不同用途的動(dòng)力煤對(duì)煤質(zhì)的要求

1、火力發(fā)電

火力發(fā)電廠是以煤、石油、天然氣等作燃料，燃料燃燒時(shí)的化學(xué)能被轉(zhuǎn)換為熱能，再借助汽輪機(jī)等熱力機(jī)械將熱能變換為機(jī)械能，并由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變?yōu)殡娔堋Ｆ駷橹梗谑澜缟系慕^大多數(shù)國家中，火力發(fā)電廠在系統(tǒng)中所占的比重都是較大的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界發(fā)電廠的總裝機(jī)容量中，火力發(fā)電廠占70%以上。

火力發(fā)電廠按其作用來分有單純發(fā)電的和既發(fā)電同時(shí)又兼供熱的兩種類型。前者即指一般的火力發(fā)電廠，后者稱為供熱式火力發(fā)電廠(或稱熱電廠)。一般火力發(fā)電廠應(yīng)盡量建在燃料基地或礦區(qū)附近，將發(fā)出的電用高壓線路送往負(fù)荷中心，這樣既避免了燃料的長途運(yùn)輸，提高了能量輸送的效益(燃料中的灰分、雜質(zhì)可就地處理而不必為此耗費(fèi)運(yùn)輸力量)，還防止了對(duì)大城市周圍地區(qū)的環(huán)境污染。通常把這種火力發(fā)電廠稱為“坑口電廠”，這是今后建設(shè)大型火力發(fā)電廠(特別是燒低質(zhì)煤的火力發(fā)電廠)的主要方向。

目前我國電廠鍋爐所用燃料主要是煤。一般先把煤磨制成煤粉，然后送入爐膛燃燒。煤炭的物理狀態(tài)對(duì)燃燒有一定影響，首先是煤的干濕對(duì)燃燒有一定影響。這里的干與濕，是指煤的表面水分。一般來說，水分對(duì)燃燒是有害的，燃煤的水分增加，會(huì)使燃燒溫度下降，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)，影響運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。但是從燃燒動(dòng)力學(xué)角度來講，煤中含有少量適當(dāng)?shù)乃郑瑢?duì)燃燒有利。

煤炭的種類和性質(zhì)對(duì)鍋爐燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)、選型、受熱面的布置以及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性都有很大影響。發(fā)電廠應(yīng)該盡可能供應(yīng)原設(shè)計(jì)選用的煤炭品種，有一些變化，尚可適應(yīng)，變化太大，就會(huì)影響運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。因此，就要求在設(shè)計(jì)選用煤種時(shí)，一定落實(shí)可靠。要充分考慮到煤炭地區(qū)平衡和煤炭運(yùn)輸流向等的變化因素，否則，在電廠投產(chǎn)后，就難以按所選用的設(shè)計(jì)煤種供應(yīng)煤炭，只能盡量按與設(shè)計(jì)相似的煤種和幾種煤按比例供應(yīng)混合使用。

對(duì)電廠鍋爐熱力工作影響大的指標(biāo)主要有：干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf、收到基灰分Aar、收到基水分Mar、干燥基全硫分St，d、收到基低位發(fā)熱量Qnet，v，ar，以及灰熔融性：DT(T1)、ST(T2)、FT(T3)等。

煤粉爐對(duì)煤的揮發(fā)分適應(yīng)范圍較廣，可以設(shè)計(jì)成燃燒高揮發(fā)分的褐煤，也可以設(shè)計(jì)成燃燒低揮發(fā)分的貧煤、瘦煤，甚至無煙煤。但是煤的揮發(fā)分對(duì)煤粉爐燃燒器的型式、布置，爐膛形狀、大小和燃燒帶的敷設(shè)有較大的關(guān)系；對(duì)煤粉爐的點(diǎn)火、助燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及空氣預(yù)熱器的大小，制粉系統(tǒng)的型式和防爆措施的設(shè)計(jì)等，都有直接的影響。因此，對(duì)已經(jīng)制造定型并安裝投產(chǎn)的某一臺(tái)煤粉爐來說，不可能對(duì)各種揮發(fā)分的煤都能燒。因此，在供應(yīng)煤炭時(shí)要盡可能考慮鍋爐原設(shè)計(jì)煤種的揮發(fā)分。

