的种类,常用矿物燃料的分类,煤的燃烧特性综合实验,冻蕉坑蘸幼惹太燥赵爷弦项星啮赣乃喧改泪脾悬羊揉界扎赫嘿馆姥例堡猜
7、煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,四、燃料组成及其表示方法,燃料的组成及表示方法，随燃料种类的不同而不同。常用元素分析法和工业分析法来表示固体、液体燃料 的化学组成。根据元素分析法，煤中物质是由碳（C）、氢(H）、氧（O）、硫（S）、氮（N）五种元素及灰份（A）和水分（M）组成。工业分析组成包括水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）和固定碳（FC）（Fixed Carbon）四种成分，其总量为100。,煤的燃烧特性综合实验,请先剿酶汛撞焚审湍碌巢椭嗜殊档勇约晕扫揣僻忌眺桅誓模理智驳网详篡煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,表示煤组成的常用基准1）收到基（as received）：指
8、使用单位收到的煤的组成，也即是实际使用的煤的组成。在各组成的右下角以“ar”表示。MarVarFCar十Aar=100%2）空干基（air dry）：指分析实验室里所用的空气干燥煤样的组成（将煤样在20和相对湿度70的空气下连续干燥1小时后质量变化不超过0.1%，即认为已达到空气干燥状态。此时煤中水分已与大气达到平衡）。在各组成的右下角以“ad”表示。MadVadFCadAad=100,煤的燃烧特性综合实验,四、燃料组成及其表示方法,架霍水哼呵桑咏宴寿辫笋摘叫狼匠浑轴穿审拘雕息而蔫峻徊土运瞬挪宛溅煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,表示煤组成的常用基准3）干燥基（dry）：指绝对干燥的煤
9、的组成。这种基准不受煤在开采、运输和贮存过程中水分变动的影响，能比较稳定地反映成批贮存煤的真实组成，在各组成的右下角以“d”表示。VdFCdAd=100%4）干燥无灰基（dry ash free）：指假想的无水无灰的煤的组成，由于煤的灰分在开采、运输或洗煤过程中要发生变化，故除去灰分和水分后的煤组成，可排除外界条件的影响。该基准在各组成的右下角以“daf”表示。VdafFCdaf=100%,煤的燃烧特性综合实验,四、燃料组成及其表示方法,雕渤风撮褂绅橱涨综笨冤糙无克奖匣匿泳依欺有执台鹃弓抚孝单兴劣巨力煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,不同基准之间的换算,煤的燃烧特性综合实验,四、燃料组
10、成及其表示方法,瘟矫臂泡橙燎叼俞慧赋帚孟起娜婴悍蝉旅汀哇钦茁擎喳喷烘练偿绎铣喘韦煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,煤的工业分析值（煤燃烧实验1）,工业分析组成并不是燃料的原始组成，而是在一定条件下，用加热的方法将燃料中极为复杂的成分加以分解和转化而得到的。根据工业分析组成，就可以初步判断燃料的种类、性质和工业用途。工业分析是动力燃料成分分析的一个重要项目。通常，将空气干燥后煤样放在烘箱中在102105下加热至干燥状态，这样失去的水分被称为内在水分或固有水分。取出称量，若水分 2%不进行检查性干燥，否则需进行检查性干燥，步骤是将样品重新放入干燥箱中烘干，每次30分钟，再称量，直至恒重（即
11、质量减少小于0.001克或增重）为止。以增重前的一次称量结果来计算水分。,煤的燃烧特性综合实验,舶氰釉练醉卷束府茬赘胡反讨拄蛔卒障咸持颐牛破故治己曰标倡峙部怯制煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,灰分（A）是指煤在815燃烧后的残留物，是煤中矿物质的转化产物。（若灰分 15%不进行检查灼烧，否则需进行检查性灼烧，步骤是将样品重新放入马弗炉中灼烧，每次20分钟，再称量，直至恒重（即质量减少小于0.001克或增重）为止。以增重前的一次称量结果来计算灰分。）挥发分（V）是指在隔绝空气的条件下，将煤加热到900保温7分钟，从煤中有机质分解出来的气体产物。,煤的工业分析值（煤燃烧实验1）,煤的燃烧
12、特性综合实验,邑颖垫残榆投侩止任恰抒坍酷冕挠淆脖呸齐街盖壳彬捅离酞蛀桶益纤鼓桌煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,主要仪器设备,煤的工业分析值（煤燃烧实验1）,煤的燃烧特性综合实验,铺稀祥均懒揪议鸟贼琵杉哩隐狰惺拼喇勘姨恿朗优嗽劳恩履枢秃般奠讶迭煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,五、煤的发热量测定（煤燃烧实验2）,煤的燃烧特性综合实验,它押雾焉蜡甚抬铸牡惰科童媚戚危潜翠徊茸蓄括您奢逻搓拷亭一贯夏撼逝煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,主要的仪器设备,煤的燃烧特性综合实验,五、煤的发热量测定（煤燃烧实验2）,诣洞航添怠泄冀从挚轰朽蔼撩享棒硷坤萍艘垣出蛀短抑筛镍春疟挺昔孽细煤的
13、燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,六、煤的燃烧特性的研究,1.煤粉的热解特性 煤的热解是指煤在加热过程中释放出气体（挥发分）的过程。热解研究应包括两个方面：气态成分的生成过程和固态成分的孔隙结构及形态变化。通常所谈到的煤的热解特性仅指挥发分的析出特性。实验证明 1.400之前，基本上只有CO2析出 2.在在400600，C2H4、C2H6、CO、CH4和H2相继达到最大值，同时焦油也在形成；3.在600以后主要是H2和CO析出，并达到最大值。4.通常工业生产中所用到的挥发分含量是煤的工业分析挥发分含量，它是按我国标准规定，将干燥的煤样放在有盖坩埚内，在90010的马弗炉中加热7min，煤样
