毕业论文（设计）
题目：毕节朱昌草炭的热电性能评价
姓名：陈军
学号：0711*******
教学院：化学与化学工程学院
专业班级：化学专业2009级（1）班
指导教师：邓锋（讲师）
完成时间：2013年05月10日
毕节学院教务处制
毕节学院毕业论文（设计）任务书
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论文(设计)作者：（签字）时间：年月日
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毕节朱昌草炭的热电性能评价
作者姓名：陈军专业班级：化学(1)班
学号：0711*******指导教师：邓锋
摘要：通过在对草炭样用在煤的工业分析，元素分析的方法的基础上进行草炭的热电性能测评。，对毕节朱昌草炭的热电性能进行了系统分析。各项数据充分的揭示了该草炭样的基本物理、化学性质,可根据分析结果初步确定该草炭样的进一步加工利用的可能,从而指导工业生产,达到合理利用草炭资源,提高能源的加工利用效率的目的。
关键词：草炭样分析；热电性；毕节草炭
The peat of thermoelectric performance evaluation in Bijie
Zhuchang
Candidate:CHEN Jun Major:Chemistry (1) class
Student No.: 0711*******Advisor: DENG Feng
Abstract: The thermoelectric properties of peat peat samples used in the coal industry, elemental analysis method based on the evaluation.A systematic analysis, of Bijie Zhuchang peat thermoelectric properties. The data fully reveal the basic physical and chemical properties of the peat samples, preliminary results of the analysis to determine the possibility of further processing and utilization of the peat-like, to guide the industrial production to achieve rational use of peat resources and improve the efficiency of processing and utilization of energy purposes.
Key words: peat sample analysis; thermoelectric; peat in Bijie
目录
引言 (1)
1. 研究背景 (2)
1.1我国草炭的储存和分布 (2)
1.2我国草炭的应用生产现状 (2)
2. 实验内容与原理方法 (2)
2.1仪器和试剂 (3)
2.2草炭样采集和制备 (3)
2.3草炭燃点的测定 (3)
2.4草炭灰熔融性的测定 (4)
2.5草炭的发热量测定 (5)
3. 实验数据记录及处理 (5)
3.1草炭燃点结果处理 (6)
3.2草炭灰熔融性结果处理 (7)
3.3工业分析 (8)
3.4发热量结果处理 (9)
4. 结论 (10)
参考文献 (11)
致谢 (12)
引言
我国是能源资源丰富的国家，煤炭在我国一次能源的生产和消费中占很大的比例，据有关报告指出2011年中国煤炭生产和消费占全球比重接近一半。国民经济的快速发展离不开能源的支撑，在能源危机的今天，新能源的开发利用更加重要。我国能源资源的特点是富煤、贫油、少气，煤炭是我国主要能源资源。我国人均能源资源占有量和消费量远低于世界平均水平，能源利用效率比发达国家低很多。
草炭在我国储存量较大，而一直以来草炭被认为是一种无菌，无毒，无公害的绿色物质。目前，东北一带有很多家关于草炭的企业，草炭可以用来配制各类营养土、花卉土、苗土，制作生物菌肥、复合肥有机肥改良土壤，作盆花栽培、高尔夫球场、足球场用料等等。但草炭能否作为一种燃料能源却很少有人去研究。在能源逐渐缺乏的今天，新能源的开发及高效的合理利用势必很重要，然而草炭本身就属于一种低值煤，它是否能对其他燃料（如煤）有改良作用呢？为此对草炭的热电性能测评有一定的意义[1]。
