煤的发热量及其计算.pdf

“ “ “ “ 第三篇 煤的发热量及其计算 第一章煤炭发热量的定义及 其测定的意义 第一节煤炭发热量的定义及其表示方式 煤的发热量是指单位质量 （公斤或克， 英制质量单位为磅） 的煤完全燃烧后产生的 热量 （千卡或卡， 英制热量单位为 “““） 。热量单位中的一 “卡” ， 通常是指一克纯水升 高 的低灰分原煤发热量。纯煤发热量 （最理想是采用镜煤质的发热量） 首先是反映各种煤煤化程度的函数。如在各种固体矿 产燃料中， 煤化程度最低的泥炭的纯煤发热量也最低， 一般在 8“““ ’ 5 ’- ’- 5 ’, ’, . 6者） 的误差更大， 一般可达 89. 时， * ,- ./20 * 1 225*6 23/D7*1 88/9*/（2 6 9 6 8） （8） 当 7* ’9时， * ,- ./20 * 1 225*6 （24/4 6 ./’D87* ） 7 * 1 88/9*/（2 6 9 6 2） 该式的特点是 5*的燃烧热过高， 7 * 的吸收热也过高， 并企图用正负误差抵销的办法 来降低其计算误差。采用这种办法虽然对某些煤样的误差可能会达到最小值， 但会对更 多的煤样造成更大的误差。如我们用部分典型煤样对修正的杜隆公式进行验证后发现， 该式对低灰分年轻褐煤的计算误差较小， 大部分在 ’.. 卡;克以内， 但对烟煤和无烟煤误 差较大， 对灰分较大的烟煤及无烟煤的计算误差普遍在 8.. 2.. 卡;克以上。因此， 修 ’’3 第五章利用元素分析结果计算煤的发热量 正后的杜隆公式仍然不适应于对烟煤和无烟煤的发热量计算。虽然它对低灰分褐煤适 应性较好， 但因计算方法过于繁复， 仍无多大实用意义。 另外， 还有人对杜隆公式进行修正， 修正时加入了水分的校正值， 以直接计算出煤的 低位发热量。修正后的杜隆公式是 “ *0时， 其计算误差,0 3 9 3 5） 以往许多学者对丰氏公式的评价是计算繁复， 但丰氏公式的计算误差比门氏公式要 小， 且几乎很少超过 44 卡克。*9* 年我所曾用低灰分煤对该式进行过验证， 发现丰氏 公式对中等变质程度的煤的适应性比门氏公式要好， 对其它煤种的计算误差一般也多不 超过 44 卡 4 9A） 的适应性进一步作了验 证， 发现丰氏公式对计算高灰分炼焦煤高位发热量的适应性较差， 有一半煤样的误差在 44 卡克以上， 最大者可达 ;94 卡克， 误差小于 44 卡克者只占 ,A。这说明用该式计 算高灰炼焦煤发热量是不合适的。此外， 还发现该式对低灰分年老无烟煤的适应性更 差， 其计算值普遍高出实测值 ;44 94 卡克以上 （见表 ; 3 ; 3 ） 。丰氏公式对年轻褐 煤的计算误差虽然多小于 44 卡克， 但普遍为正误差。总之， 丰氏公式也存在与门氏公 式类似的缺点， 即公式中没有考虑到矿物质吸热分解的重要因素， 同时该式系纯经验公 式， 在推导公式时可能也没有包括年老无烟煤煤样， 因之会产生很大的偏差。 四、 波耶 （B“C’） 公式 *9; 年波耶提出了计算各种煤高位发热量的经验公式。 - ./0 16 - 7 ,,2598-7 9D-7 9-3 529E-2（; 3 9 3 ,） 从公式 ; 3 9 3 , 中可明显看出， 其碳的燃烧热大大高于呈任何形态碳的燃烧热， 而 氢的燃烧热又低于其真实的热值， 因此该式系属纯经验公式。由表 ; 3 ; 3 可见， 用波 耶公式算出的 - ./值对任何煤种来说普遍高于实测值。如炼焦烟煤的计算值多超过实 测值 44 ;44 卡克以上， 无烟煤和贫煤的计算值则高出实测值更多， 特别是最年老的 偏无烟煤类， 其计算值普遍高出实测值 ;44 944 卡克以上， 但年轻烟煤和褐煤的计算 值却多不超过实测值 94 卡克， 从而表明， 波耶公式经过适当的修正后可用来计算年轻 煤的 - ./值。 五、 克伦威尔 （ F-’G’H’） 公式 *95 年荷兰学者凡 克伦威尔根据不同煤化程度煤的分子结构及分解热不同等因 ; 第五章利用元素分析结果计算煤的发热量 素， 提出了以工业分析矿和元素分析结果相结合来计算各种煤高位发热量的经验公式 “ ） 公式 8） 公式 .7AB8*） 公式 .7. 