對(duì)灰分的要求。灰分對(duì)燃燒的影響也是首先表現(xiàn)在對(duì)著火的影響。灰分高會(huì)使火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢，而著火推遲，燃燒溫度下降，燃燒的穩(wěn)定性就差。煤的灰分增大，可燃物的成分相對(duì)減少，煤炭的發(fā)熱量降低，而且當(dāng)?shù)V物質(zhì)變?yōu)榛曳謺r(shí)，還要吸收熱量。因此，煤的灰分愈高，理論燃燒溫度愈低，爐膛溫度的下降幅度也愈大，煤的燃盡度變差，機(jī)械不完全燃燒的熱損失增加；而排灰量增大，灰渣的物理熱損失也隨之增加。但是，由于灰分增加時(shí)煤的可燃物組分相應(yīng)減少，因此，飛灰中的可燃物含量卻是隨之略有降低。灰分對(duì)燃燒也有好處。層狀燃燒時(shí)，如灰渣在爐箅上保持一定的厚度，不僅能起到保護(hù)爐箅不致燒壞的作用，而且對(duì)鼓入的空氣也起到分散均勻的作用。懸浮燃燒，火焰中所含的灰渣滴對(duì)燃燒過程起著催化作用。

對(duì)水分的要求。水分不能燃燒，因此，煤的水分愈高，可燃物質(zhì)就相對(duì)減少，發(fā)熱量降低。而且在燃燒時(shí)，水分蒸發(fā)還要吸收一部分熱量，使煤的有效熱能降低。在一般情況下，要使煤中1kg水分蒸發(fā)，需要約2500kJ的熱量。由于水的蒸發(fā)熱量很大，煤中水分所耗熱量比灰分高得多，所以水分對(duì)理論燃燒溫度的影響比灰分更大。我國發(fā)電鍋爐用煤的全水分Mt大致為2～44%。當(dāng)入爐煤水分增高時(shí)，燃燒產(chǎn)生的水蒸氣體積增加，爐膛溫度水平降低，爐膛受熱面的吸熱量減少，這時(shí)雖然對(duì)流受熱面的吸熱量增加，但包括排煙溫度在內(nèi)的尾部各段煙溫總會(huì)有所升高，因而增加了排煙熱損失和引風(fēng)機(jī)的耗電量。但是，從燃燒動(dòng)力學(xué)的角度看，煤中含有少量的適當(dāng)?shù)乃謱?duì)燃燒過程常會(huì)產(chǎn)生某些有利的作用。因?yàn)楦邷鼗鹧嬷械乃魵鈱?duì)燃燒過程是十分有效的催化劑，水蒸氣分子可以加速煤粉殘?zhí)康臍饣腿紵凰魵膺€可以提高火焰的黑度，加強(qiáng)輻射傳熱至燃燒室爐壁；另外，水蒸氣分解時(shí)產(chǎn)生的氫分子及OH根又可提高火焰的熱傳導(dǎo)率。

對(duì)硫分的要求。硫在燃燒時(shí)雖然能放出一部分熱量，每公斤硫可發(fā)出熱量9.199MJ，但更主要的它是不利的成分。因此，硫是煤中有害物質(zhì)，煤的硫分愈低愈好。硫燃燒后生成二氧化硫SO2及三氧化硫SO3，它們極易與煙氣中的水蒸氣化合成H2SO3和H2SO4蒸氣。當(dāng)遇到低于其露點(diǎn)的金屬壁面時(shí)，H2SO3和H2SO4蒸氣就會(huì)凝結(jié)在上面，對(duì)金屬起腐蝕作用。燃用高硫分煤炭時(shí)，鍋爐最后的低溫部分受熱面(省煤器、空氣預(yù)熱器)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，對(duì)鍋爐的危害很大。

