火力发电对煤质的要求

火力发电厂是以煤、石油、天然气等作燃料，燃料燃烧时的化学能被转换为热能，再借助汽轮机等热力机械将热能变换为机械能，并由汽轮机带动发电机将机械能变为电能。迄今为止，在世界上的绝大多数国家中，火力发电厂在系统中所占的比重都是较大的。据统计，全世界发电厂的总装机容量中，火力发电厂占70%以上。

火力发电厂按其作用来分有单纯发电的和既发电同时又兼供热的两种类型。前者即指一般的火力发电厂，后者称为供热式火力发电厂(或称热电厂)。一般火力发电厂应尽量建在燃料基地或矿区附近，将发出的电用高压线路送往负荷中心，这样既避免了燃料的长途运输，提高了能量输送的效益(燃料中的灰分、杂质可就地处理而不必为此耗费运输力量)，还防止了对大城市周围地区的环境污染。通常把这种火力发电厂称为“坑口电厂”，这是今后建设大型火力发电厂(特别是烧低质煤的火力发电厂)的主要方向。

目前我国电厂锅炉所用燃料主要是煤。一般先把煤磨制成煤粉，然后送入炉膛燃烧。煤炭的物理状态对燃烧有一定影响，首先是煤的干湿对燃烧有一定影响。这里的干与湿，是指煤的表面水分。一般来说，水分对燃烧是有害的，燃煤的水分增加，会使燃烧温度下降，导致燃烧不稳，影响运行的经济性和可靠性。但是从燃烧动力学角度来讲，煤中含有少量适当的水分，对燃烧有利。

煤炭的种类和性质对锅炉燃烧设备的结构、选型、受热面的布置以及运行的经济性和可靠性都有很大影响。发电厂应该尽可能供应原设计选用的煤炭品种，有一些变化，尚可适应，变化太大，就会影响运行的经济性和可靠性。因此，就要求在设计选用煤种时，一定落实可靠。要充分考虑到煤炭地区平衡和煤炭运输流向等的变化因素，否则，在电厂投产后，就难以按所选用的设计煤种供应煤炭，只能尽量按与设计相似的煤种和几种煤按比例供应混合使用。

对电厂锅炉热力工作影响大的指标主要有：干燥无灰基挥发分Vdaf、收到基灰分Aar、收到基水分Mar、干燥基全硫分St，d、收到基低位发热量Qnet，v，ar，以及灰熔融性：DT(T1)、ST(T2)、FT(T3)等。

煤粉炉对煤的挥发分适应范围较广，可以设计成燃烧高挥发分的褐煤，也可以设计成燃烧低挥发分的贫煤、瘦煤，甚至无烟煤。但是煤的挥发分对煤粉炉燃烧器的型式、布置，炉膛形状、大小和燃烧带的敷设有较大的关系；对煤粉炉的点火、助燃油系统的设计，以及空气预热器的大小，制粉系统的型式和防爆措施的设计等，都有直接的影响。因此，对已经制造定型并安装投产的某一台煤粉炉来说，不可能对各种挥发分的煤都能烧。因此，在供应煤炭时要尽可能考虑锅炉原设计煤种的挥发分。

对灰分的要求。灰分对燃烧的影响也是首先表现在对着火的影响。灰分高会使火焰传播速度减慢，而着火推迟，燃烧温度下降，燃烧的稳定性就差。煤的灰分增大，可燃物的成分相对减少，煤炭的发热量降低，而且当矿物质变为灰分时，还要吸收热量。因此，煤的灰分愈高，理论燃烧温度愈低，炉膛温度的下降幅度也愈大，煤的燃尽度变差，机械不完全燃烧的热损失增加；而排灰量增大，灰渣的物理热损失也随之增加。但是，由于灰分增加时煤的可燃物组分相应减少，因此，飞灰中的可燃物含量却是随之略有降低。灰分对燃烧也有好处。层状燃烧时，如灰渣在炉箅上保持一定的厚度，不仅能起到保护炉箅不致烧坏的作用，而且对鼓入的空气也起到分散均匀的作用。悬浮燃烧，火焰中所含的灰渣滴对燃烧过程起着催化作用。