1. 研究背景
1.1我国草炭储存和分布情况
“草炭”又叫“泥煤”，在全国各地均有分布，是沼泽发育过程中的产物。他是湖沼地带的植物被埋在底下，水分过多，空气不足的条件下，各种草本植物和少数木本植物残体不能充分市区，主要集中在华北、华东。其中山西省炼焦煤储量最大，其次分别分解，经过长时间（千年甚至上万年）积累，形成相当厚一层半分解的有机质。草炭在毕节俗称“马粪渣”，毕节朱昌镇地处乌蒙腹地，草炭在朱昌盆地中三叠统石灰岩的侵蚀凹面上形成。第四系沉积物的中部，草炭呈棕褐色，呈“V”字型矿体，平均厚9.47米，夹1-2层粘土层，其横向常变成粘土层。草炭含腐植酸达Ⅰ级品的占95%，Ⅱ级品占5%，经审查同意提交能利用的储量C2级146万吨，其中Ⅰ级品139万吨，Ⅱ级品7万吨，其余为预测储量[1]。草炭的热值超过每公斤3000卡以上可以作为燃料[2]。
1.2我国草炭生产现状
就目前来看，草炭被认为是一种无菌，无毒，无公害的绿色物质。目前，东北一带有很多家关于草炭的企业，草炭可以用来配制各类营养土、花卉土、苗土，制作生物菌肥、复合肥有机肥改良土壤[3]等，特别是东北一带有很多家关于草炭的企业，可见草炭对人类的作用很大，也引起了人们的关注。尽管草炭的用途很多，但多数都是将它用在作为一种重要的天然有机肥源来改良土壤方面，很少有人将其作为燃料，
2. 实验内容与原理方法
2.1仪器和试剂
2.1.1 实验仪器
表1 所用实验仪器
以及瓷舟、称量瓶（40mm×25mm）、灰皿、瓷坩埚等。
2.1.2 实验试剂
表2 所用实验试剂
2.2 草炭样采集和制备
在毕节市朱昌镇的一堆草炭中，随机个点采集几分，各点收集的草炭作为初级子样，然后将各初级子样直接合并成一个总样，密封贴上标签。用密封锤式破碎机将草炭样破碎，进行空气干燥[3]。将空气干燥后的草炭样用二分器混合均匀，用粉碎机对草炭样粉碎。把粉碎后的草炭样分别通过0.2 mm、1.5 mm的标准筛进行电动缩分，制取0.2 mm、1.5 mm的试验草炭样。
2.3 草炭的燃点测定
2.3.1实验原理
将草炭样与氧化剂混合，置于燃点测定仪的加热体中，以一定的升温速度加热，当温度达到某一数值时，反应热大于散热而使自身温度升高，此时草炭样产生爆燃，温度聚升，仪器自动判断并记录此温度，即作为草炭的着火温度。
2.3.2 试验步骤
1）打开燃点测定程序。
2）称样：称取已干燥的原草炭样或氧化样0.40g放入玛瑙研钵中，加入经干燥的亚硝酸钠0.300g，轻轻研磨1-2min，使草炭样与亚硝酸钠混合均匀。
3）将处理好的待测样装入专用玻璃试管中，将玻璃试管分别放入对应的炉体铜芯加热孔内。
4）将热电偶对应插入到各式样管。
5）点击式样选项，选择着火温度试验按钮，录入草炭样相关信息后，进入自动测试状态。当所测草炭样的燃点都出现后，试验自动结束，保存实验结果。
2.4 草炭灰熔融性的测定
2.4.1 试验原理
将草炭灰制成一定尺寸的三角锥，在一定的气体介质中，以一定的升温速度加热，观察灰锥在受热过程中的形态变化，观测并记录它的四个特征熔融温度：变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）和流动温度（FT）。
2.4.2 实验步骤
1）草炭灰的制取：称取适量的草炭样，将草炭样放进灰皿中，将马弗炉加热到100℃，打开炉门，把放有灰皿的耐热瓷板缓慢地推入马弗炉中，关上炉门，在（815±10）℃的温度下灼烧45min，然后打开炉门，将草炭灰取出、冷却。
2）灰锥的制作：取2g草炭灰放置在瓷板上，用数滴糊精溶液润湿并调成可塑状，然后用小尖刀铲入灰锥模具中挤压成型。用小尖刀将模内灰锥小心地推至瓷板上，在空气中干燥一天备用。
3）将制备好的灰锥用胶水粘至灰锥托板上，在刚玉舟中放入足够的碳物质（粒度小于1mm的无烟煤、石墨或其他碳物质），将粘有灰锥的托板放于刚玉舟中间卡槽中，利用送样杆将刚玉舟送入指定位置，待准备好后，将放样端盖拧紧即可。
4）打开电源开关，仪器进入灰熔点测定界面，按“确定”键，加热指示灯亮，仪器进入测定程序开始升温。
5）在测试过程中，注意观察判断每个样品的四个温度特征点，并记录结果。
2.5 草炭的发热量测定
2.5.1 实验原理
草炭的发热量也称草炭的热值，是指单位质量的草炭完全燃烧后所释放出的热能，用KJ·g-1或MJ·g-1表示[9]。弹筒发热量是单位质量的草炭样在充有过量氧气的氧弹内燃烧放出的热量。
2.5.2 实验步骤[10]
1）打开取暖器，调节室温以在（15～30）℃范围为宜，开启仪器预热。
