煤炭的燃烧过程分析苗媛.pptVIP

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 煤分子的结构 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。 煤的大分子是由若干基本结构单元通过化学键连接而成的三维结构，结构单元之间的连接是通过次甲基键、醚键、硫醚、次甲基醚以及芳香碳—碳键等桥键实现的。 化学结构模型 ① Fuchs模型 —— 20世纪60年代以前的代表模型。由W. Fuchs（德）提出，1957年经Van Krevelen修改 特点：二战前，以化学研究方法为主，仅获得一些定性的概念，可用于建模的定量数据很少。采用“统计结构分析” 方法，第一次突破。定量描述了煤结构中的芳香和脂肪簇，并首次引用X射线分析和红外光谱的结果来证明其结论。特点是具有很大的蜂窝状缩合芳香环。——比较片面，不能全面反映煤结构的特征 ② Given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 ③ Wiser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 煤的燃烧是固体与气体之间进行多相扩散燃烧过程，这是一个极其复杂的反应过程。煤燃烧的实质，就是在空气中氧气参与下，进行复杂的物理化学过程。在燃烧过程中，煤的可燃物在受热下，形成与原始结构不同的可燃组成物，将煤中的化学能转化为热能，形成燃烧产物——烟气；煤中所含的矿物质最后形成灰渣。 燃烧的准备阶段 煤在炉中加热、干燥、蒸发水分。当温度达到110℃左右时，水分全部被蒸发。 H2O(l)→H2O(g)-44kJ/mol(g) 随温度继续增高，煤中有机质开始热分解，热分解形成两种产物：一种是从煤大分子上断裂下来的侧链和官能团所形成的挥发分，在挥发分气体中主要有CO、CO2、H2、H2O、CH4及各种烃类化合物、含硫、含氮化合物等，另一种是稠环芳香核缩聚为焦炭（固定碳）。这一阶段煤要吸收热量，其热源由火种或原燃烧着的煤供给。 煤中有机质开始分解的温度 煤的热分解：煤的热解过程是一个非常复杂的反应过程。由于 煤的组成复杂且极不均一，因而煤在热解过程中化学反应的形式很多，不可能用几个简单的反应式来表达。总的来说，煤的热解反应可归纳为两大类——裂解和缩聚 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。 煤燃烧的过程中的能量转换分析 化学反应的本质是旧键的断裂，和新键的生成。 断键吸收的总能量 键放出的总能量;则为放热反应 断键吸收的总能量 新键释放的总能量;则为吸热反应