对水分的要求。水分不能燃烧，因此，煤的水分愈高，可燃物质就相对减少，发热量降低。而且在燃烧时，水分蒸发还要吸收一部分热量，使煤的有效热能降低。在一般情况下，要使煤中1kg水分蒸发，需要约2500kJ的热量。由于水的蒸发热量很大，煤中水分所耗热量比灰分高得多，所以水分对理论燃烧温度的影响比灰分更大。我国发电锅炉用煤的全水分Mt大致为2～44%。当入炉煤水分增高时，燃烧产生的水蒸气体积增加，炉膛温度水平降低，炉膛受热面的吸热量减少，这时虽然对流受热面的吸热量增加，但包括排烟温度在内的尾部各段烟温总会有所升高，因而增加了排烟热损失和引风机的耗电量。但是，从燃烧动力学的角度看，煤中含有少量的适当的水分对燃烧过程常会产生某些有利的作用。因为高温火焰中的水蒸气对燃烧过程是十分有效的催化剂，水蒸气分子可以加速煤粉残炭的气化和燃烧；水蒸气还可以提高火焰的黑度，加强辐射传热至燃烧室炉壁；另外，水蒸气分解时产生的氢分子及OH根又可提高火焰的热传导率。

对硫分的要求。硫在燃烧时虽然能放出一部分热量，每公斤硫可发出热量9.199MJ，但更主要的它是不利的成分。因此，硫是煤中有害物质，煤的硫分愈低愈好。硫燃烧后生成二氧化硫SO2及三氧化硫SO3，它们极易与烟气中的水蒸气化合成H2SO3和H2SO4蒸气。当遇到低于其露点的金属壁面时，H2SO3和H2SO4蒸气就会凝结在上面，对金属起腐蚀作用。燃用高硫分煤炭时，锅炉最后的低温部分受热面(省煤器、空气预热器)经常会产生严重的腐蚀，对锅炉的危害很大。

对发热量的要求。煤的发热量同锅炉燃烧的理论空气量、理论干烟气量和湿烟气量，以及可达到的理论燃烧温度有关。烧用的煤发热量低于原设计选用的煤种，理论燃烧温度必然下降，炉内温度水平降低。不但不利于煤粉的着火和烧尽，而且会导致机械不完全燃烧及排烟热损失的增加，锅炉热效率下降。煤发热量下降到一定程度时，将引起燃烧不稳，灭火放炮；另外，如果煤的发热量降低，而煤的供应量又不增多，将使蒸汽参数和蒸发量降低；为了保证锅炉蒸汽产量，而增加煤的供应量，这样，炉膛出口烟气温度将升高，烟气流量也将增加，从而使各对流受热面中平均温度和烟气流速都增加，于是各对流受热面吸热量也增加，过热气温将升高。这时，为了保证气温维持在额定值，就必须增加减温器喷水量。省煤器如果原来是不沸腾的，在这种条件下有可能接近或成为沸腾的；原来是沸腾的，则增加了沸腾度。热空气温度也将提高。锅炉的排烟温度也提高，从而增加了排烟热损失。反之，如果煤的发热量高于原设计水平，炉膛温度必然升高，煤灰大多软化、熔融，容易结渣。发电用煤有一定的质量要求，而发热量就是一个重要的质量指标。

对灰熔点的要求。层状燃烧方式对煤的灰熔点要求不高。这是因为燃烧是在炉排上进行的，所以炉膛中心温度低，烟气中的飞灰也少，受热面上结渣的情况不严重；而在炉排上，燃烧层的温度高达1800～2000℃，因此，灰渣在靠近燃烧着的焦层下面呈熔化状态，但由于自下而上的空气对渣层起着冷却作用，所以在靠近炉排的灰渣是凝固的，不致于粘结在炉排上。

