劉安明

摘 要：燃煤是保證電廠安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在介紹燃煤工業(yè)分析組成的基礎(chǔ)上，探討了燃煤工業(yè)分析組成與發(fā)電的關(guān)系。然后，給出了電廠常用的燃煤類(lèi)型，并對(duì)火電廠主要燃煤特性及方法進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；燃煤成分；燃煤特性

火力發(fā)電是當(dāng)前我國(guó)電力供電的主要形式。對(duì)于火力發(fā)電廠而言，為保證機(jī)組的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，除了鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)等相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量外，燃煤的作用和特性也極為關(guān)鍵。煤是多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的混合物，不同煤種的組成成分和結(jié)構(gòu)差異都很大。燃煤化程度越高的煤，其物理特性上存在各向異性，化學(xué)上更加呈現(xiàn)惰性。因此，研究火力發(fā)電廠燃煤特性，有利于提升鍋爐的運(yùn)行性能，保證火電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 燃煤工業(yè)分析組成及其與發(fā)電的關(guān)系

燃煤具有粉碎性、風(fēng)化性、熱分解性、燃燒性、膨脹性、粘結(jié)性、自燃性等復(fù)雜的物理化學(xué)性質(zhì)[1]，燃煤的結(jié)構(gòu)究竟是怎么樣的還是一個(gè)頗具爭(zhēng)議的話題。對(duì)于火力發(fā)電廠而言，只能從煤的燃燒角度進(jìn)行相應(yīng)分析以探討其結(jié)構(gòu)表征。從工業(yè)上對(duì)煤的組分劃分來(lái)看，主要有工業(yè)分析組成和元素分析組成兩類(lèi)。因此，作為工業(yè)用發(fā)電燃煤，探討其燃燒特性需要首先了解燃煤的工業(yè)組成。

需要指出的是，燃煤的工業(yè)分析組成并不是煤的原始化學(xué)成分，而是在一定條件下，對(duì)煤樣加熱，燃煤原始化學(xué)成分發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)后，利用工業(yè)分析方法獲取的燃煤組成。總的來(lái)說(shuō)，燃煤的工業(yè)分析成分主要包括水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳[2]。

煤的水分可分為表面水分、固有水分及結(jié)晶水分，前二者又被稱(chēng)為總水分，影響煤燃燒特性的就是總水分?？偹衷礁叩娜济海淙紵龝r(shí)熱量損失越大，溫度越難提高。對(duì)不同形狀的燃煤而言，不同水分所占比例也是不同的，比如，塊煤、粉煤、微粉煤的表面水分所占比例分為約為3%、7%和10%；同樣的，不同煤質(zhì)也含有不同的固有水分，如褐煤、煙煤和無(wú)煙煤固有水分比例分別為10%、5%和1%。并且，每增加1%的水分，煤的發(fā)熱量將減少約250-290J/g，越高的水分將降低爐膛燃燒溫度，提高燃煤著火點(diǎn)?；曳质敲簶釉?15±10℃下充分燃燒后，剩余的殘留物所占的質(zhì)量百分含量，一般而言，灰分范圍介于10-30%之間，灰分越高，燃煤熱值越小，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍降?，也越容易產(chǎn)生結(jié)渣、積灰等現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致鍋爐停爐，增大設(shè)備磨損?；曳置吭黾?%，鍋爐效率將減少0.03%。揮發(fā)分是指煤在900±10℃下隔絕空氣加熱，所分解出的可燃性氣體，比例高者可達(dá)40%，碳化程度越高揮發(fā)分越少，揮發(fā)分是燃煤熱值的主要來(lái)源，直接影響著鍋爐燃燒所需空間、空氣過(guò)剩系數(shù)、熱風(fēng)溫度、煤粉細(xì)度、送份方式和風(fēng)粉比，比如，無(wú)煙煤揮發(fā)分開(kāi)始逸出溫度約為400℃，其發(fā)熱量高達(dá)69MJ/kg，對(duì)于已投運(yùn)的鍋爐，揮發(fā)分只能在允許的范圍內(nèi)。固定碳是煤經(jīng)熱分解扣除揮發(fā)后剩余的可燃性固體，它也是燃煤熱值的主要提供者，碳化程度越高固定碳越高。

