煤炭为什么会燃烧?
煤的工艺性质
①粘结性。指烟煤在受热时本体粘结或与外加惰性物质粘结的能力,它是评价工业用煤特别是炼焦煤的主要指标。实验室测定方法有粘结指数、坩埚膨胀序数、罗加指数等。②结焦性。指在模拟工业焦炉条件下,或在半工业性试验焦炉内,煤结成焦炭时的性能,实验室测定方法有奥亚膨胀度、胶质层指数、葛金焦型等。③发热量。指单位质量的煤在完全燃烧时放出的热量。它是评价燃料煤的主要指标。根据计算时燃烧产物中水的状态不同,有高位发热量与低位发热量之分,包含燃烧生成的水蒸气冷凝潜热的,称为高位发热量,不包括水蒸气冷凝潜热的,称为低位发热量。④反应性。又称活性,是指在一定温度下,煤与不同气体介质如二氧化碳、水蒸气、氧气、氢气作用的气化反应能力。⑤热稳定性。指气化、燃烧用煤在加热时块度变化的性质。⑥焦油产率。是评价煤和油页岩炼油适宜性的指标,通常采用铝甑低温干馏法测定。⑦可选性。是反映煤在洗选过程中,除去其中矿物质的难易程度。它是将各级粒度的煤在不同密度的液体中经浮沉试验而确定的。⑧灰熔点和熔融灰的粘度。将煤灰制成三角锥体,放在高温炉中,在一定气氛下加热,观察灰锥形状的变化,从而测定变形温度T1、软化温度T2和流动温度T3,其中T2表示煤灰熔点。熔融灰的粘度用高温粘度计测量。
煤的燃烧过程一般分为三个阶段:煤着火前的阶段(包括燃干燥、析出挥发分和形成焦炭);挥发分和焦炭的燃烧;炉渣炉灰中残余焦炭燃烬。
煤在炉中加热、干燥、蒸发水分。随着温度增高,煤中有机质开始热分解,主要是从煤大分子上断裂下来的侧链和官能团所形成的挥发分,其主要成分为CO、CO2、H2、H2O、CH4及各种烃类化合物,含硫、含氮化合物等,热解剩余产物是稠环芳香核缩聚的焦炭(固定炭),这一过程煤要吸收热量。
当温度达到煤的燃点时,开始着火,然后可燃挥发分和焦炭开始燃烧,
通常,煤的挥发分越高,燃烧速度就越快。而焦炭在燃烧的整个燃烧过程中,碳的重量百分数是主要的且随着煤的种类不同而不同,碳的燃烧时间占全部燃烧时间的90%。碳的燃烧过程主要是碳和氧的化学反应过程。
生成CO和CO2两种气体的多少,主要取决于温度。在1200℃左右时两种百分含量相等。当温度升高时CO量增多。C+O2=co2
2C+o2=2co
煤的自燃是通风不好热量积累,外层煤的热量能够得到散发,所以煤的自燃都是从内开始,逐渐向外扩展。
煤具有自燃的性质,特别是那些低品位的烟煤,当从环境中吸收的热量大于释放到环境中的热量时自燃现象就会发生。影响自燃主要有以下几方面的因素:
1.水份:水份的含量及变化是影响煤自发热最主要的因素,当水蒸发时从外界吸收大量的热,冷凝时就将这些热传给煤粉,理论上讲,含水量增加1%将使煤温上升17℃。因此不能用水来冷却已经产生自发热的煤堆,这是因为冷却水很难将全部的煤浸透而只是让部份温度上升而已。
2.通风率:理论上在松散的煤堆中不流通的空气完全反应的话将使其温度上升2℃,实际上当高速流通的空气在提供煤以氧气的同时也会带走大量的热,而低速则恰好相反,尽管也提供相当数量的氧气但却不能带走其自发产生的热量。操作上长期置放的煤粉一定要压紧,清除周围的杂草勿使草根造成煤堆松质化,使空气容易进入,温度容易提高。
3.颗粒细度:与自发热成反比的关系,颗粒越小其表面积越大,与空气的接触越充分,更容易产生自热。但出于堆置上的考量,使煤堆不致于容易坍塌,一般会将其细度控制在一定范围。
4.挥发份:按挥发份可以将煤分为烟煤、褐煤、无烟煤,其热值递增,自发热可能性降低。而且由于煤粉飞灰都搀在生料中使用(G生料配料必须考虑到这一点),因此根据不同的燃煤要求不同配比的生料,烧成操作上也作调整。
5.温度:最重要的操作参数,跟据实验室检定,80℃以下温升其反应率反而下降,80℃其活性随温度上升而上升。
为了防止煤炭"自燃",最有效的方法是尽量减少煤与空气的接触,例如把煤堆实,或在煤堆表面洒上一层覆盖粉。并定期检测煤堆的温度,一旦发现温度接近60℃,则及时做散热处理,例如把高温区域内的煤挖出来迅速散热等。注意,千万不能在高温区加水,这样反而会加速煤的氧化和自燃。