對(duì)發(fā)熱量的要求。煤的發(fā)熱量同鍋爐燃燒的理論空氣量、理論干煙氣量和濕煙氣量，以及可達(dá)到的理論燃燒溫度有關(guān)。燒用的煤發(fā)熱量低于原設(shè)計(jì)選用的煤種，理論燃燒溫度必然下降，爐內(nèi)溫度水平降低。不但不利于煤粉的著火和燒盡，而且會(huì)導(dǎo)致機(jī)械不完全燃燒及排煙熱損失的增加，鍋爐熱效率下降。煤發(fā)熱量下降到一定程度時(shí)，將引起燃燒不穩(wěn)，滅火放炮；另外，如果煤的發(fā)熱量降低，而煤的供應(yīng)量又不增多，將使蒸汽參數(shù)和蒸發(fā)量降低；為了保證鍋爐蒸汽產(chǎn)量，而增加煤的供應(yīng)量，這樣，爐膛出口煙氣溫度將升高，煙氣流量也將增加，從而使各對(duì)流受熱面中平均溫度和煙氣流速都增加，于是各對(duì)流受熱面吸熱量也增加，過熱氣溫將升高。這時(shí)，為了保證氣溫維持在額定值，就必須增加減溫器噴水量。省煤器如果原來是不沸騰的，在這種條件下有可能接近或成為沸騰的；原來是沸騰的，則增加了沸騰度。熱空氣溫度也將提高。鍋爐的排煙溫度也提高，從而增加了排煙熱損失。反之，如果煤的發(fā)熱量高于原設(shè)計(jì)水平，爐膛溫度必然升高，煤灰大多軟化、熔融，容易結(jié)渣。發(fā)電用煤有一定的質(zhì)量要求，而發(fā)熱量就是一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)。

對(duì)灰熔點(diǎn)的要求。層狀燃燒方式對(duì)煤的灰熔點(diǎn)要求不高。這是因?yàn)槿紵窃跔t排上進(jìn)行的，所以爐膛中心溫度低，煙氣中的飛灰也少，受熱面上結(jié)渣的情況不嚴(yán)重；而在爐排上，燃燒層的溫度高達(dá)1800～2000℃，因此，灰渣在靠近燃燒著的焦層下面呈熔化狀態(tài)，但由于自下而上的空氣對(duì)渣層起著冷卻作用，所以在靠近爐排的灰渣是凝固的，不致于粘結(jié)在爐排上。

2、一般電廠鍋爐用煤

1)發(fā)熱量。要求收到基低位發(fā)熱量Qnet.ar>23MJ/kg。坑口電廠由于避免了長途運(yùn)輸，可以充分利用劣質(zhì)煤，Qnet.ar的要求可相應(yīng)降低。

2)硫分。為減少對(duì)鍋爐、管道的腐蝕，降低對(duì)環(huán)境污染，煤炭的含硫越低越好。一般要求全硫含量St，d≤2.5%。如燃用高硫煤，則煙氣必須先經(jīng)脫硫，方可排入大氣。

3)灰分。電廠鍋爐用煤，對(duì)灰分含量要求不嚴(yán)，一般要求A≤49%。

4)灰熔點(diǎn)。鍋爐排渣方式不同，對(duì)灰熔點(diǎn)要求不一。固態(tài)排渣的鍋爐，為了不致發(fā)生灰渣粘結(jié)，一般灰熔點(diǎn)以較高為宜，要求大于1200℃；液態(tài)排渣的鍋爐，則要求其灰熔點(diǎn)不能超過1300℃。

發(fā)電用煤可采用發(fā)熱量較低的褐煤、中煤。煤泥或灰分大于30%的煙煤，甚至還可用煤矸石等低熱值燃料。即使是泥炭、石煤、天然焦或油母頁巖等，也都可以用來發(fā)電。硫分含量雖對(duì)燃燒本身無多大影響，但對(duì)鍋爐爐體和管道有較大的腐蝕性。從防止環(huán)境污染，保護(hù)人民健康出發(fā)，發(fā)電用煤的硫分越低越好。

3、工業(yè)鍋爐用煤

鍋爐是用以產(chǎn)生蒸汽或熱水的熱力設(shè)備。煤炭在爐內(nèi)燃燒，將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，并以各種熱傳遞的形式，通過鍋爐的金屬壁面將熱能傳遞給水，將冷水變成熱水或蒸發(fā)為具有一定壓力和溫度的蒸汽。

