煤的发热量是单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量,以符号Q表示。发热量的国际单位是J(焦耳)/g,中国过去使用cal(卡)/g。(1J/g=0.239Cal/g) 煤的发热量是评价煤质和热工计算的重要指标。在煤的燃烧或转化过程中,常用煤的发热量来计算热平衡、耗煤量和热效率。对动力用煤,其发热量是确定价格的主要依据。在国际和中国煤炭分类中,煤的发热量还是低煤化度煤的分类指标之一。
1煤发热量的测定方法
国家标准(GB213)规定用氧弹量热法测定煤的发热量。
(1)氧弹量热法的测定原理
将l~1.1g空气干燥煤样放入不锈钢制的耐压氧弹中,用氧气瓶将氧弹充氧至2.6~2.8MPa利用电流加热弹筒内的金属丝使煤样着火,试样在压力和过量的氧气中完全燃烧,产生CO2和H2O,灰和燃烧产物被水吸收后生成H2SO4和HNO3。燃烧产生的热量被内套筒中的水吸收,根据水温的上升并进行一系列温度校正后,可计算出单位质量煤燃烧所产生的热量,称为弹筒发Qb.ad。由于弹筒发热量是在恒定容器下测定的,所以它是恒容发热量。
(2)煤的恒容高位发热量
在弹筒内煤的燃烧是在高温高压下进行,所以试样中的氮和弹筒内氧气生成氧化物并溶解在水中变为稀硝酸;若试样是在空气中燃烧,其中的氮则成为游离氮逸出。煤中的硫 在空气中燃烧只生成SO2逸出,而在弹筒内则生成稀硫酸。上述稀HNO3及稀H2SO4的生成及溶解于弹筒内的水中均为放热反应。从上述弹筒发热量中减去硝酸、硫酸的生成热和溶解热后即得到煤的恒容高位发热量,其代表符号为Qgr.v.ad,计算式如下:
Qgr.v.ad=Qb.ad—(95Sb.ad+a.Qb.ad)
式中 Qgr,v,ad——煤的空气干燥基恒容高位发热量,J/g;
Qb. ad——煤的空气干燥基弹筒发热量,J/g;
Sb,ad—— 由弹筒洗液测得的煤的空气干燥基硫含量,%;
95—— 煤中每1%的硫的校正值,J(硫酸生成热校正系数);
a—— 硝酸生成热校正系数,无烟煤为0.0010,对其他煤为0.0015。
(3)煤的恒容低位发热量
上述高位发热量中包含水的冷凝热,而煤在常规燃烧时水呈蒸汽状态随燃烧废气排出,因此需从高位发热量中减去煤燃烧后水的蒸发热,得出工业上实用的恒容低位发热量Qnet,v,ad。
Qnet. v.ad可用下式计算
Qnet. v.ad= Qgr.v.ad-25(Mad+9Had)
式中Had——分析煤样中氢的含量,%;
25——常数,相当于0. 0lg水的蒸发热,J;
9—— 氢含量换算成水的系数。
煤在实际燃烧中处于恒压状态而不是恒容状态,故工业计算中应采用恒压低位发热量(通常采用收到基)。可用高位发热量按下式换算:
Qnet,p,ar=(Qgr.v.ad-212Had-0.80Οad)×100-Mt,ar/100-Mad-24.5Mt,ar
Qnet,p,ar——收到基恒压低位发热量,J/g;
Qgr,v,ad——空气干燥基恒容高位发热量,J/g;
Had——空气干燥基氢含量,%
Οad—— 空气干燥基氢含量,%
Mt,ar—— 收到基全水分,%
Mad—— 空气干燥基水分,%
煤的发热量除了用氧弹法直接测定外,还可以利用煤的工业分析或元素分析数据进行近似计算,这里不作介绍。
煤的发热量随其挥发分呈抛物线的变化趋势,如图所示。可见,Vdaf在20%-30%相当于焦煤阶段,其发热量最高:Vdaf小于20,发热量随Vdaf的减小而略有下降;当Vdaf大于30%时,发热量随Vdaf的增加而显著下降。