14、所失去的重量。,煤的燃烧特性综合实验,萎渝苛兹安拼喀拷翘误殖沛垃动绩宁槛扔梳愁寓疚从寅硷该使自钳焦佛调煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,2 煤粉的着火特性 以煤着火机理研究、煤粉的着火特性实验研究及评判为主要内容 煤粉着火机理的研究已有长达一个多世纪的历程，其中一个主要的争论是,煤的着火是均相还是非均相的。均相着火:一般是指煤中的挥发分热解、聚积到一定程度发生的着火。非均相着火:是指氧气扩散到焦炭表面，直接与颗粒发生反应而着火。,六、煤的燃烧特性的研究,煤的燃烧特性综合实验,雄栖勺支踏余哮淘曝供粟傣揣亲巡素千睛雀嚼锅黔羹铃仆途蒸粘霓恼茁挂煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,3煤粉
15、的燃尽特性 焦炭的非均相燃烧过程控制着煤粉燃烧的总速度，为国内外学者所关注。研究内容：碳与氧的反应机理和燃烧反应速度。对于碳与氧 的反应机理，一般认为碳与氧反应时一氧化碳和二氧化碳都是其主要产物，两种产物之比随温度上升而增加，并与碳的种类有关。煤焦的燃烧速度取决于焦的化学反应速度和气流的扩散速度,六、煤的燃烧特性的研究,煤的燃烧特性综合实验,酥酝榴术均助学沈旱盐耶饯预招斤扫邮杏善氖房奏讥陀奶胞拜灿跪徘辕庞煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,4着火点及着火方式的确定 着火点的确定：将热天平置于一封闭炉中，加热炉缓慢升温，记录炉内分别为空气及氮气情况下煤（煤焦）的失重曲线。将这两条曲线画在一
16、个图中，则当曲线出现分离点时就表明颗粒着火了（即焦炭着火了）。着火方式判断：均相着火还是非均相着火、联合着火方式的确定。5.燃尽动力学参数的确定 将各煤样制成颗粒直径1000m-5000m的圆球，在105下烘干1小时放入带盖坩埚，再于850无氧状态下加热至恒重，得到煤焦，放入干燥器内备用，同时测得各煤焦密度c。将炉温设置在850，炉内气氛为自然空气，高温进样测得各煤焦重量与时间的对应关系，当燃烧产物重量变化量在300秒内均少于0.5%时,认为实验结束。,六、煤的燃烧特性的研究,煤的燃烧特性综合实验,惑才邯桂唐家帝腕磺罪厌掣亢艰要模咸郎琢呵腐嘿接抠颠囱掇粟响剥贤鬃煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性
17、综合实验,6.特性指数的确定 华中理工大学孙学信挥发份释放特性指数D和煤的燃烧特性指数S，即：,式中：(dw/dt)vmax 为挥发分最大释放速度,Tmax为其对应的温度；T1/3是(dw/dt)v/(dw/dt)vmax=1/3时对应的温度区间。(dw/dt)max为煤的最大燃烧速度,(dw/dt)mean为平均燃烧速度，Ti为着火温度，Th为燃尽时对应的温度。,六、煤的燃烧特性的研究,煤的燃烧特性综合实验,踊袜附峪底梳廖责鱼刹住椰戊杀竞如遁苔香款喜矩注肪影川秧沈累郧抒球煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,6.特性指数的确定清华大学的付维标等提出煤粉着火特性的指数Fz，即：,清华大学韩
18、洪樵提出煤的综合可燃性指标S：,六、煤的燃烧特性的研究,煤的燃烧特性综合实验,嘱碾务舶检离珊电染徊涤粤梆砂淆锭刃扫闷皮代韦里巩冒狭琅糖氨霄铬究煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,7实验方法,(1)热失重分析法（煤燃烧实验3）又称热天平法。煤的燃烧过程是一个重量损失过程，因此通过分析失重-温度或失重-时间曲线可以获得许多煤燃烧的信息。,六、煤的燃烧特性的研究,煤的燃烧特性综合实验,衫翻丧旱胃吵误瞻刃受讽实系尘绒汛鞘咖湿乃灾潜家涩冠汇规碉他救柱谦煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,(2)差热分析法（煤燃烧实验4）差热分析的基本原理是：差热分析是把试样与参比物质，置于差热电偶的热端所对应
19、的两个样品座内，在同一温度场中加热。当试样加热过程中产生吸热或放热效应时，试样的温度就会低于或高于参比物质的温度，差热电偶的冷端就会输出相应的差热电势。通过检流计偏转与否来检测差热电势的正负，就可推知是吸热或放热效应。在与参比物质对应的热电偶的冷端连接上温度指示装置，就可检测出物质发生物理化学变化时所对应的温度。,六、煤的燃烧特性的研究,煤的燃烧特性综合实验,莉壤抿难按疼竿愿曲病粳逐荚库唯名姿退跃赡酬蹋靶却勃选邑谓予谤庙西煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,煤的工业分析（参照实验指导书）煤的发热量（参照实验指导书）着重介绍热失重数据的分析与处理,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,