鍋爐按其用途，可分為動(dòng)力鍋爐、工業(yè)鍋爐和采暖鍋爐。動(dòng)力鍋爐用于火力發(fā)電廠，產(chǎn)生的蒸汽為高溫、高壓的過熱蒸汽。工業(yè)鍋爐用于各行各業(yè)的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)生的一般為飽和蒸汽，有的也生產(chǎn)壓力和溫度不太高的過熱蒸汽。采暖鍋爐僅用于取暖或生活需要，只能生產(chǎn)低壓飽和蒸汽或熱水。此外，工業(yè)生產(chǎn)中還有利用生產(chǎn)過程中的高溫氣體或廢氣來產(chǎn)生蒸汽的鍋爐，這種鍋爐稱為廢熱鍋爐。

在各種工業(yè)企業(yè)的設(shè)備中，鍋爐常常是不可缺少的組成部分。工業(yè)鍋爐比其他各種爐窯數(shù)量大，分布廣，用煤多。目前，我國約有28萬臺(tái)一般工業(yè)鍋爐(不包括發(fā)電、機(jī)車、船用和采暖鍋爐)，年耗煤量約2億多噸。

一般工業(yè)鍋爐對(duì)煤種的適應(yīng)性比較強(qiáng)，各種爐型不同，要求也有所不同。如手燒爐的條狀爐排適于燃用揮發(fā)分高的褐煤和煙煤；板狀爐排適于燃用無煙煤。鏈條爐用煤的要求是：發(fā)熱量為16.725～18.817MJ/kg，揮發(fā)分大于15%，灰熔點(diǎn)高于1250℃，粒度小于50mm，其中10mm以下的末煤最好不超過15%。振動(dòng)爐排可燃用煙煤或無煙煤，但不適于燃用灰熔點(diǎn)低、粘結(jié)性強(qiáng)和水分高的煤炭。往復(fù)爐排的適用煤種的范圍較廣，對(duì)水分較高，灰分較大的褐煤或煙煤均可燃用。拋煤機(jī)爐用煤，從褐煤到無煙煤均可燒用；對(duì)水分高、灰分高、灰熔點(diǎn)低、粘結(jié)性強(qiáng)的煤種也能適應(yīng)。懸燃爐對(duì)煤種的使用范圍也很廣，各樣煤種以及低質(zhì)煤，都可燒用。沸騰爐是一種燃用各種低質(zhì)煤、煤矸石和石煤的新型鍋爐。

工業(yè)鍋爐制造行業(yè)，根據(jù)我國資源條件，擬訂了工業(yè)鍋爐燃料分類表，鍋爐的設(shè)計(jì)均按代表性煤種進(jìn)行。

4、蒸汽機(jī)車和船舶用煤

蒸汽機(jī)車是以蒸汽為原動(dòng)力的機(jī)車。目前，鐵路機(jī)車用煤年消耗量達(dá)2000多萬t，其中大同煤供應(yīng)量為700萬t。由于蒸汽機(jī)車的結(jié)構(gòu)比較簡單，造價(jià)低廉，以及我國煤炭資源豐富，雖然我國于1988年已停止制造蒸汽機(jī)車，但現(xiàn)有蒸汽機(jī)車達(dá)7000多臺(tái)，在今后一定時(shí)期內(nèi)，仍將發(fā)揮它的應(yīng)有作用。

鐵路機(jī)車用煤的特點(diǎn)及要求簡介如下：

(1)對(duì)粒度的要求。鐵路機(jī)車鍋爐蒸發(fā)率高，一般為70～80kg/m·h；通風(fēng)強(qiáng)度大，燃?xì)饬魉倏欤话銥?0m/s以上，燒用原煤或混煤時(shí)，煤末煙渣未完全燃燒，即從煙筒噴出，這種損失在開汽運(yùn)行中一般達(dá)15～20%，大供氣率時(shí)，可達(dá)25～30%。如使用顆粒煤(>13mm塊煤和>6mm粒煤)，這項(xiàng)損失就大幅度下降。試驗(yàn)表明，在常用供汽率(指每米鍋爐蒸發(fā)傳熱面積，每小時(shí)產(chǎn)生的供給汽機(jī)用的蒸汽量)時(shí)，以解放型的供汽率55kg/m·h為例，使用6mm以上的顆粒煤(其中實(shí)測(cè)仍含0～6mm末煤7.7%)和使用13mm以上的顆粒煤(其中含末率仍有8.9%)時(shí)，均比使用原煤(含末率33%)時(shí)，降低煤炭單耗9.6%左右。在不同含末率對(duì)比試驗(yàn)中，得出含末率每增加1%，相應(yīng)增加煤耗0.4%的結(jié)果。因此，鐵路機(jī)車應(yīng)供應(yīng)顆粒煤，不宜供應(yīng)含末率大的原煤、混煤和末煤。在供應(yīng)顆粒煤時(shí)，限下率也應(yīng)控制在不超過15%的范圍。

