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     添加時間:2008-12-16 原文發表:2008-12-16 人氣:1186

     一、煤的發熱量測定
    (一)煤炭發熱量涵義
    1.煤的彈筒發熱量
         煤的彈筒發熱量也稱為煤的氫彈發熱量。它的涵義是單位質量的煤樣在熱量計的彈筒(氫彈)中在過量的高壓氧氣(約2.8-3.0MPa)中燃燒后產生的熱量(燃燒產物的最終溫度規定為25OC,水成液體狀態)。由于煤樣是在高壓氧氣的條件下燃燒的,因此它產生了在空氣中燃燒時不能進行的熱化學反應。例如煤中的氮(以及充入氧氣前載氮筒空氣中含有的氮氣)在空氣中燃燒時一般都呈氣態氮逸出,而在彈筒中燃燒時卻能生成N2O5,或NO2等高價的氮氧化合物,這些物質溶于彈筒中的水后即變成硝酸,這一化學反應時放熱反應。此外,煤中的可燃硫在空氣中燃燒時只生成二氧化硫氣體,而在彈筒中燃燒時卻氧化成三氧化硫,它溶于彈筒的水中就成為硫酸。SO2氧化成SO3以及H2SO4溶于水生成硫酸水合物等也都是放熱反應。所以,煤的彈筒發熱量要高于煤在空氣中、在工業鍋爐中等燃燒時實際產生的熱量,且煤中的硫含量越高或煤的發熱量越高,其高出的熱量也越多。為此,在實用中,必須把彈筒發熱量折算成符合于煤在空氣中燃燒時的發熱量,即煤的高位發熱量。在我國“煤的發熱量測定方法”國家標準(GB213-1996)中規定,煤的發熱量報出結果必須采用分析煤樣的高位發熱量。從上述可以看出,煤的彈筒發熱量實質上只是測定煤發熱量的中間數據,所以還有人常把彈筒發熱量叫做最高發熱量。
        彈筒發熱量的簡單定義:單位質量的煤在充有過量氧氣的氧彈內燃燒,其終態產物為25oC下的二氧化碳、過量氧氣、氮氣、硫酸、硝酸、液態水以及固態灰時放出的熱量稱為彈筒發熱量。
     
        2.煤的高位發熱量
        煤的高位發熱量是在彈筒的一定容積下測定的,故有時也叫煤的恒容高位發熱量。它是指煤在空氣中在大氣壓條件下燃燒后產生的熱量。在這種條件下,煤中的可燃硫只生成二氧化硫,氮則生成游離狀態氮,其水呈蒸汽狀態冷凝(25oC)。煤在工業鍋爐中燃燒時,其水呈水蒸汽狀態逸出。由于液態水變成水蒸汽時需要吸收熱量(稱為汽化熱),故在高位發熱量中減去水的汽化熱后即為煤的低位發熱量。而媒的高位發熱量實際上是由煤的彈筒發熱量減去硫酸及硝酸的生成熱后得到的。在這里需要指出,煤的彈筒發熱量是在彈筒的容積(恒定容積)下測定的,因此嚴格地說應叫恒容彈筒發熱量。在空氣中大氣條件下燃燒時測得得高位發熱量實際上是在恒壓(大氣壓)條件下獲得的,應稱為恒壓高位發熱量。在恒容高位發熱量和恒壓高位發熱量之間有一個微小的差別,這是由于假定煤在恒壓狀態下燃燒時,煤中的氫元素和氧生成了幾乎不占體積液態水(燃燒時生成的液態水的體積對氣體來說可忽略不計),使恒壓系統的氣體體積有所收縮,其收縮部分的體積等于煤中氫元素在燃燒時所需氧的體積減去煤中原來呈氣體狀態部分的氧。
    二、動力用商品煤的發熱量分布
        收到基低位發熱量(Qnet,ar)的高低是評價動力用煤質量的主要參數之一,無論是動力用煤的計價,或是電站煤粉鍋爐和工業鍋爐及窯爐的設計制造等都需要煤的發熱量(Qnet,ar)數據。煤的發熱量高低除與灰分和水分的大小有關以外,還與煤的變質程度有關。長期實踐表明,干燥無礦物質煤(即純煤)的發熱量以中等變質的焦煤及揮發分較低的肥煤最高,但一般都不超過37.2MJ/kg(8900kcal/kg);褐煤因煤化程度最低,不可燃的含氧量最高,其純煤發熱量(Qgr,dmmf)也最低;到高變質的貧煤和無煙煤階段,盡管含碳量Cdar都在90%以上,但熱值相當于碳元素3.5倍的氫含量明顯降低,故純煤熱值又比焦煤、肥煤和瘦煤有所降低,但仍高于低階的褐煤、長焰煤和不粘煤。
    根據GB/T 15224.3-1994,我國收到基煤的低位發熱量分級標準如表1-0所示。
    表1-0 我國收到基煤的低位發熱量分級標準
     
        (一)我國不同牌號動力用商品煤的發熱量
         從上述可知,在我國動力用商品煤中,其發熱量以褐煤的最低,平均僅14.34 MJ/kg(見表1-1),約為3430kcal/kg。其次為長焰煤,平均Qnet,ar為19.80 MJ/kg(4735 kcal/kg)。由于我國目前生產的弱粘煤的灰分較低,全水分也不高,低位發熱量在各牌號煤中最高,Qnet,ar達26.18 MJ/kg,灰分較低的不粘煤的Qnet,ar也達24.31MJ/kg。此外,瘦煤、貧瘦煤和無煙煤的平均低位發熱量也都在25 MJ/kg以上,至于一些肥煤和焦煤等作動力用的煉焦煤的發熱量均不太高,其中Qnet,ar最高的1/3焦煤也只23.14MJ/kg,這是因為洗混煤等煉焦煤選煤廠的副產品灰分多在25%甚至35%以上。某些高灰難選煉焦煤的發熱量也不高。
     
