煤炭燃烧特性和热值测定方法比较分析

煤炭燃烧特性和热值测定方法比较分析

张羽

河北省邯郸市产品质量监督检验所  056000

摘要：煤炭是一种重要的能源资源，广泛应用于能源生产和工业生产等领域。了解煤炭的燃烧特性和热值是评估其能源价值和适用性的关键因素。燃烧特性主要包括燃烧过程中的热释放、燃烧效率和气体释放等方面。而热值则是衡量煤炭能量含量的指标，可以用于确定煤炭的使用效益和应用范围。为了准确测定煤炭的燃烧特性和热值，人们开发了多种测定方法。这些方法包括传统的物理实验方法以及近年来发展起来的仪器化测定方法。每种方法都有其优点和局限性，需要根据具体情况选择合适的方法进行分析。

关键词：煤炭；燃烧特性；热值测定方法

煤炭作为一种重要的能源资源，在工业生产和生活中起着不可替代的作用。了解煤炭的燃烧特性以及准确测定其热值对于能源利用效率的提高和环境保护具有重要意义。煤炭的燃烧特性主要包括燃烧速率、燃尽程度和可燃成分含量。燃烧速率可以反映煤炭燃烧过程中的火焰传播速度，不同类型的煤炭其燃烧速率存在差异。燃尽程度指煤炭在燃烧过程中能够充分燃烧的程度，影响煤炭的热量释放和污染物排放情况。可燃成分含量则是指煤炭中可燃物质的含量，通常以碳氢等元素的质量百分比表示。

一、煤炭燃烧特性

（一）挥发分特性

煤炭中的挥发分在燃烧时会被释放为可燃气体，包括甲烷、烃类、苯乙烯等。这些可燃气体在煤炭燃烧时起到重要的作用。在适当的氧气供应下，这些气体与火焰进行反应，释放出大量的热能。其中，甲烷是最主要的可燃气体之一，其能够与氧气发生完全燃烧反应，产生水蒸气和二氧化碳，并释放出大量的热能[1]。烃类和苯乙烯等可燃气体也可以与氧气发生燃烧反应，产生水蒸气、二氧化碳等燃烧产物，并释放出热能。不同类型的煤炭所含的挥发分组成不同，因此其燃烧特性和能量释放也有差别。煤炭燃烧过程中，挥发分的快速释放和燃烧能够使煤炭迅速点燃并维持火焰的稳定运行。挥发分的热值相对较高，因此其燃烧释放的能量对于提供热能、产生蒸汽等具有重要作用。

（二）碳含量特性

高碳含量的煤炭在燃烧过程中能够释放更多的热量。这是因为碳是煤炭的主要组成成分，其化学式为C，当煤炭中的碳与氧气发生反应时，会产生大量的热能。高碳含量的煤炭燃烧所生成的热量较大，适用于需要高温或者大能量输出的场合。然而，高碳含量的煤炭燃烧也产生更多的二氧化碳（CO2）。二氧化碳是一种温室气体，对全球气候变化有一定的贡献。因此，在环境保护和减少温室气体排放的考虑下，使用高碳含量的煤炭可能需要进行二氧化碳的捕集和排放控制等技术手段的应用。相比之下，低碳含量的煤炭虽然燃烧产生的热量较少，但其燃烧过程更易控制。由于低碳含量的煤炭中碳的含量较低，燃烧时产生的热量相对较少，适用于一些对热量需求不高，但对燃烧过程稳定性要求较高的场合。

（三）燃烧温度特性

不同类型的煤炭具有不同的燃烧温度范围。煤炭通常可以分为无烟煤、烟煤和褐煤等几个主要类型。无烟煤的燃烧温度较高，一般在120℃以上；烟煤的燃烧温度较中等，一般在900℃至110℃之间；褐煤的燃烧温度相对较低，一般在600℃至800℃之间。这是由于不同类型煤炭的碳含量和燃烧特性不同所导致的。煤炭燃烧时的燃烧条件也会对燃烧温度产生影响。例如，煤炭的供氧量、燃烧速率、燃烧器的设计以及燃烧空间的温度等因素都会对煤炭的燃烧温度造成一定程度的影响。