年舒司特提出了下列公式 * ,- （ ’*.3; ** （03 -3） ’*.3; ** （03 -3） “3以上。最大误差 也只有 “ 卡克左右。 将公式 为 ,/, 卡-克， 计算 3 ;。 因该褐煤 “ ， 故 3 ;5 06 3 1 值为 ,/, 卡-克， 故计算值低 ,/, ’ ,/* 5 * 卡-克。 / 第五章利用元素分析结果计算煤的发热量 五、 利用元素分析结果计算未知牌号煤高位发热量的经验公式 鉴于今后我国现行煤分类方案中的各牌号煤将会有所改变， 同时也需要有一个能利 用元素分析结果较为精确地计算出各种未知牌号煤的高位发热量的经验公式， 以满足计 算国内外各种煤高位发热量 （ “） 的需要。为此， 我们根据推导计算无烟煤、 炼焦煤、 年 轻烟煤和褐煤高位发热量的原理， 综合推导出了适合于计算各种未知牌号煤 （即未知是 褐煤、 烟煤或无烟煤时） 高位发热量 （ “） 的经验公式如下 “ 卡9克以内。这表明用公式 0 . 0 1 算出的最大误差 仅比分煤种计算时大 177 卡9克。如采用克伦威尔公式或门捷列夫公式计算， 则有 5.6 煤样的误差分别达到 11 卡9克及 17 卡9克、 717 第三篇煤的发热量及其计算 表 “ “ 各种利用元素分析结果计算煤 4 3379533 59 8856 654 99546 5 7354 58658748898; 944; 334574 5 8954 6588 9596 858 75 576534668968; 48468; 888 338534 659 89578 6576 9857 578 658 5365676669; 998; 9 3356 759 83594 5 9957 85 7954 5753898394; 9496; 83 33956 88544 753 6579 354 854 533 5657749848377; 864; 8 3666 5 775 8857 65 9953 75 754 56578674736“ 779; 77 366 354 56 853 6578 38584 566 758 5657988974946“ 9494; 8 677573 569 356 6577 357 56 7853 65496578694899“ 33966; 3 64546 598 3546 656 93598 56 7563 6546538787; 7997; 78 6854 9358 9657 657 35 564 57 58765386783788349; 3779; 97 6757 759 544 6537 9853 586 74568 565673978774“ 86; 69 69754 45 8357 658 954 85 7354 57653874974“ 734; 39679 7594 74543 8358 567 94568 574 78539 578 5937388933“ 93434; 7 395 57 9453 654 9564 569 73578 5465497838“ 463; 78 3674 75 7454 8958 65 9954 754 74564 58657478773763“ 76849; 794 36345 8594 83569 653 959 579 533 57657368847“ 93; 7 39564 5 97587 659 954 756 758 65466578977“ 7888; 67 39577 3577 3353 546 995 859 7584 575686696967“ 4977; 767 3974567 8569 475 65 9658 567 858 5658733837836“ 847; 4 33689 579 45 54 6576 453 57 54 573657878897; 784; 89 3963958 8657 75 658 35 57 588 653665776873874; 988974; 67 347539 865 8453 659 96564 59 5 65366573774488898; 34843; 77 由表 “ “ 可以看出， 利用公式 “ “ 74 计算出的风化煤 01值与实测值之差 绝大多数低于 66 卡2克， 少数在 6 卡2克左右， 最大误差仅为 766 卡2克。