(2)對(duì)發(fā)熱量和灰分的要求。機(jī)車是高速移動(dòng)式熱機(jī)，功率大，運(yùn)用可靠性及運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間概念要求高，但設(shè)備的體積和重量卻受到限制。因此，對(duì)煤炭質(zhì)量規(guī)格的要求與固定式熱機(jī)不同。機(jī)車用煤的收到基低位發(fā)熱量一般應(yīng)在23027～25121kJ/kg左右，調(diào)車及支線機(jī)車用煤可在23027kJ/kg左右。煤的干基灰分應(yīng)為20～24%。如灰分過高，為保持鍋爐的正常供汽率，必須多投煤，導(dǎo)致火床厚度增大，影響通風(fēng)，影響燃燒和蒸發(fā)；如灰分高，也將增加機(jī)車停車清爐，放灰次數(shù)和時(shí)間，降低運(yùn)輸能力和效率。

(3)對(duì)揮發(fā)分的要求。鐵路機(jī)車鍋爐是臥式煙管鍋爐，層燃方式，爐床面積只有5～6.8m。使用揮發(fā)分較高的煤，可以充分利用火箱空間進(jìn)行燃燒，以適應(yīng)大功率供汽的需要。又因機(jī)車通風(fēng)強(qiáng)度大，宜用弱粘性和弱膨脹性的煤，而不宜使用強(qiáng)粘結(jié)和強(qiáng)膨脹(阻礙通風(fēng))和不粘結(jié)性(增加噴出和漏落的損失)的煤。因此，供應(yīng)機(jī)車用煤的干燥無灰基揮發(fā)分應(yīng)在20%以上。

(4)對(duì)灰的熔融性軟化溫度的要求。灰的熔融性軟化溫度(T2)也是機(jī)車用煤質(zhì)量指標(biāo)之一。因?yàn)闄C(jī)車鍋爐熱負(fù)荷大，爐床燃燒層溫度也較高，如使用T2低于1200℃的煤，將隨時(shí)在爐床上形成熔融一體的爐渣，嚴(yán)重阻礙通風(fēng)，致使燃燒惡化，造成供汽困難。所以，煤炭灰的熔融性軟化溫度不低于1200℃。

(5)對(duì)硫的要求。煤中硫含量要低，煙道中二氧化硫、三氧化硫氣體對(duì)設(shè)備的腐蝕和對(duì)環(huán)境的污染仍然有害。一般要求煤中硫分不超過1.5%，在隧道區(qū)段不應(yīng)超過1%。

從上述情況看，如果某些煤種達(dá)不到鐵路機(jī)車用煤的各項(xiàng)要求時(shí)，應(yīng)與另一適當(dāng)煤種混合使用，以滿足其各項(xiàng)質(zhì)量的要求標(biāo)準(zhǔn)。因此，瘦煤、焦煤、肥煤、不粘結(jié)煤等，都能與別的煤種混合燃用。例如長焰煤與瘦煤相混合，灰分高的與灰分低的煤種相混合，揮發(fā)分低的與揮發(fā)分高的煤種相混合，粘結(jié)性強(qiáng)的煤種與不粘結(jié)的煤種相混合等。

在暫時(shí)還沒有條件供應(yīng)塊煤和顆粒煤的地區(qū)，供應(yīng)原煤或混煤的含末率(0～6mm煤末)也應(yīng)盡量不超過35%。含末率大的原煤、混煤和混末煤，應(yīng)摻混適當(dāng)比例的塊煤，以減少煤炭噴出和漏落的損失。