木柴
15
20
泥煤
30
40.5
褐煤
55
烟煤
57～88
66 59.6～83.5
无烟煤
96.5
95
江苏大学
煤的化学组成
可燃质 惰性质
碳(C) ： 煤的主要可燃元素，燃烧时放出大量的热。
氢(H)： 煤的主要可燃元素（可燃氢 、化合氢 ）。
氧(O)： 煤中一种有害物质。和碳、氢构成氧化物 。
氮(N)： 一般不参加燃烧反应，是燃料中的惰性元素。
江苏大学
烟煤 表面呈灰黑色，有光泽，质松软 一种炭化程度较高的煤； 与褐煤相比，它的挥发分较 少，密度较大，吸水性较小， 含碳量增加，氢和氧的含量 减少； 烟煤的最大特点是具有粘结 性，这是其他固体燃料所没 有的，因此它是炼焦的主要 原料，是冶金工业和动力工 业不可缺少的燃料，也是近 代化学工业的重要原料。
定义：1kg煤完全燃烧后所放出的燃烧热称为发热量， 单位千卡/千克。
用途：评价燃料质量好坏的重要指标，计算燃烧温度 和燃料消耗量时不可缺少的依据。
表示方法：
高发热量Q高：燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其 中的水蒸气凝结成0℃的水时所放出的热量。
低发热量Q低：指的是燃料完全燃烧后燃烧产物中的 水蒸气冷却到20℃时放出的热量。
些焦油和气体称为挥发分。 挥发分由可燃气体混合物、二氧化碳和水组成。其中
可燃气体包括一氧化碳、氢、气态烃类和少量酚醛。 煤加热时释放出的挥发分的重量和成分取决于加热升
温速度、加热最终温度和在此温度下的持续时间。根 据升温速度不同，将热解过程分为慢速热解和快速热 解：
慢速热解：加热煤粒的升温速度小于2℃/s; 快速热解：加热煤粒的升温速度大于104℃/s； 居于慢速热解和快速热解之间的热解过程为中速热解。
2020
燃烧学－6.固体燃料—煤的燃烧
•
•
江苏大学
江苏大学
江苏大学
江苏大学
褐煤 褐煤是泥煤经过进一步变化后 生成的，由于能将热碱水染成 褐色而得名； 与泥煤相比，密度较大，含碳 量较高，氢和氧的含量较小， 挥发分较低； 褐煤的使用性能是粘结性弱， 极易氧化和自燃，吸水性较强。 新开采出来的褐煤机械强度较 大，但在空气中极易风化和破碎； 地方性燃料。
江苏大学
无烟煤 呈灰黑色，有金属光泽，燃烧时 没有煤烟，仅有很短的青蓝色火 焰，焦碳也没有粘结性。 矿物化程度最高的煤，也是年龄 最老的煤。 特点是密度大，含碳量高，挥发 分极少，组织致密而坚硬，吸水 性小，适于长途运输和长期储存。 主要缺点是受热时容易爆裂成碎 片，可燃性较差，不易着火。 由于其发热量大，灰分少，含硫量低，而且分布较 广，因此受到重视。可以用于气化，或在小高炉和 化铁炉中代替焦碳使用。
煤的可燃性：燃料中的碳与氧发生氧化反应的 速度，即燃烧速度。
煤的炭化程度越高，则反应性和可燃性就越差。
江苏大学
6.2 碳的燃烧化学反应
煤的燃烧过程大致可分为5步：
干燥。100℃左右，析出水分； 热解。约300℃以后，燃料热分解析出挥发分，为气态
的碳氢化合物，同时生成焦和半焦； 着火。约500℃，挥发分首先着火，然后焦开始
从析出到基本燃尽所用时间约占煤全部燃烧时间的10%； 挥发分的燃烧过程为气-气同相化学反应，焦炭的燃烧 为气-固异相化学反应； 燃尽。焦炭继续燃烧，直到燃尽。这一过程燃烧速度 慢，燃尽时间长。
江苏大学
煤的热分解
煤被加热到一定温度后，进入热分解阶段。 热分解阶段释放出焦油和气体，并形成剩余焦炭，这
温度较高时，气体分子具有较高的相对速度，能侵入石墨晶格 表面层基面间的空间内，把基面的空间距离撑大，和碳原子形 成新的键。碳和氧会形成固溶络合物，该络合物可能会由于其 他具有一定能量的氧分子碰撞而结合成CO和CO2。
温度很高时，单纯物理吸附不存在，晶体周界对氧分子的化学 吸附能力增加，吸附后形成的碳氧络合物会受热分解成为CO和 CO2气体，或被其他分子碰撞而离解，离开晶体而形成自由分 子。
江苏大学
江苏大学
碳的晶格结构
金刚石晶格结构——对燃烧技术没有意义 石墨晶格结构：
由六角形组成的基面叠结
而成。晶体内部每个碳原子三
个价电子在基面内形成稳定化 学键，第四个价电子则分布在 基面之间的空间内，键的结合 力较弱。
江苏大学
常温下，碳晶格表面和周界上能吸附气体分子，称为物理吸附。 物理吸附不能发生化学变化。
江苏大学
泥煤
碳化 密度 吸水 挥发 机械 运输 氢氧 可燃 发热
程度
性 分 性能 储存 含量 性 量
低小 强高差 难 高 好 低
粘结 性
褐煤
弱
烟煤
最好
无烟煤 高 大 弱 低 好 易 低 差 高
不同种类煤的特点
江苏大学
常见固体燃料可燃质情况
燃料种类 可燃质中焦炭的质量份额% 焦炭热值占总热值的份额%
硫(S) ：
有机硫 (S机) 黄铁矿硫 (S矿)
硫酸盐硫 (S盐)
可燃硫或挥发硫
灰分 (A) ：煤中所含的矿物杂质(主要是碳酸盐、粘
土矿物质、以及微量稀土元素等) 。
水分(W) ： 外部水分( 也叫做湿分或机械附着水)
内部水分
江苏大学
二、煤的使用性能
煤的工业分析值
煤的工业分析内容：测定水分、灰分、挥发分 和固定碳的百分含量。
煤的工业分析方法（国家标准）：将一定重量 的煤加热到110℃，使其水分蒸发，以测出水分 的含量，再在隔绝空气的条件下加热到850℃， 并测出挥发分的含量，然后通以空气使固定碳 全部燃烧，以测出灰分和固定碳的含量。
煤的工业分析值的应用：确定煤的用途和制定 工艺制度时不可缺少的原始依据。
江苏大学
煤的发热量(与炭化程度有关，含碳量87％时发热 量到最大值)
江苏大学
比热、导热系数
煤的比热随炭化程度的提高而变小。与水分和 灰分含量成线性关系。 泥煤：0.33；褐煤：0.29；烟煤：0.24
煤的导热系数随炭化程度和温度的升高而增大。 煤：0.2~0.3千卡/米·小时·℃
江苏大学
反应性和可燃性
煤的反应性：煤的反应能力，即燃料中的碳与 二氧化碳及水蒸气进行还原反应的速度。反应 性的好坏是用反应产物中CO的生成量和氧化 层的最高温度来表示。CO的生成量越多，氧 化层的温度越低，则反应性就越好。