2）用分析天平称量擦镜纸的质量，再称取粒度小于0.2 mm的空气干燥草炭样0.7001g，称准到0.0002 g。用已知质量的擦镜纸包紧，用棉线栓好，然后放入燃烧皿中，将棉线卡在点火丝中央。
3）往氧弹中加入10 mL蒸馏水。小心拧紧氧弹盖，注意避免燃烧皿和点火丝的位置因受震动而改变，往氧弹中缓缓充入氧气，直至压力到(2.6～3.0) MPa，达到压力后的持续充氧时间不得少于15 s。
4）称取（内筒+水）=2500 g蒸馏水，准确到0.5 g，然后把内桶放入主机中，
氧弹放入装好水的内筒中。按外桶温度键并存入；然后取出探头、关好主机盖子，把探头置于内桶测孔中，开动搅拌器，5 min后开始计时，读取内筒温度后立即通电点火。随后记下外筒温度，看内筒温度如在30 s内温度急剧上升，则表明点火成功。
5）实验结束，停止搅拌，取出内筒和氧弹，开启放气阀，放出燃烧废气，打开氧弹，仔细观察弹筒和燃烧皿内部，如果有试样燃烧不完全的迹象或有炭黑存在，试验应作废。用蒸馏水充分冲洗氧弹内各部分，燃烧皿内外和燃烧残渣。3. 实验数据记录及处理
3.1 草炭燃点测定结果处理
图1（图中红线代表炉温，蓝线代表温差）
Figure 1 (The figure red line on behalf of the furnace temperature,the blue line represents the temperature difference)
表3 燃点测定报告
由上述试验数据结果得出草炭的燃点约为266℃
煤的燃点即是煤的着火点，高炉喷吹煤指标中的燃烧性，一般是煤的着火点越低，燃烧性越好，反应性强烈。
表4 生活中常见的几种煤的着火温度
Table. 4 Life several common ignition temperatures of coal
可见草炭的着火温度比生活中主要能源煤的低。
3.2 草炭灰熔融性测定结果处理
（灰锥的变形过程）
表5 灰熔融性特征温度记录
Table.5 Characteristics of ash fusion temperature recording
煤的灰熔融性即是煤的灰熔点，由于煤灰不是一个纯净物，所以它没有严格意义上的固定燃点。煤灰的熔融性是指煤灰受热时由固态向液态逐渐转化的特性，是动力用煤高温特性的重要指标之一。煤灰的熔融性对煤粉固态排渣炉膛结渣有密切关系，灰熔融性温度越低，在炉膛高温下熔融粘在炉膛受热面上，冷却后形成结渣。在我国13个大型煤炭生产基地中，大多数的煤灰的熔点大于1250℃，甚至像晋中的山西矿区、晋北煤炭基地的平朔矿区、晋东基地的阳泉矿区出产的无烟煤、鲁西基地的允州矿区等出产的煤灰熔点大多在1500℃左右。熔融过程中DT —ST 之间的温度为软化区间温度，根据其范围把灰分为长渣和短渣，一般认为软化温度大于200℃为长渣，小于100℃为短渣，短渣煤的燃烧易结渣。
而从草炭的灰熔融性的特征温度中可知，草炭的灰熔点比煤的要低，且DT —ST 之间的温度差在100℃左右，小于200℃，由此可知草炭属于短渣，在其燃烧中易结渣。
3.3 工业分析 3.3.1 水分结果处理
一般分析试验煤样的水分按下式计算：
()
%1001
21?-=
m m m Mad (1)
式中：
Mad —空气干燥煤样水分的质量分数，%； 1m —称取的空气干燥煤样的质量，g ； 2m —空气干燥煤样干燥后失去的质量，g 。
Mad =19.64%
3.3.2 灰分结果处理
按下式计算煤样的空气干燥基灰分：
%1001
?=
m
m Aad (2) 式中：
Aad —空气干燥基灰分的质量分数，%； 1m —灼烧后残留物的质量，g 。
m —空气干燥验煤样的质量，g ；
Aad =22.66%
3.3.3 挥发分结果处理
按下式计算煤样的空气干燥基挥发分：
Mad m
m Vad -?=
1001
(3) 式中：
Vad —空气干燥基挥发分的质量分数，%； 1m —煤样加热后减少的质量，g ；
m —空气干燥煤样的质量，g ；
Mad —空气干燥煤样水分的质量分数，%。
Vad =56.08%
由Vad 、Aad 、Mad 求出氢含量Had=6.4% 3.4 发热量结果处理：
1）对N 、S 特殊热效应的校正——恒容高位发热量
从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热称恒容高位发热量（即高位发热量），用符号ad v gr Q ,,表示，其计算式为：
