煤氣發(fā)生爐:煤的燃燒過程
煤是人類早已使用的國體燃料,對煤的使用要比對油、氣的使用早得多, 但是由于煤燃燒的復雜性, 人們對煤的燃燒機理和規(guī)律的了解大大落后于對油、 氣的燃燒規(guī)律的了解。只是到了19世紀70年代,由于煤在燃料工業(yè)中地位上升,人們對媒的研究才空前活躍起來。
煤是一種很復雜的國體碳氫燃料,除了水分和礦物質(zhì)等情性雜質(zhì)外,煤是由碳、氫、氧、氮和硫這些元素的有機混合物組成的,這些有機混合物就構(gòu)成了煤的可燃質(zhì)。
煤的化學結(jié)構(gòu)非常復雜。為此,人們進行了大量的研究工作,提出不同的煤分子結(jié)構(gòu)模型以闡明煤的化學結(jié)構(gòu)。煤的結(jié)構(gòu)模型是根據(jù)煤的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)進行推斷和假想而建立的,用以表示煤的特性和行為的平均化學結(jié)構(gòu)。但是,各種模型只能代表統(tǒng)計平均概念,而不能看作煤中客觀存在的真實分子形式。典型的分子結(jié)構(gòu)模型有 Fuchs模型、Given模型、wiser模型、本田模型、Shinn模型和 Takanohashi模型等,其中,主要針對年輕煙煤的 Wiser模型被認為是比較合理、的模型,它展示了煤結(jié)構(gòu)的大部分現(xiàn)代概念。盡管人們目前對煤中有機.質(zhì)大分子的確切結(jié)構(gòu)尚不完全了解,它的基本結(jié)構(gòu)単元以縮合芳環(huán)為主體,并帶有許多側(cè)鏈、雜環(huán)和官能團等,結(jié)構(gòu)單元之間又有各種橋鍵相連。其中,結(jié)構(gòu)單元的方環(huán)數(shù)分布范圍較寬,有多有少,有的芳環(huán)上還有0、N、S等原子。芳環(huán)之間的交聯(lián)橋鍵也有不同形式, 有直接連接兩個芳環(huán)的碳碳共價鍵Ar-Ar (Ar和 Ar'表示西個不同的縮合芳壞) ,也有芳環(huán)之間含有一CH2一、一CH2- CH2一、一CH2-CH2-CH2一、一0-CH2一、一0一和一S一等短燒、 碳氧、 碳硫等的橋鍵。構(gòu)成方環(huán)骨骼的共價鍵相當強, 因此芳環(huán)的熱穩(wěn)定性很大 而許多連接煤中結(jié)構(gòu)単元的橋鍵為弱鍵, 受熱易于斷裂。此外, 煤中還含有相當數(shù)量的以細分散組分形式存在的無機礦物質(zhì)、吸附水、減金屬和微量元素, 其中無機礦物質(zhì)在煤燃燒后以殘渣的形式分離出來 。
煤在加熱升溫時,將發(fā)生很復雜的過程,首先在105℃以前析出吸附氣體和水分,但水分要到300℃左右才能完全釋放。 在200~300℃時析出的水分稱為熱解水, 此時也開始釋放氣態(tài)反應產(chǎn)物,如 C0和C0等,同時有微量的焦油析出。隨著溫度的上升,煤顆粒會變軟,成為塑性狀態(tài),損失了願粒的梭角,變得更接近于球形,同時不斷地釋放出揮發(fā)分。一般來說,逸出揮發(fā)分的量和揮發(fā)分的組分是対煤顆粒加熱溫度的函數(shù), 揮發(fā)分放出之后剩余的國體稱為焦炭, 揮發(fā)分將在炭顆粒外圍空問燃燒, 形成空間氣相火焰,而炭與氣相氧化劑發(fā)生氣-國兩相燃燒。
許多研究者根據(jù)煤在煤氣發(fā)生爐設(shè)備燃燒過程中溫度和質(zhì)量的變化, 把煤的整個燃燒過程分成加熱、水分蒸發(fā)、揮發(fā)分析出及燃燒、焦炭燃燒及燃盡四個階段。
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