本发明专利技术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mC、mH、mO、mN、mS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Qnet,daf，测得热解后生成的煤焦和挥发分的质量分别为mFC和mV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mAg；(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xi值，从而确定H2O、CO、CO2、碳氢化合物的混合物和H2含量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热能工程领域，具体涉及。
技术介绍
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· 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 南犬· 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)和多环芳经 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。
技术实现思路
为解决现有技术存在的缺点，本专利技术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。 本专利技术采用的技术方案如下： -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、0、N和S元素的质量分别为me、mH、m。、mN、ms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(L tidaf，测得热解后生成的煤焦和挥发分的质量分别为mFjP 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mA g， mA= 11. 51mc+34. 30mH+4. 31ms-4. 32m〇 (11) (3)由煤热解方程（I)，根据步骤⑴的数据和氮、硫元素的摩尔数平衡分别得到 碳的摩尔量a、氮气的摩尔量b和硫的摩尔量c ; 其中，Xl，x2, x3, x4, X6表示煤热解后待测的挥发分的摩尔量，X 5表示挥发分中CH4、 乙烷（C2H6)、丙烷（C 3H8)和乙烯（C2H4)等碳氢化合物的混合物的碳和氢的含量比； (4)根据方程（14)，在x2、x3、x4、x 5、义6的约束条件下，采用求函数的最小值方 法计算得到X1, x2, X；?，x4, Xy Xe值，从而确定H 2〇、⑶、CO2、碳氢化合物的混合物和H2含量； 其中，m'。热解后碳的质量计算代数式，m' H表示热解后氢的质量计算代数式， 。表示热解后氧的质量计算代数式，v表示热解产生挥发分的质量计算代数式，A 表示热解产物燃烧需要的空气量的计算代数式，Q' n&daf表示热解生成的可燃物质的发热 量的计算代数式，11^是100克干燥无灰基煤燃烧需要的空气量；σ ε、σ Η、〇。、σ ν、σ Α、〇 Q分 力|J表/J、ΓΠη、m。、ΓΠν、Qnet, daf测里丰不准差。 步骤（3)中，由热解方程式（1)，根据氮和硫元素的摩尔数平衡可得到碳的摩尔量 a、氮气的摩尔量b和硫的摩尔量c :?2) (3) Π ) 步骤⑷中，由热解方程式（1)，热解后的所有热解成分中碳、氢和氧的质量分别 为 步骤（4)中，100克干燥无灰基煤热解后产生的挥发分m' v按下式计算： m' V= 18x 1+2x6+28x2+44x3+(12+x 5) x4 (8) 步骤（4)中，根据方程式（I)，右边所有可燃物燃烧需要的空气量 CN 105158107 A 仇叱卞> 3/7 页(13) 其中，热解产生煤焦中的碳完全燃烧所需要的空气量m' g， m' =11. 51 X 12a (12) 步骤（4)中，热解方程式（1)右侧可燃物质的发热量按下式得到： Q' net,daf= 3933. 96a+2830. 46x 2+2890. 55c+10q〇x4+2418. 75x6+441. Ox1 (9) 式中，q。为ImolCHx5的发热量，q。= 448. 941+88. 346x5Jb方程式为经过大量试 验与分析得到最准确的发热量方程式。 步骤⑷中，Xi (i = 1，6)的上、下限约束可根据煤的元素组成设定，x2、x3、x4、 x5、X6的约束条件为： 根据煤质检测不确定度分析，方程（14)中Oc= σ η= 〇。= σ ν= σ a = 0· 000577g，σ (j= 71kJ/kg。 当干燥无灰基挥发分mv彡12时，k = 0· 55 ;当mv< 12时，k = 0· 05。 本专利技术中采用100克干燥无灰基煤为例，但并非对本专利技术保护范围的限制，可以 对干燥无灰基煤的质量作任意扩展。 本专利技术的有益效果是： (1)本专利技术提供一种根据煤的元素成分和工业分析等常规检测数据，确定煤热解 产生的挥发分中各种气体成分含量的方法，测定含量的气体包括水蒸汽、一氧化碳、二氧化 碳、氢气以及甲烷、乙烷、丙烷和乙烯的混合物。 (2)与现有技术相比，克服了热动力学方法的缺陷，本专利技术只需根据实际生产中经 常测定和使用的参数，不需要为了分析煤热解产物成分而测定其它的不常用的参数，因而， 本专利技术的实验成本较低，可推广使用，并且煤热解产物成分的确定不受其它参数精度影响。 (3)使用本专利技术提供的方法，对62个火力发电厂的设计煤、校核煤和实际燃用煤， 共128个样品进行了计算，上述方程左右两边偏差百分数的计算结果见图1~图6,方程左 右两边偏差较小，说明计算结果合理准确。【附图说明】 图1方程（5)两边偏差百分数； 图2方程（6)两边偏差百分数； 图3方程（7)两边偏差百分数； 图4方程（8)两边偏差百分数； 图5方程（9)两边偏差百分数； 图6方程（13)两边偏差百分数。【具体实施方式】 实施例1 煤热解产生的气体主要有CH4、C2H6、C0、C0 2、H20、H2，以及一些微量的多环芳烃 PAHs (Polynuclear Aromatic Hydrocarbons)和氮的有机化合物NH3、HCN等，煤中氮和硫元 素含量较低，例如氮元素含量在1%左右，这里简化认为氮和硫元素全部留在煤焦中，并忽 略热解气体中微量的PAHs ;因此，以100g干燥无灰基煤为基准，采用工业分析法测定挥发 分时，热解方程式表不： 干燥无灰基含量用下标"daf"表示。 方程式⑴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种确定煤热解生成物成分含量的方法，其特征是，包括以下步骤：(1)采用元素分析方法得到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mC、mH、mO、mN、mS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Qnet,daf，测得热解后生成的煤焦和挥发分的质量分别为mFC和mV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mA g，mA＝11.51mC+34.30mH+4.31mS‑4.32mO (11)(3)由煤热解方程(1)，根据步骤(1)的数据和氮、硫元素的摩尔数平衡分别得到碳的摩尔量a、氮气的摩尔量b和硫的摩尔量c；其中，x1，x2，x3，x4，x6表示煤热解后待测的挥发分的摩尔量，x5表示挥发分碳氢化合物的混合物的碳和氢的含量比；(4)根据方程(14)，在x1、x2、x3、x4、x5、x6的约束条件下，采用求函数的最小值方法计算得到x1，x2，x3，x4，x5，x6值，从而确定H2O、CO、CO2、碳氢化合物的混合物和H2含量；Minf(x)=(mC-mC′σC)2+(mH-mH′σH)2+(mO-mO′σO)2+(mV-mV′σV)2+(mA-mA′σA)2+(Qnet,daf-Qnet,daf′σQ)2---(14)]]>其中，m′c热解后碳的质量计算代数式，m′H表示热解后氢的质量计算代数式，m′O表示热解后氧的质量计算代数式，m′V表示热解产生挥发分的质量计算代数式，m′A表示热解产物燃烧需要的空气量的计算代数式，Q′net,daf表示热解生成的可燃物质的发热量的计算代数式，σC、σH、σO、σV、σA、σQ分别表示mc、mH、mO、mV、mA、Qnet,daf测量标准差。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘福国，崔福兴，姜波，周新刚，
申请(专利权)人：山东电力研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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