一般电厂锅炉用煤的要求为：

1)发热量。要求收到基低位发热量Qnet.ar>23MJ/kg。坑口电厂由于避免了长途运输，可以充分利用劣质煤，Qnet.ar的要求可相应降低。

2)硫分。为减少对锅炉、管道的腐蚀，降低对环境污染，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，则烟气必须先经脱硫，方可排入大气。

3)灰分。电厂锅炉用煤，对灰分含量要求不严，一般要求A≤49%。

4)灰熔点。锅炉排渣方式不同，对灰熔点要求不一。固态排渣的锅炉，为了不致发生灰渣粘结，一般灰熔点以较高为宜，要求大于1200℃；液态排渣的锅炉，则要求其灰熔点不能超过1300℃。

发电用煤可采用发热量较低的褐煤、中煤。煤泥或灰分大于30%的烟煤，甚至还可用煤矸石等低热值燃料。即使是泥炭、石煤、天然焦或油母页岩等，也都可以用来发电。硫分含量虽对燃烧本身无多大影响，但对锅炉炉体和管道有较大的腐蚀性。从防止环境污染，保护人民健康出发，发电用煤的硫分越低越好。

工业锅炉用煤

锅炉是用以产生蒸汽或热水的热力设备。煤炭在炉内燃烧，将其化学能转换为热能，并以各种热传递的形式，通过锅炉的金属壁面将热能传递给水，将冷水变成热水或蒸发为具有一定压力和温度的蒸汽。

锅炉按其用途，可分为动力锅炉、工业锅炉和采暖锅炉。动力锅炉用于火力发电厂，产生的蒸汽为高温、高压的过热蒸汽。工业锅炉用于各行各业的生产工艺，产生的一般为饱和蒸汽，有的也生产压力和温度不太高的过热蒸汽。采暖锅炉仅用于取暖或生活需要，只能生产低压饱和蒸汽或热水。此外，工业生产中还有利用生产过程中的高温气体或废气来产生蒸汽的锅炉，这种锅炉称为废热锅炉。

在各种工业企业的设备中，锅炉常常是不可缺少的组成部分。工业锅炉比其他各种炉窑数量大，分布广，用煤多。目前，我国约有28万台一般工业锅炉(不包括发电、机车、船用和采暖锅炉)，年耗煤量约2亿多吨。

一般工业锅炉对煤种的适应性比较强，各种炉型不同，要求也有所不同。如手烧炉的条状炉排适于燃用挥发分高的褐煤和烟煤；板状炉排适于燃用无烟煤。链条炉用煤的要求是：发热量为16.725～18.817MJ/kg，挥发分大于15%，灰熔点高于1250℃，粒度小于50mm，其中10mm以下的末煤最好不超过15%。振动炉排可燃用烟煤或无烟煤，但不适于燃用灰熔点低、粘结性强和水分高的煤炭。往复炉排的适用煤种的范围较广，对水分较高，灰分较大的褐煤或烟煤均可燃用。抛煤机炉用煤，从褐煤到无烟煤均可烧用；对水分高、灰分高、灰熔点低、粘结性强的煤种也能适应。悬燃炉对煤种的使用范围也很广，各样煤种以及低质煤，都可烧用。沸腾炉是一种燃用各种低质煤、煤矸石和石煤的新型锅炉。

工业锅炉制造行业，根据我国资源条件，拟订了工业锅炉燃料分类表，锅炉的设计均按代表性煤种进行。

蒸汽机车和船舶用煤

蒸汽机车是以蒸汽为原动力的机车。目前，铁路机车用煤年消耗量达2000多万t，其中大同煤供应量为700万t。由于蒸汽机车的结构比较简单，造价低廉，以及我国煤炭资源丰富，虽然我国于1988年已停止制造蒸汽机车，但现有蒸汽机车达7000多台，在今后一定时期内，仍将发挥它的应有作用。

