煤的发热量计算公式及其在煤气化模拟中的应用研究进展.pdf
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1、摘要论述了以煤的工业分析及元素分析为基础的煤的发热量的计算公式及其适用范围,并对煤的发热量计算公式在气流床煤气化技术模拟过程中的应用研究进展进行了分析。发热量经验公式的应用提高了气流床煤气化模拟的计算准确性,为工艺及设备改造提供了理论数据。关键词煤的发热量;计算公式;煤气化模拟;工业分析;元素分析文章编号:1005-9598(2023)-03-0035-03中图分类号:TQ533.4文献标识码:A煤的发热量计算公式及其在煤气化模拟中的应用研究进展于利红,路文学,李彩艳(兖矿水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心有限公司,山东滕州 272100)收稿日期:2023-01-04第一作者:于利红(198
2、3),女,汉族,山东济宁人,副高级工程师,硕士,2010 年研究生毕业于中国石油大学(北京)化学工艺专业,主要从事煤气化及煤基新材料研发工作,E-mail:。DOI:10.19889/ki.10059598.2023.03.008煤的发热量是煤的重要指标之一,是工业锅炉、煤气化等设备热工计算的基础,也是燃烧及气化过程热平衡、热效率、煤耗等计算的依据。煤的发热量越高,经济价值越大;煤的高位发热量是动力煤的计价标准,也是气流床煤气化模拟中煤的热值的输入基准。煤的发热量的检测步骤繁琐、周期长、成本高、反应慢,且检测结果易受环境影响,因此在气流床煤气化模拟过程中,煤的发热量通常采用经验公式进行计算,以
3、提高计算结果的准确性1-2。本文综述了以煤的工业分析和元素分析数据为基础的煤的发热量计算公式,并分析了发热量计算公式在煤气化模拟中的应用情况。1煤的发热量的影响因素煤的发热量与煤中组分存在一定的相关关系,通过研究不同煤种的工业分析、元素分析及发热量数据,得出了一系列煤的发热量计算公式。煤的工业分析与煤的发热量的关系:当煤中挥发分(干燥无灰基,简称 daf)28%时,煤的发热量随挥发分增高而下降,挥发分(daf)42%时,煤的发热量随挥发分增高急剧下降,挥发分(daf)28%时,煤的发热量随挥发分增高而增高;煤固定碳含量越高,高位发热量也越高,两者呈显著线性关系;对于同一矿区煤,煤的灰分越高,煤
4、的高位发热量越低;煤的高位发热量与水分无明显的相关关系3。煤的元素分析与煤的高位发热量的关系:煤的高位发热量与碳含量呈线性关系,碳质量分数(daf)90%时,发热量随碳含量增加而增加,碳质量分数(daf)90%时,发热量随碳含量增高而降低;煤的高位发热量随氢含量增高而增高;煤的高位发热量与氧含量呈反比关系,且相关性与煤的煤化程度有关,对低煤化度的褐煤,煤的高位发热量与煤的氧含量呈现很好的反比关系3。2以煤的工业分析为基础计算煤的发热量研究进展因煤的发热量测定较为复杂,煤的水分、挥发分及灰分等测定则较为简单,国内外学者据煤的发热量与工业分析结果,提出了一系列煤的发热量计算公式,包括高特公式见式(
5、1)、肯特公式见式(2)、格美林公式、切诺勃利公式等,但这些公式都存在使用范围较窄、误差大、计算较为复杂等问题。20 世纪引用格式:于利红,路文学,李彩艳.煤的发热量计算公式及其在煤气化模拟中的应用研究进展J.煤化工,2023,51(3):35-37.第 51 卷第 3 期2023 年 6 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.3Jun.20232023 年煤 化 工90 年代,陈文敏3根据我国煤工业分析及发热量检测结果,推导出适用于不同煤种的高位发热量计算公式,包括公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7),提高了计算的准确性。以煤的工业分析为基础的煤的高
6、位发热量计算公式(1)(7)列于表 1。3以煤的元素分析为基础计算煤的发热量研究进展煤的组成结构复杂,但有机组分均由碳、氢、氧、氮、硫等五种元素组成,各种元素的理论燃烧热为常数,研究者提出了一系列由煤的元素分析计算煤的发热量的经验公式,这些公式的误差通常要小于利用工业分析来计算的煤的发热量。此类公式包括杜隆公式见式(8)、门捷列夫公式见式(9)、丰德拉切克公式见式(10)、博伊公式见式(11)等,通常煤的灰分越高,此类公式计算误差越大3。以煤的元素分析为基础的煤的高位发热量计算公式列于表2。表 1以煤的工业分析为基础的煤的高位发热量计算公式公式序号(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)名称
7、高特公式肯特公式适用范围适用于灰分较低、黏结性较强的特定矿区炼焦煤发热量的计算对贫煤、无烟煤计算误差较低适用于无烟煤高位发热量的计算适用于烟煤高位发热量的计算适用于褐煤高位发热量的计算适用于泥炭高位发热量的计算适用于焦炭高位发热量的计算公式Qgr,ad=82棕(FCad)+a棕(Vad),cal/g式中:Qgr为煤的高位发热量;棕(FC)为煤的固定碳质量分数,%;棕(V)为煤的挥发分,%;a 为系数,其值随 棕(V)不同而不同;下标ad 表示煤的空干基;1 cal=4.184 J。Qgr,daf=36.80-6.57棕(Vdaf)-202,MJ/kg式中:下标 daf 表示煤的干燥无灰基。Qg
8、r,ad=K0-334.5棕(Mad)-376.3棕(Aad),J/g式中:K0为常数,随氢含量的增高而增高;棕(M)为煤的水分,%;棕(A)为煤的灰分,%。Qgr,ad=4.182K1100-棕(Mad)-棕(Aad)-25.09棕(Aad)-167.3棕(Mad),J/g式中:K1为系数。Qgr,ad=K2-292.7棕(Mad)-313.6棕(Aad),J/g式中:K2为系数。Qgr,ad=23835-230棕(Mad)-251棕(Aad),J/gQgr,d=418棕(FCd)-6147,J/g式中:下标 d 表示煤的干基。表 2以煤的元素分析为基础的煤的高位发热量计算公式公式序号(8)
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