1、煤碳概論,報告人：林紀涵,壹、前言貳、煤碳的組成及種類參、煤的灰份組成及相關性質肆、煤碳品質對於鍋爐燃燒過 程影響伍、結論,壹、前言,1.工業發展是從十七世紀後期科學發展的，那時已經有使用煤礦了，所以至少那時應有開採煤礦了而煤礦的產生則是因地質變化將各種樹木堆積埋藏地層深處長年累月的沉積腐化，再經過長期不同環境變化，受地壓、地熱影響碳化而成，煤的使用依其化學成分及水分而定，煤的主要用途是作為能源。煤也能煉製出許多化學品，若將煤乾餾，可產生煤氣、焦炭及重要的工業原料。,壹、前言(續),煤的使用依其化學成分及水分而定，大致上可分為下列幾種：1.作燃料用途：因為碳在燃燒時會放出大量之熱 2.作為發電
2、燃料：煤的燃燒主要作為發電的能源。利用加熱產生的高壓蒸汽推動渦輪機，轉動發電機而產生電力。 3.作為工業原料：煤的乾餾可得含碳量很高之煤焦(coke)，俗稱為焦炭。乾餾時因為缺氧的關係，所以焦炭不會燒掉，某些成分因為受熱而轉變成為氣體，剩下的純碳固體就是焦炭。,貳、煤碳的組成及種類,原煤組成,煤是由可燃物質、無水的不可燃礦物質(灰質)和水分構成的，其原生情況和在熱變化過程中的演變示意圖。,揮發份中可然部份,灰質揮發部份,灰份在高溫過程中揮發部份,1.煤的可燃物質的化學元素組成為碳、氫，氧，氮和硫。碳 碳是煤中主要的可燃元素，純碳不易著火和燃燼，煤化程度深化時，煤的含碳量增加。氫 煤中氫元素是以
3、碳氫化合物型態存在的，受熱時裂解析出及著火燃燒。煤化程度深化時，氫含量有下降的趨勢。氧 煤中氧的含量及其存在直接影響著煤的性質。氧含量的變化範圍很大，煤化程度加深時含量下降。氮 煤中氮化合物主要是由植物蛋白質轉化生成的，通常稱為”燃料氮”其含量較低，煤深化程度深時稍有下降。硫 硫是煤中有害物質。煤中硫份可分為有機硫及無機硫兩類，而後者又由硫鐵礦硫和硫酸鹽硫組成。煤中各硫份的總合稱為全硫份，其中有機硫，硫鐵礦硫和元素硫均参與燃燒。故合稱為可燃硫份，硫份含量與煤化程度無關。,煤的可燃物質組成,礦物質、灰份和水分,礦物質和水分: 煤的礦物質是由原生，次生及煤開採過程混入各種無機礦物質組成，在燃燒過程
4、 中經過極為複雜的物理和化學過程後成為灰渣。用灼燒法通常在815進行下灰化，直待殘留物恆重時，即可測得煤的灰份。灰化過程中揮職因一些組分熱解和揮發而失重其比重大致在1.071.15之間。煤灰份地化學組成是鋁鈣鎂鐵和少量地硫鈉磷等元素的氧化物。水分: 般可分為外在或表面水分，內在水分，外在和內在水分以及微量的與礦物組合結合的結晶水和化合水。外在和內在水分的總和稱為全水份。外在水分是指煤炭開採、洗選和儲運過程中，吸附在煤顆粒表面和大的孔隙中的水份。當沒至於空氣中風乾實，外在水分即陸續蒸發直至在對應於一定的相對濕度的空氣中達到穩定為止此時的失水就定義為外在水分。內在水分是指吸附和保蓄在煤顆粒內部毛細
5、孔隙中的水，由於毛細吸附力作用，它只有在溫度達到100以上時，才能使其水份完全蒸發出來。,揮發份、固定碳和發熱量,揮發份、固定碳 煤在受熱時分解析出揮發性物質、在一定的加熱條件下可測得揮發份，其大部分是碳氫化合物也含有少量的氮、二氧化碳和水蒸氣。煤的揮發份隨煤化程度加深而下降。發熱量 煤的發熱量是單位值量的煤完全燃燒時所產生的熱量，也稱為熱值。通常用氧弾 熱量計測定。氧弾熱量計直接測定出弾筒發熱量，叢中扣除硫和氮燃燒中生成硫 酸和硝酸的溶解熱後就是煤的高發熱量，進而扣除煤中水分和氫燃燒生成的水蒸氣潛熱後，即為煤炭低發熱量。,元素分析和工業分析,般煤以化學組成時常用元素分析和工業分析兩組數據。
6、(1)收到基 以收到狀態為計算基準，用下角標 ar (2)空氣乾燥基 以環境條件下風乾狀態為計算基準，即予收到基比較失去外在水分，用下角 標 ad (3)乾燥基 失去全水分後煤的成分。煤水分是隨機變化的，為了穩定表示 灰份和其他組分質量百分比，常用乾燥基表示之用下標d 。 下表中C、H、O、N、S和A、 M、FC、V分別為煤的碳、氫、氧、氮、可燃硫和灰份、水份、固定碳、揮發份含量的質量百分比。,元素分析和工業分析,名稱 元素分析 工業分析 收到基 C ar+H ar+ O ar + N ar + S ar + A ar + M ar =100% FC ar +V ar +A ar +M ar