2 電廠主要燃煤類(lèi)型及其特性分析

燃煤的分類(lèi)方法有很多種，較為常用的是煤化序列分類(lèi)法（Classification of coals by Rank），即通過(guò)各種燃煤的變質(zhì)或煤化的程序，分為褐煤到無(wú)煙煤等一系列煤種。顯然，隨著煤化等級(jí)的提升，水分及揮發(fā)性物質(zhì)將減少，固定碳將增加。

就常規(guī)火力發(fā)電廠而言，其燃料來(lái)源大致可分為固體燃料、液體燃料與氣體燃料三類(lèi)，對(duì)應(yīng)我國(guó)火力發(fā)電所采用的燃料將分別是煤、石油和天然氣，燃煤、燃油機(jī)組使用的是汽輪發(fā)電機(jī)，燃?xì)馐褂玫氖峭鶑?fù)循環(huán)機(jī)組?？v觀當(dāng)前我國(guó)電廠燃煤煤種，按照燃煤序列從低到高，主要有泥煤、褐煤、煙煤、亞煙煤和無(wú)煙煤等五類(lèi)，其中，泥煤是由不同的成分，如腐爛的植物及無(wú)機(jī)礦物質(zhì)組成，含水量高達(dá)90%，實(shí)用性差，但儲(chǔ)量豐富，我國(guó)已不使用；褐煤是使用最低等級(jí)的燃煤，具有高揮發(fā)性和高含水量（30%左右），呈現(xiàn)棕色和薄板結(jié)構(gòu)，熱值介于14650-19300千卡/kg，具有三個(gè)等級(jí)；煙煤含碳量高達(dá)69%-86%，揮發(fā)分占20%-40%，熱值介于25600-32600千卡/kg之間，可分為低、中、高三類(lèi)；亞煙煤含有15%-30%的高固有水分，硫含量低，呈現(xiàn)棕黑色或黑色，結(jié)構(gòu)均勻，常用語(yǔ)磨煤鍋爐，熱值介于19300-26750千卡/kg之間，也可分為三級(jí)；無(wú)煙煤是含碳量最高的煤，最高碳含量高達(dá)98%，揮發(fā)分也較低，色澤光亮、密度大、黑色，煤質(zhì)硬且脆，含熱量較煙煤略低，可分為半無(wú)煙煤、無(wú)煙煤和變性無(wú)煙煤三類(lèi)。

由上所述，描述電廠用煤的特性指標(biāo)有很多，如發(fā)熱量、灰熔融性、可磨性、磨損指數(shù)、煤粉細(xì)度、著火點(diǎn)、密度等，但從煤的燃燒角度看，這些特性可歸結(jié)為兩個(gè)方面的內(nèi)容，即著火特性和燃盡特性，二者分別描述了燃燒初期火焰穩(wěn)定度和燃燒中的速度及效率。從研究方法來(lái)看，Vr法一直是國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期沿用的評(píng)價(jià)燃煤著火點(diǎn)、燃盡特性的主流方法，并且，國(guó)內(nèi)很多鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的獲取都是基于Vr法而來(lái)的，如式（1）所示。

RJ=KVr （1）

式中，RJ表示燃盡系數(shù)，K為與焦渣指數(shù)JZ有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)JZ≤4時(shí)，K=1；JZ=5時(shí)，K=0.9；JZ≥6時(shí)，K=0.8。

然而，Vr法不能反映水分、灰分等對(duì)著火的不利影響，因此，實(shí)踐證明，依賴(lài)煤的常規(guī)分析以確定燃燒特性是不準(zhǔn)確的，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)極大的偏差[3]。因而，有學(xué)者采用Vy法來(lái)替代Vr法以更好地描述煤的著火特征，比如，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家還專(zhuān)門(mén)引入常用燃料比以判斷煤的著火特性。

另外，一些新近發(fā)展起來(lái)的特種方法，如熱分析法、煤焦比表面積法、熱顯微鏡法、著火指數(shù)法、沉降爐法等也逐漸被重視起來(lái)，它們能夠在某一方面（如煤的有機(jī)/無(wú)機(jī)顯微組分）或多個(gè)方面（微觀視角）更好地揭示燃煤特性。

參考文獻(xiàn)

[1]白浚仁，劉鳳歧.煤質(zhì)分析[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1982.

[2]劉愛(ài)忠.電廠化學(xué)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[3]喻丹峰.探討煤質(zhì)分析中應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)算的誤差[J].江西能源，1999（4）：14-17.