    表1-1我國不同牌號動力用商品煤的發熱量分布特征
     
        (二)我國各大區動力用商品煤的發熱量
        如表1-2所示,我國各大區動力用商品煤的收到基低位發熱量以西北區最高,Qnet,ar平均達25.41MJ/kg,這是由于西北區的動力用煤目前大部分為低灰分的低階煙煤或中灰分的高硫焦煤、瘦煤等高熱值煤;華北區動力用商品煤的發熱量居第二位,Qnet,ar為23.49MJ/kg;發熱量最低的是東北區,其Qnet,ar平均為20.51MJ/kg,比西北區的低4.90 MJ/kg,顯然這是因為東北區的動力用商品煤以低階的高灰分煙煤和褐煤為主。其他各區動力用商品煤的平均低位發熱量均在21.75-22.75 MJ/kg之間。
    從表1-2中還可進一步看出,在西南區和西北區幾乎沒有Qnet,ar低于12.50MJ/kg的低熱值煤,西北區也沒有Qnet,ar在17MJ/kg以下的中低熱值煤,而Qnet,ar大于27MJ/kg的特高熱值煤以華北區最多,占該區動力用商品煤的16.27%。Qnet,ar在21.01-24.00MJ/kg的高熱值煤的比例以西北區最多,占該區動力用商品煤量的76.3%。華東區以Qnet,ar在21.01-24.00MJ/kg的中高熱值煤比例最多,占該區動力用商品煤的58%強。
    表1-2我國各大區動力用商品煤的低位發熱量
    (三)我國各。ㄊ、區)動力用商品煤的發熱量
         從表1-3中各。ㄊ、區)動力用商品煤的收到基低位發熱量看,寧夏自治區和山西省的最高,平均Qnet,ar分別達26.02MJ/kg和26.0MJ/kg,這是由于這兩。▍^)的低灰分無煙煤及作動力用的煉焦煤比例較多,發熱量最低的是吉林省和廣西自治區的煤,平均Qnet,ar分別低至15.47MJ/kg和14.36MJ/kg,這是由于這兩。▍^)的高灰分年輕煙煤及褐煤較多,而廣西自治區更有產量較大的高灰、高硫的合山礦區貧煤。發熱量較低的還有浙江、青海和內蒙古等省、區,這是因為浙江省多以高灰分的氣肥煤為主,青海省以氧化后的不粘煤較多,內蒙古自治區東北部的褐煤占全自治區動力用商品煤的大部分。
     
    表1-3 各。ㄊ、區)動力用商品煤的低位發熱量
     
        (四)我國各主要動力煤礦區商品煤的低位發熱量
         我國主要動力煤礦區的商品煤低位發熱量如表1-4所示。從表中可清楚看出,發熱量較低的都是一些褐煤礦區,如琿春和舒蘭等高灰分褐煤的Qnet,ar分別低至12.28MJ/kg和11.89MJ/kg,霍林河、大雁等礦區的褐煤Qnet,ar也只分別為13.87MJ/kg和14.05MJ/kg。發熱量最高的為鶴壁瘦煤及大同低灰分弱粘煤和陽泉年輕無煙煤,平均Qnet,ar分別高達27.24MJ/kg、26.46MJ/kg和26.30MJ/kg。Qnet,ar大于25.09MJ/kg的還有晉城、鄭州、焦作、白沙、窯街、靖遠和哈密等礦區的無煙煤和不粘煤,平朔和神府煤的平均Qnet,ar均不到25.09MJ/kg。其他礦區煤的低位發熱量結果詳見表1-4。
     
    表1-4 全國主要動力煤礦區商品煤低位發熱量
     
        對動力配煤場來說,供煤礦點基本固定,如沒有實測發熱量儀器,也可用工業分析結果進行計算,一般都有較高的計算精度。茲將我國主要動力煤礦區煤的發熱量計算公式分別介紹如下。
        1.大同礦區煤
    Qnet,ar=33.16-0.3596Mt-0.3763Aar
        2.鐵法礦區煤
    Qnet,ar=30.902-0.3345Mt-0.3345Aar
        3.鄭州礦區煤
    Qnet,ar=34.498-0.3345Mt-0.3763Aar
        4.晉城礦區煤
    Qnet,ar=34.456-0.3596Mt-0.3847Aar
        5.焦作礦區煤
    Qnet,ar=33.62-0.368Mt-0.3513Aar
        6.陽泉礦區煤
        (1)篩選煤:
    Qnet,ar=35.063-0.3554Mt-0.3931Aar
        (2)洗選煤
    Qnet,ar=35.146-0.3471Mt-0.3847Aar
        7.北京礦區煤
    Qnet,ar=31.99-0.3429Mt-0.322Aar
        8.汝萁溝礦區(西溝平峒及白芨礦)煤
    Qnet,ar=34.728-0.3136Mt-0.3847Aar
        9.撫順老虎臺礦煤
    Qnet,ar=32.70-0.3554Mt-0.3513Aar
       10.阜新海州露天礦煤
    Qnet,ar=31.174-0.3345Mt-0.3596Aar
       11.扎賚諾爾礦區煤
    Qnet,ar=26.762-0.2509Mt-0.3345Aar
       12.平莊礦區煤
    Qnet,ar=27.766-0.2843Mt-0.3011Aar
       13.舒蘭礦區煤
    Qnet,ar=27.410-0.2843Mt-0.2843Aar
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