煤炭的燃烧过程分析-苗媛.ppt

煤的燃烧过程分析煤分子的结构

煤燃烧的基本过程

煤燃烧过程中能量转换分析

煤结构的认识和发展

1830年，煤的起源问题解决后，科学家将目光逐步转向煤结构的研究。

20世纪初，试图把煤结构和煤的起源相联系——迷茫；从一些反应产物来推断煤的结构同样被证明——非常困难。因为这些产物几乎和煤本身一样复杂。
煤分子的概念
煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“相似化合物”的混合物组成，多个相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的立体结构。
煤大分子结构的基本概念
有机质包括芳香结构的环状化合物占90％以上，非芳香结构的化合物（低分子化合物）含量少。煤大分子结构通常是指煤中芳香族化合物的立体结构。是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物。

煤分子的基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，分规则和不规则两部分：

规则部分——由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核。

不规则部分——连接在芳香核周围的烷基侧链和各种官能团。
基本结构单元化学结构模型①Fuchs模型——20世纪60年代以前的代表模型。由W.Fuchs（德）提出，1957年经VanKrevelen修改②Given模型——20世纪60年代初，P.H.Given（英）首次提出当时获公认的“结构单元”模型③Wiser模型——20世纪70年代中期，W.H.Wiser（美）提出的被认为是比较全面合理的模型。④本田模型⑤Shinn模型——1984年，J.H.Shinn根据一段和两段液化产物分布提出的，又称反应结构模型，目前广为接受。随着煤化程度的提高，构成核的环数增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少。不同煤化程度煤的燃点煤燃烧的基本过程煤燃烧各阶段顺序示意图燃烧的准备阶段煤中有机质开始分解的温度大致分为三个阶段
第一阶段120℃以前脱去煤中游离水，120~200℃脱去煤所吸附的气体如CO、CO2和CH4等，200℃以后年轻的煤如褐煤发生部分脱羧反应，有热解水生成，并开始分解放出气态产物如CO、CO2和H2S等，300℃时开始热分解反应有微量焦油产生。烟煤和无烟煤在这一阶段没有显著变化。

第二阶段300~600℃，特征是活泼分解，以分解和解聚为主，生成和排出大量挥发物，气体主要是CH4及同系物，还有H2、CO、CO2及不饱和烃等。

第三阶段600~1000℃，以缩聚反应为主，气体主要是H2及少量CH4。燃烧阶段
当温度达到煤的燃点时，开始着火，然后可燃挥发分气体和焦炭开始燃烧，这是过程的主要阶段。碳在煤的可燃部分中的比例
碳的燃烧过程主要是碳和氧的化学反应过程。由于焦炭被挥发物所包围，氧首先和可燃气体反应燃烧，因此，焦炭的燃烧一般要落后于挥发物，只有当炉中的氧扩散到炽热的焦炭表面时，焦炭才能燃烧。近年来研究发现，煤粉火炬燃烧时，悬浮在气流中的粉煤粒加热速度很快，在很高的升温速度下，挥发分和焦炭几乎同时着火。

碳的燃烧反应
完全燃烧：C+O2→CO2+409kJ/mol
不完全燃烧：C+1/2O2→CO+123kJ/mol
焦炭在燃烧过程中还容易发生气化反应，使固态煤焦转化成气态，从而加速了燃烧过程。这些反应有：

C+CO2→2CO-162kJ/mol
C+H2O→CO+H2-199kJ/mol
C+2H2O→CO2+2H2-75kJ/mol
CO+H2O→CO2+H2-42kJ/mol
CO+3H2→CH4+H2O+206kJ/mol煤燃烧的过程中的能量转换分析②自标准摩尔燃烧焓来计算反应的焓变。
ΔH=反应物燃烧焓的总和—生成物能量的总和