7、=100% 空氣乾燥基 C ad+H ad + O ad + N ad + S ad + A ad + M ad =100% FC ad +V ad +A ad +M ad =100% 乾燥基 Cd+H d + Od + N d + Sd + Ad + M d =100% FCd +V d +Ad =100% 不同基準的換算係數,参：煤的灰份組成及相關性質,1.煤灰質 煤灰質的元素組成主要是O、Al、Si、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti和一些微量元 素、由於各灰質物項分子均可表為氧化物形式，所以通常用各元素的氧化物來表示灰份的化學組成、通稱灰成分。 煤灰成分： SiO2 、Al2O3 、 F
8、e2O3、CaO、MgO、SO3、P2O5、TiO煤灰份的燒結、熔融和流變特性煤灰份是由多種礦物質成分構成的混和物，它在爐內燃燒過程中發生一系列複雜的物理化學變化過程。燒結特性 煤灰份或爐內飛灰在接近於灰份變形溫度條件下、灰顆粒表面已有局部液相物產生，再發生顆粒碰撞時，使顆粒間液相物融合在一起而導致顆粒聚結的現象。煤灰熔融特性 煤灰的熔融特性是在初熔物相出現到塑性流體形成的變化歷程中、當灰的外觀型態變化而確定組特性溫度，通稱灰熔點或灰熔特性。煤灰可以簡化視作SiO2Al2O3CaO(含MgO) Fe2O3等四組。煤灰的流變特性 煤灰熔體的流變特性通常以其黏度與溫度特性表示。,肆、煤碳品質對於鍋
9、爐燃燒過程影響,距離燃燒器之距離,一、煤碳燃燒程序圖,二、微粒煤燃燒的火焰模態,三、煤碳品質影響鍋爐燃燒之主要項目,(一)水分(表面水分，固有水分)(二)揮發份或燃料比(三)灰份(四)熱值(五)粉煤溫度、細度及濃度(六)硫份,(一)水分(表面水分，固有水分),1.煤表面水份高 煤凝結成塊狀，煤倉或飼煤設備煤流中斷2.煤中水分進入爐膛。 吸熱蒸發、爐膛火焰溫度降低、著火困難、著火速度減慢。3.對鍋爐影響 煙道氣體比熱增加及體積增加、引封機負荷增加、鍋爐出力降低。備註：估計煤中水分每增加1鍋爐效率降低約0.1。,(二)揮發份或燃料比,1.煤受熱後揮發物溢出包括甲烷、碳氫化合物、氫、一氧化碳等。2.
10、揮發份高 著火溫度低、著火距離短、粉煤容易燃燒且燃燒穩定、鍋爐對負載反應能力較佳。3.揮發份低 著火溫度低、著火距離短及須較大爐膛以供燃燒。,(三)灰份,煤完全燃燒後所遺留下來之非可燃性礦物1.吸收熱量，影響鍋爐效率。2.因灰的磨耗增加運轉及維護成本。3.妨礙可燃成分與空氣接觸，減緩燃燒速度4.燃燒溫度超過灰溶化溫度，爐膛解渣鍋爐效率降低。5.灰份含量太高時鍋爐最大出力受影響6.煙道積灰阻礙鍋爐通風吹灰次數增加浪費能源備註：煤中灰份每增加1鍋爐效率會下降約0.34,(四)熱值,1.熱值主要依煤中碳(C)、氫(H)含量而定，硫氯及氧含量低且燃燒產生之熱量低故可忽略2.熱值大小是燃料比(Fuel
11、Ratio)來判斷。 燃料比(固定碳/揮發份)3.相同負載下熱值愈低所需之煤量愈多,(五)粉煤溫度、細度及濃度,1.細度愈細或溫度愈高及濃度愈濃 著火性愈佳、燃燒愈完全、粉煤機用電增加 及Thermal NOX增加2.細度愈粗或溫度愈低及濃度愈薄 著火性差燃燒距離長。未燃碳增加、排煙溫度上升3.適當運轉範圍 粉煤細度：通過200mesh篩網70以上 粉煤溫度：6080間 粉煤濃度：(次風量/粉煤流量比) 1.72.0之間,(六)硫份,1.SO2 SO2 SO2 O2 SO3 SO3 H2O H2SO42.低溫元件(空氣預熱器、煙道)腐蝕元兇3.SOX排放於大氣對影響環境4.排放限制：目前325ppm、本厰經FGD後排放值為50ppm,四、煤於鍋爐燃燒過程及處理,煙道氣處理,流蝕腐蝕,污染物產生,節渣積灰,研磨煤粉,粉塵處理,