铁路机车用煤的特点及要求简介如下：

(1)对粒度的要求。铁路机车锅炉蒸发率高，一般为70～80kg/m·h；通风强度大，燃气流速快，一般为30m/s以上，烧用原煤或混煤时，煤末烟渣未完全燃烧，即从烟筒喷出，这种损失在开汽运行中一般达15～20%，大供气率时，可达25～30%。如使用颗粒煤(>13mm块煤和>6mm粒煤)，这项损失就大幅度下降。试验表明，在常用供汽率(指每米锅炉蒸发传热面积，每小时产生的供给汽机用的蒸汽量)时，以解放型的供汽率55kg/m·h为例，使用6mm以上的颗粒煤(其中实测仍含0～6mm末煤7.7%)和使用13mm以上的颗粒煤(其中含末率仍有8.9%)时，均比使用原煤(含末率33%)时，降低煤炭单耗9.6%左右。在不同含末率对比试验中，得出含末率每增加1%，相应增加煤耗0.4%的结果。因此，铁路机车应供应颗粒煤，不宜供应含末率大的原煤、混煤和末煤。在供应颗粒煤时，限下率也应控制在不超过15%的范围。

(2)对发热量和灰分的要求。机车是高速移动式热机，功率大，运用可靠性及运输的时间概念要求高，但设备的体积和重量却受到限制。因此，对煤炭质量规格的要求与固定式热机不同。机车用煤的收到基低位发热量一般应在23027～25121kJ/kg左右，调车及支线机车用煤可在23027kJ/kg左右。煤的干基灰分应为20～24%。如灰分过高，为保持锅炉的正常供汽率，必须多投煤，导致火床厚度增大，影响通风，影响燃烧和蒸发；如灰分高，也将增加机车停车清炉，放灰次数和时间，降低运输能力和效率。

(3)对挥发分的要求。铁路机车锅炉是卧式烟管锅炉，层燃方式，炉床面积只有5～6.8m。使用挥发分较高的煤，可以充分利用火箱空间进行燃烧，以适应大功率供汽的需要。又因机车通风强度大，宜用弱粘性和弱膨胀性的煤，而不宜使用强粘结和强膨胀(阻碍通风)和不粘结性(增加喷出和漏落的损失)的煤。因此，供应机车用煤的干燥无灰基挥发分应在20%以上。

(4)对灰的熔融性软化温度的要求。灰的熔融性软化温度(T2)也是机车用煤质量指标之一。因为机车锅炉热负荷大，炉床燃烧层温度也较高，如使用T2低于1200℃的煤，将随时在炉床上形成熔融一体的炉渣，严重阻碍通风，致使燃烧恶化，造成供汽困难。所以，煤炭灰的熔融性软化温度不低于1200℃。

(5)对硫的要求。煤中硫含量要低，烟道中二氧化硫、三氧化硫气体对设备的腐蚀和对环境的污染仍然有害。一般要求煤中硫分不超过1.5%，在隧道区段不应超过1%。

从上述情况看，如果某些煤种达不到铁路机车用煤的各项要求时，应与另一适当煤种混合使用，以满足其各项质量的要求标准。因此，瘦煤、焦煤、肥煤、不粘结煤等，都能与别的煤种混合燃用。例如长焰煤与瘦煤相混合，灰分高的与灰分低的煤种相混合，挥发分低的与挥发分高的煤种相混合，粘结性强的煤种与不粘结的煤种相混合等。

在暂时还没有条件供应块煤和颗粒煤的地区，供应原煤或混煤的含末率(0～6mm煤末)也应尽量不超过35%。含末率大的原煤、混煤和混末煤，应掺混适当比例的块煤，以减少煤炭喷出和漏落的损失。

动力配煤技术是将不同类别、不同品质的煤经过筛选、破碎和按比例配合等过程，改变动力煤的化学组成、物理特性和燃烧特性，使之达到煤质互补、优化产品结构、适应客户燃煤设备对煤质的要求，达到提高燃煤效率和减少污染物排放的技术。

动力配煤技术可以做到：①保证燃煤特性与锅炉设计参数相匹配、提高锅炉热效率、节约煤炭；②通过“均质化”而保证燃煤质量的稳定，使锅炉正常、高效运行；③充分利用低质煤或当地现有煤炭资源；④调节燃煤中硫及其他有害物质的含量、满足环保要求。