当采用门氏 78 第三篇煤的发热量及其计算 公式进行计算时， 不仅计算值全部高出实测值， 而且误差超过 ““ 卡克者占煤样总数的 “ 卡克的就有三个， 误差为 8“ ; 卡克的有四个。可见， 该公式完全不适用于计算我国泥炭的高位发热量。康勒公式之所以会产生很大的计算 误差， 除了它有与门氏等公式相同的缺陷 （即没有考虑到煤中矿物质吸热分解的因素） 以 外， 还存在着它独有的缺陷， 即该式中的常数没有普遍性， 只适用于某些特定的泥炭矿 区。因为煤中的碳元素的燃烧热不可能高达 444“ 卡克， 而氢元素的燃烧热则又都高于 889“ 卡克， 至于氧元素在煤燃烧过程中的吸收热也决没有高到 ’’’“ 卡克的程度。该 公式还没有考虑到泥炭中硫元素的燃烧热。针对康勒公式存在的一系列缺陷， 我们在推 导计算泥炭高位发热量的公式时首先以泥炭的煤质特征为基础， 然后按照泥炭的大分子 主体骨架也是以碳元素为主的原理， 确定了泥炭中碳元素的燃烧热为 4“““ 卡克。还考 虑到由于泥炭的氧含量高， 其有效氢的含量将低于褐煤。同时其氧的分解吸收热也将大 于褐煤。泥炭矿物质分解吸热的因素也与其它煤相似等因素， 初步导出了适合于计算我 国泥炭高位发热量的半经验公式， 即 ,-3 4“6 7 */7 4 8 （ “ “） 5（’ ’） 按上式算出的一些泥炭样的 ,-值与实测值之差一般小于 “ 卡克， 其中大部分 在 ““ 卡克以内。因此可供有关部门参考使用。 此外， 我所还用门氏公式试算了一些泥炭的高位发热量， 初步发现其计算值普遍高 于实测值， 且灰分越高， 计算值偏高的也越多。经统计， 其计算值普遍高出实测值 ““ ; 8““ 卡克以上 （见表 ’ ’ ’） ， 故门氏公式完全不适用于泥炭。 *9 第五章利用元素分析结果计算煤的发热量 综上所述， 我们以大量的实验数据为基础， 以相应的基本原理为指导， 推导出了计算 各种煤发热量的公式， 而且其计算误差远小于以前沿用的任何公式 （上述公式的平均误 差均大大低于 ““ 卡克） ， 同时还首次提出了利用工业分析结果计算泥炭高位发热量和 利用元素分析结果计算各种风化煤高位发热量的经验公式 （这两个公式的计算精确度完 全可以满足工业利用的需要） 。必须指出， 由于煤发热量的实测误差有时可达到 ““ ““ 卡克左右， 因此当遇到计算 ;5* 3*9以上的煤样误差在 2** 卡克以内。但最近用高灰分煤对上述公式验 证后发现， 由于公式中没有考虑到灰分分解吸热的影响， 故对这些煤的计算误差有不少 超过 ** 卡克， 甚至有的接近 1** 卡克。此外， 它们对 4 /“8时才对最后一项灰分校正值进行计算， “ 6“/“8 的煤则最后一项不予计算。 对式 进行验算后表明， 其计算误差一般都在 /“ 卡克以下， 其中大部分 在 “ 卡克以内 （见表 ） 。因而本公式可供核对弹筒发热量或元素分析结果测值 的准确性时参考。 此外， 上海化工学院曾对国内的一些 0在 ,.8之间年轻煤用逐次回归法， 借 助于电子计算机而推导出计算弹筒发热量的经验公式如下 * //-“ 1 7.-0 ’ 0 2 /7.’51 /.- /.,-0. （ ） 为了简化计算， 该院还推荐下列公式 * , 1 /’/.-0 ’.“’0 2 -.7 0 [] .（ -） 从公式 和 - 可以看出， 它不仅计算方法过于繁复， 而且还不符合 弹筒发热量的涵义。因为煤的弹筒发热量系碳、 氢、 氧、 氮、 硫五个元素燃烧热 （氧为吸收 热） 的综合， 而公式中却省略了硫和氮的燃烧热。对年轻煤来说， 虽然氮的含量变化不 大， 一般在 /. .8之间， 由此而引起的误差可在公式中作为近似于常数值进行校正 注原书公式第一项为 ,， 可能系 , 之误。 ’ 第三篇煤的发热量及其计算 （这样做也是不合理的） ， 但硫的含量变化却很大， 从 “以下至 以上均有， 由此而 影响煤的热值即可达 卡克以上。因此， 在任何计算煤弹筒发热量的经验公式中都 必须考虑到硫和氮的燃烧热， 否则仅这两个元素的燃烧热所引起的误差即可达一百卡以 上。上述