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1、燃料基础知识电厂doc燃料基础知识电厂燃料概述：能源工业是国民经济的基础。我国发展电力的基木特点，是以燃煤为基 础，以火电为主，煤电占总发电量的80%。从捉高发电效率、节约能源和解决环保三方而来 考虑，走可持续发展的道路。电力燃料，特别是电煤质量与上述三方面都有着十分密切的关 系。2002年原国家电力公司直供燃煤发电厂耗煤总量达3.68亿吨，数以万计的科技人员直接 从事燃料监督和试验工作。随着电力生产的发展，锅炉机组容量口益增人，就需要提供数量 更多，质量更好的电力燃料。了解和掌握动力燃料的基本知识及其物理化学特性，切实做好 火电厂燃料的采制样及化验工作，对降低发电成木，确保锅炉机组的安全经济

2、运行，具有极 其重要的意义。第一节 煤的形成、组成和特性一、煤的形成煤是tir占代植物形成的。植物分低等植物和高等植物两大类。在地球上储量最多的煤由 高等植物形成，统称为腐植煤，即现代被广泛使用的褐煤、烟煤和无烟煤等。高等植物的有 机化学组成主要为纤维素和本质素，此外述冇少量蛋白质和脂类化合物等；无机化学组成主 耍为矿物质。古代植物随地壳运动而被埋入地下，经过长期的细菌生物化学作用以及地热高 温和岩层高压的成岩、变质作用，使植物屮的纤维索、木质索发生脱水、脱一氧化碳、脱甲 烷等反应，而后逐渐成为含碳丰富分口J燃性岩石，这就是煤。该过程成为煤化作用，它是一个增碳的碳化过程。根拯煤化程度的深浅、地

3、质年代氏短以及含碳量多少可将煤划分为泥炭、组成植物质的有机元素主要为碳、氢、氧和少量氮、硫和磷。这些元素在成煤过程中随 着地质年代的增长，变质程度加深，含碳量逐步增加，氢和氧逐步减少，硫和氮则变化不大。植物 f 6 泥炭。门日加。 C16H18O52比（）、褐煤 _C6 、 烟煤 2CHy -比（）无烟煤16143 C15H14O G3H4二、煤的组成煤在成煤过程漫长的地质年代中，其原始的组成和结构发生了变化，形成一种新物质。煤是由多种结构形式的有机物（或称煤索质），与少量种类不同的无机物（或称矿物质）组成 的混合物。煤中冇机物的基本结构单元，主要是带冇侧链和官能团的缩合芳香核体系，随着 变质

4、程度的加深，基本结构单元中六碳环的数目不断增加，而侧链和官能团则不断减少。煤 中无机物的组成极为复杂，所含元素多达数十种，常以硫酸盐、碳酸盐（主要是钙、镁、铁 等盐）、硅酸盐（铝、钙、镁、钠、钾）、黄铁矿（硫）等矿物质的形态存在。此外还有一些伴 生的稀有元素,如错（Ge）、硼（B）、钺（Be）、钻（Co）、钳（Mo）等。煤仅作为能源使用吋，就没有必要对其化学结构作详尽的了解，只从热能利用（即燃料 的燃烧）方而去分析和研究煤的组成，基本上就能够满足电力生产的要求。在工业上常将煤的组成划分为工业分析组成和元索分析组成两种。了解这两种组成就可 以为煤的燃烧提供基本数据。工业分析组成是用工业分析法测岀

5、的煤的不可燃成分和可燃成 分，不可燃成分为水分和灰分；可燃成分为挥发分和固定碳。这四种成分的总量为100o 无机物 J水分（包括外在水分和内在水分）烬（不可燃成分）（灰分（主要为含Ca、Al、Si、Fe等元索的无机矿物质）尿 有机物J挥发分（由C、H、O、N、S元素组成的气态物质）（可燃成分）固定碳（主要由C元素组成的固态物质）工业分析法带有规范性，所得的组成与煤的同有组成完全不同，但它给煤的工艺利用带 来很大的方便。工业分析法采用了常规重量分析法，以重量百分比计量各组成，可得到可靠 的百分组成。这有利于煤质计量、煤种划分、煤质评佔、用途选择、商品计价等。元素分析组成是用元素分析法测出煤中的化