二、煤炭热值测定方法比较分析

（一）长时间燃烧法

这种方法是将已知质量的煤样在封闭容器中完全燃烧，然后通过测量燃烧过程中产生的热量来计算煤炭的热值。该方法不需要复杂的设备和操作，只需将煤样放入封闭容器中进行燃烧即可。因此，操作相对简单易行。通过测量燃烧过程中产生的热量，可以准确计算出煤炭的热值。这使得该方法的结果具有较高的可靠性，能够满足实际应用的需求。该方法适用于各种类型的煤炭，无论是无烟煤、烟煤还是褐煤等等，都可以通过此方法进行热值的测试。然而，该方法也存在一些限制和问题，由于需要进行完全燃烧，并测量燃烧过程中的热量，所以该方法的测试时间相对较长。这可能会增加测试的时间成本和工作量。在煤炭完全燃烧的过程中，可能会产生废气和灰渣。这些废气和灰渣的产生需要进行处理和清理，可能会带来额外的环境污染问题和操作难度。

（二）弹簧式热计量仪法

这种方法是使用弹簧装置来测量煤样燃烧时产生的热量，从而计算煤炭的热值。弹簧装置能够快速记录和测量煤样燃烧时产生的热量，因此该方法能够在较短的时间内获得结果，并对后续分析和决策提供及时依据。相对于其他复杂的测试方法，使用弹簧装置进行热值测定相对简单易行。只需将煤样放入弹簧装置中并记录相应的数据即可完成测试。弹簧量热法适用于各种类型的煤炭样品，无论是无烟煤、烟煤还是褐煤等，都可以通过该方法进行热值的测定[2]。然而，该方法也存在一些限制和可能影响结果的因素，为了保证测量结果的准确性，弹簧量热法对煤样的粒度要求较高。通常要求煤样的粒度在一定范围内，以确保充分燃烧和热量测量的准确性。煤样的水分含量和其他因素（如灰分、硫分等）可能对测试结果产生一定的影响。因此，在进行弹簧量热法测试时，需要对这些因素进行相应的控制和校正，以提高测试的准确性和可靠性。

（三）氧弹法

这种方法是将煤样与氧气在密闭容器中进行完全燃烧，通过测量升压产生的热量来计算煤炭的热值。通过测量升压产生的热量，可以较准确地计算出煤炭的热值，为煤炭质量评价提供可靠的依据。由于采用了完全燃烧的方式，在测试过程中可以得到稳定的气体反应产物，从而获得稳定和可重复的测试结果。然而，该方法也存在一些限制和要求，进行氧弹热法测试需要专门的氧弹仪器和相关设备，并需要经过专业的培训和操作技术的掌握。对于一般实验室来说，投入成本较高。相比于其他煤质检测方法，氧弹热法测试过程较为复杂，需要较长的时间完成燃烧和压力测量等步骤。这就要求操作人员具备耐心和细致的工作态度。

结论

煤炭燃烧特性是指煤炭在燃烧过程中的物理和化学行为。它包括煤炭的着火点、燃烧速率、燃尽度等指标，并且受到煤种、粒度、湿度等因素的影响。煤炭燃烧特性的研究对于煤炭的燃烧利用和环境影响评估具有重要意义。热值是衡量煤炭能源质量的指标，是单位质量的煤炭在完全燃烧时所释放的热量。热值测定方法通常包括传统的氧弹热法、天平式热量仪、差热分析法等。不同的方法在测定原理、操作流程、准确性等方面存在差异。

参考文献：

[1]陶鹏.水对煤燃烧特性的影响分析[J].内蒙古煤炭经济,2022(22):60-62.DOI:10.13487/j.cnki.imce.023026.

[2]张友军,王刚庆,王峰等.煤炭地下气化点火装置燃烧特性数值研究[J].石油机械,2022,50(11):98-103.