[发明专利]一种确定煤热解生成物成分含量的方法

说明书

本发明公开了一种确定煤热解生成物成分含量的方法，(1)采用元素分析方法得到100克干燥无灰基煤中含有C、H、O、N和S元素的质量分别为m_C、m_H、m_O、m_N、m_S克，采用煤的工业分析方法，测得干燥无灰基煤中可燃物质的发热量Q_net,daf，测得热解后生成的煤焦和挥发分的质量分别为m_FC和m_V克；(2)根据燃烧化学公式，100克干燥无灰基煤燃烧需要的空气量为m_Ag；(3)由煤热解方程(1)，根据步骤(1)中的数据和氮、硫元素的摩尔数平衡得到a、b和c的值，从而分别确定煤焦中碳、氮和硫元素的摩尔量；根据方程(14)，采用求函数的最小值方法计算得到x_i值，从而确定H₂O、CO、CO₂、碳氢化合物的混合物和H₂含量。

技术领域

本发明属于热能工程领域，具体涉及一种确定煤热解生成物成分含量的方法。

背景技术

煤粉燃烧要经历有机质热解、挥发分燃烧和煤焦异相反应等阶段，热解是煤粉燃烧的第一步，该过程析出的挥发分质量约占原煤质量的10％～50％；挥发分与焦炭的燃烧过程相互耦合，由于挥发分火焰的影响，煤焦颗粒可以在低于它的着火温度的情况下被点燃，挥发分对焦炭同时存在促燃和“抢氧”作用；挥发分燃烧产生的氮氧化物与反应温度、煤质特性和气体成分等因素有关；热解产生的挥发分数量和成分对燃烧过程中有重要影响，为了模拟和优化燃烧过程，要对煤进行热解试验，通过热解实验对锅炉CFD软件中的热解成分和动力学参数进行配置；因此，煤热解生成物成分的确定在工程上有重要意义。

为确定挥发分的析出数量和速率，通常采用热重分析技术测试煤在不同升温速率和热解温度下的失重量和失重速率；热解成分的测量则更为复杂，且成本较高；热解模型与实验数据相结合，是更为有效的研究方法；为预测煤热解产物的构成，文献[A predictivemulti-step kinetic model of coal devolatilization[J].Fuel，2010，89(2)：318-328]认为煤是由混合官能团组成，这些官能团以不同的动力学参数产生特定种类的气体，并提出在热解过程中，采用多步动力学方法确定煤的热解产物的构成；文献[Emission ofvolatile organic compounds from coal combustion[J].Fuel，2009，78(13)：1527-1538]采用动力学和热力学分析方法，得到煤燃烧及烟气冷却过程中，挥发性有机物VOCs(Volatile Organic Compounds)和多环芳烃PAHs(Polynuclear Aromatic Hydrocarbons)等微量大气污染物的形成和排放数据；在这些方法中，各成分反应动力学参数作为已知数据，这些数据不是实际生产中经常测定和使用的数据，并且这些参数的实验测定成本较高，煤热解产物成分的确定受这些参数精度的影响很大，因此，热动力学方法有一定的缺陷。

发明内容

为解决现有技术存在的缺点，本发明具体公开了一种确定煤热解生成物成分含量的方法，这种方法通过测元素成分和工业分析确定其热解生成物的成分。

本发明采用的技术方案如下：

一种确定煤热解生成物成分含量的方法，包括以下步骤：

(1)采用元素分析方法测量煤的干燥无灰基成分，得到100克干燥无灰基煤中C、H、O、N和S元素的质量分别为m_C、m_H、m_O、m_N、m_S克，采用煤的工业分析方法，测得干燥无灰基煤中可燃物质的发热量Q_net,daf，测得热解后生成的煤焦和挥发分的质量分别为m_FC和m_V克；