6、学元素分析组成，该组成可示出煤中某些有 机元素的含量。元索分析组成包括C、H、0、N、S五种元素，这五种元素加上水分和灰分, 其总量为100。元素分析结果对煤质研究、工业利用、锅炉设计、环境质量评价等都是极为 有用的资料。三、煤的性质煤的性质指煤的物理性质、化学性质和工艺性质。这些性质都与成煤的原始物质、聚积 环境、地质条件和煤化程度有关。作为动力用煤的主要性质包括发热量、可磨性、煤粉细度、 煤灰熔融性、密度（包括真（相对）密度、视（相对）密度和堆积密度）、着火点。1.发热量（Q）煤的发热量，又称为煤的热值，即单位质量的煤完全燃烧所发出的热量。煤的发热量是煤按热值计价的基础指标。煤作为动力燃料

7、，主要是利用煤的发热量，发 热量愈高，其经济价值愈大。同时发热量也是计算热平衡、热效率和煤耗的依据，以及锅炉 设计的参数。2.可磨性煤的可磨性是指煤研磨成粉的难易程度。用可磨性指数表示，符号为HGI （哈氏指数）。 它具有规范性，无量纲。其规范为规定粒度下的煤样，经哈氏可磨仪，用规定的能量研磨后, 在规定的标准筛上筛分，称量筛上煤样质量，并由用已知哈氏指数标准煤样绘制的标准曲线 上查得该煤的哈氏指数。它是设计和选用磨煤机的重要依据。3.煤粉细度（fineness of pulverized coal）煤粉细度是指煤粉中各种大小尺寸颗粒煤的重量百分含量，它表征煤粉颗粒分布的均匀 程度。通常以和2

8、00um筛上煤粉量来表示。它可用筛分法确定，即使煤粉通过一定 孔径的标准筛，计量筛上煤粉重量占试样重量的百分数。符号为心，下标为标准筛孔径。在 一定的燃烧条件下，煤粉细度对磨煤能量耗损和燃烧过程中的热损失有较大影响。4.煤灰熔融性煤灰熔融性又称灰熔点，是动力和气化用煤的重要指标。煤灰是煤屮可燃物质燃烬后的 残留物，由各种矿物质组成的混合物，没有一个固定的熔点，只有一个熔化温度的范围。当 煤灰受热时，它由同态逐渐向液态转化而呈塑性状态。煤灰熔融性就是表征煤灰在高温下转 化为塑性状态时，其粘塑性变化的一种性质。煤灰在塑性状态时，易粘附在金屈受热面或炉 墙上，阻碍热传导，破坏炉膛的止常燃烧工矿。所以

9、煤灰的熔融性是关系锅炉设计、安全经 济运行等问题的重耍性质。表示熔融性的方法具有较强的规范性，它是将煤灰制成三角锥体, 在规定的条件下加热，根据其形态变化而规定的三个特征温度：即DT （变形温度）、ST （软 化温度）和FT （熔化温度）。一般用ST评定煤灰熔融性。5.真（相对）密度、视（相对）密度和堆积密度煤的真（相对）密度定义为在20C时煤（不包括煤的孔隙）的质量与同温度、同体积水 的质量之比，符号为TRD,无量纲。视（相对）密度定义为在20C时煤（包括煤的孔隙）的质量与同温度、同休积水的质量 Z比，符号为ARD,无量纲。堆积密度是指单位体积（包括煤粒的体枳和煤粒间的空隙）中所含煤的质量，