)1.94(,,,,,ad b ad b ad b ad v gr Q a S Q Q ?+-= (4)
式中：
ad v gr Q ,,—空气干燥基的恒容高位发热量，J·g -1；
ad b Q ,—空气干燥基的弹筒发热量，J·g -1；
94.1—煤中每1%硫的校正值，J ；
ad b S ,—由弹筒洗液测得的硫含量，%。满足ad b Q ,>14.6kJ·g -1,或S t,ad <4%条件之
一时，可用全硫代替；
a —硝酸生成热的校正系数。a 与Q b,ad 有关，取值如下：
ad b Q ,≤16.7kJ ·g -1时，a =0.0010；
16.7kJ·g -1 ad b Q ,>25.10kJ·g -1时,a =0.0016。 2）对水不同状态热效应的校正——恒容低位发热量 从恒容高位发热量中扣除水的汽化热称恒容低位发热量（即低位发热量），用符号ad v net Q ,,表示，其计算式为： ad ad ad v gr ad v net M H Q Q 23206,,,,--= (5) 式中： ad v net Q ,,—空气干燥基的恒容低位发热量，J·g -1； 206—0.01 g 氢生成的水的汽化热，J ； 23—0.01 g 吸附水的汽化热，J ； Mad —煤样的空气干燥基水分，%。 表6 煤样的发热量测定记录及处理(Qad) 根据GB/T213-2008要求重复性限gr Q ﹤120 J·g -1，测量结果符合国标精度要求。根据热量的分级（GB/T15224.3-2004），gr Q ﹤22.40 kJ·g -1为低热值煤，22.41 kJ·g -1～22.50 kJ·g -1为中热值煤，gr Q >25.51 kJ·g -1为高热值煤，该草炭样属于低热值煤样。 4. 结论 本实验研究了毕节市朱昌镇草炭的热电性能，对草炭的着火点、灰熔融性以及在工业分析的基础上进行发热量的测定。通过实验测得各种数据指标如下表： 表7 试验结果报告 结果表明：毕节朱昌草炭属于短渣低值煤，具有水分高、灰分低、挥发分高、等特点泥煤；相对燃煤来说燃点低，但它的发热量较低，灰熔融性的特征温度低,同时DT—ST温度差小于200℃，属于短渣煤质，在燃烧过程中易结渣。 参考文献 [1]贵州毕节市朱昌草炭普查报告[OL] .1976, 08,01. https://www.doczj.com/doc/6e13338523.html,/AdvanceSearch/Search_Detail.aspx?tableName=CGML&pkiib=52 880 [2]吴国光.化工专业实验[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2005, 1-92. [3]杨金和,陈文敏,段云龙.煤炭化验手册[M].北京:煤炭工业出版社,1997. [4]曹长武编著.电力用煤采制化技术及其应用.第2版.北京:中国电力出版社, 2002. [5]李英华.煤质分析应用指南[M].北京:中国标准出版社, 2009. [6]刘龙材.贵州地质矿产资源(贵州矿产资源分布)[M].贵州:贵州教育版社, 1999,393-396. [7]陈翔.用马铃薯淀粉渣制备草酸的工艺研究[J].甘肃石油和化工, 2007(4):22-24. [8]贵州省地质矿产局.贵州省区域矿产志[M].北京:地质出版社,1986.59-65. [9]赵红艳,王升忠.近10年来我国泥炭地学的研究进展[J].地球科学进展,2002(12):848-854. [10]GB/T 213-2008, 煤的发热量测定方法[S]. 北京:中国标准出版社, 2008. 致谢 在论文完成之际，忠心的感谢我的指导老师邓锋老师热情关怀和细心指导。在我撰写论文的整个过程中，无论是在论文的选题、资料的收集，还是在实验仪器的使用上，邓锋老师倾注了大量的心血和汗水。我都得到了邓锋老师在寒冷的冬天无私的帮助，和周末精心的指导，他严谨认真的态度、渊博的学识、平易近人的高尚品德，使我感受很深，令我终生难忘。在这次的毕业论文过程中，让我发挥了在学校学得到的文化知识和实验操作技能的应用，进一步熟练掌握，也培养了我的自学能力，这也是我人生中最后一次做学校作业了，我要感谢我的指导老师，以及任课老师，感谢他们的教诲，让我知道在社会上懂得怎样去做好自己，端正自己的品德。 同时也感谢我的父母，在他们的支持和鼓励下我才以顺利完成大学，还有在做实验和论文撰写过程中给予我帮助和关心的各位同学。
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