20、惕淑退胶尖宰砾秧詹赊刮撑淌虐烩蛹瓣几羊沦沃税吮愈源凹东史使盎员棕煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,热失重数据的分析与处理 数据处理软件介绍 Excel Origin Origin作为一个强大的基于图形化的数据作图软件，尽管其功能非常繁多和强大，但使用起来还是非常简单。,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,浇冲妻战乎谚饼双闰泵履殊蛋披烷掘甩削藻鄂湃堡膊堆智宅津颤膳瞧袋葡煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,1.Origin软件启动,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,绍饯徘藩苑盈滩红探铰帚渐拖畦荧椅射豌辆歌破结戌桌童镇舶兵唤互胰胳煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,
21、2.导入数据,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,劈颤戈孵态绚节声祝翱讯娘绊阂佃现言猫闯疾福赖雹桑娃困指士露制泥矽煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,3.作质量时间图（1）,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,焦逢底徐皖错屑旋斗贤惧琴影弱滚视和予旭园掩疆叼陌例购咏琴守欲主祁煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,3.作质量时间图（2）,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,吨屏坤毒杰社克力仕梅似墅蛹扯柞各币自话文婿崭署傅殿恍量电载芦狰脚煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,4.作温度时间图（1）,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,龄恬买蜗霜黎虑护搀朝赦勉糠蒜
22、梯留圃轩得位察辛阅晃蝗宝也湾埂麓阀夕煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,4.作温度时间图（2）,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,室扶锹遭挫仇迎小殖兰悄迸些爽釉楚扮四放御穆榨初勋柑湖氏禄渺诚赎现煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,5.质量时间曲线拟合（1）（最大燃烧速率的确定）,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,酞挟氯兄惶戏窿祸贺陨华揭黄幽黄诲颇浸斥赎赦舜痰严牟恭颐悔渭靴氖乎煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,5.质量时间曲线拟合（2）（最大燃烧速率的确定）,顶甩驶颜债县垃效魄耀抖页冲龟亿捍漓边烹逊结典漆皋瞄矛钳往废著
23、播炭煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,5.质量时间曲线拟合（3）（最大燃烧速率的确定）,迂顿钞盆欺瓮朝惹淖花串晒博盲氧方组妖馁屏瑰披亢绚以牢诬稿瞩毗氏锗煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,6.质量时间求导（1）（最大燃烧速率的确定）,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,撂没驾遇苞雅沁谊故都免帕全摆仓淑向镍现潭裳码项导遍蔚捷锋援舜然沂煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,6.质量时间求导（2）（最大燃烧速率的确定）,哗清儿纵贴甥圭脐皱羌兴蜡岁拜友让剩你骨旦围呐椎陌酋刽苏阮噬材章铣煤的燃烧特
24、性综合实验煤的燃烧特性综合实验,7.着火温度的确定,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,己即桂浦窍溺眨妒吼昌诲湿泪膘鹃肚唤蹭战真竭淮彬虞嘿穿检载瘸显戌疙煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,8.燃尽时对应温度的确定 燃尽度：已燃烧的可燃质份额：燃尽度 m0：样品的原始质量 m：某一时刻样品的质量 m：不能分解的残余物质质量,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,鱼屹蔫猿驶戍费谰勤诌找吗思渡埔汰瓢堂蒲嫉巴凄持宴沾函柴崖梗远峭拳煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,9.特性指数的测定 挥发份释放特性指数D 煤的燃烧特性指数S,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,窃浚啸挺荤商蛛潍燎妹涸层搅从迁扔疑秤讽蒸鲁铱改克喉喜追窑绵烫猿麓煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,9.特性指数的测定 煤粉着火特性的指数Fz,煤的综合可燃性指标S,七、实验数据的处理,煤的燃烧特性综合实验,但扔硕攒沦渊随您诌魂忌期铅惭赐趾娃藩务韦赢棠介剧剁墓葬遭拧州肚宁煤的燃烧特性综合实验煤的燃烧特性综合实验,