10、单位为 g/cnr o真密度用于煤质研究、煤的分类、选煤或制样等工作。视密度用于煤层储量的估算。而 堆积密度在火电厂小，主要用于计算进厂商品煤装车量以及煤场盘煤。6.着火点煤的着火点或称着火温度，是将煤加热到开始燃烧时的温度，也称煤的燃点，临界温度 和发火温度，单位为C。它的测定具有规范性，使用不同的测试方法，对同一煤样，着火点 的值也会不同。一般是将氧化剂加入或通入煤中，对煤进行加热，使煤发生爆燃或有明显的 升温现象，然后求出煤爆燃或急剧升温的临界温度，作为煤的着火点。我国测定着火点时采 用亚硝酸钠做氧化剂，在燃点测定仪屮进行测定。着火点与煤的风化、自燃、燃烧、爆炸等 冇关，所以它是一项涉及

11、安全的指标。第二节煤的基准一、基准表示法由于煤屮水分和灰分的含量受到外界条件的影响，其它成分的百分量亦将随Z变更，所 以不能简单地用成分百分量來表明煤的种类和某些特性，而必须同时指明百分数的基准是什 么。“基”即是表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的。煤质分析屮常用的“基 冇空气干燥基、干燥基、收到基、干燥无灰基、干燥无矿物质基。1 收到基(as received basis)收到基(旧称应用基)，是以进入锅炉房原煤仓内(或进入贮煤场内)的煤作为基准，表示 符号为ar。其表达式为Car十比十0如十Nar十Sar十十MiU-= 100%FCar十Var十人前十Mar= 100%收到基成

12、分含量反映了煤作为收到状态下的各成分含量。锅炉热力计算均采用收到基成 分。2.空气干燥基(air dry basis)空气干燥基是指把在实验室经过然风干后的煤作为基准(以与空气湿度达到平衡状态 的煤为基准。表示符号为配)，用下式表示C ad + H ad + O ad + N ad + S ad + A ad + M ad = 100 %FCad + Vad + Aad + Mad = 100 %空气干燥基成分含量一般在实验室内作煤样分析时釆用。3.干燥基(dry basis)干燥基是指以完全干燥状态(去掉全水分)的煤作为基准，表示符号为血以下式表示：Cd + Hd + Od 十 Nd 十 S

13、d 十 Ad = 100%FCd 十 Vd 十 Ad=100%由于干燥基成分不受水分含量的影响，所以用Ad來表示煤中的灰分含量更为准确。4.干燥无灰基(dry ash-free basis)干燥无灰基是指以假想无水无灰状态下的煤作为基准，表示符号为daf。用下式表示：Cgf 十 Hdaf 干 Ogf 十 Ngf 十 S(jaf= 100%FC 何十 Vdaf=100%由于干燥无灰基成分既不受水分含量的影响，又不受灰分含量的影响比较稳定，所以常 用来表示煤的挥发分含量。上述的煤的成分及各种分析基准之间的关系，可用下图所示。空干基干煥展一 干爆无灰基 碳氢氮硫AH0NSMm 1固定碳 挥发分_一必

14、须指出：收到基是包括煤中全水分的成分组合。全水分中的外在水分变易性较大，由 煤矿发出的煤到火电厂收到的煤或进锅炉燃烧的煤都是用收到基表示其成分组合。但由于时 间、空间等条件的差异，水分会冇较大的变化，因此，同一种煤虽是按同一的收到基计算出 來的成分百分含量，也会冇差异。此时应根据实际情况对分析结果给予合理地处理。煤的成分和特性（即煤质分析项目）通常都是用一定符号表示，对于某些成分，由于它在煤中的有多种形态或分析化验时的条件、方法不同，使用单一的符号还不能完全表明其含义。例如水分有内在水分和外在水分；硫有有机硫、硫酸盐硫和硫化铁硫等。为了区分诸如此类的差异，通常在符号的右下角外附加符号注明。国际

15、标准煤质分析试验方法一般规定屮对煤质分析项口的符号作了同一规定，即采用国际标准化组织规定的符号。总结如下：表12煤质符号表项目英文新符号旧符号工业分析成分水分MoistureMW灰分AshAA挥发分Volatile MatterVV固定碳Fixed CarbonFCCgd元素分析成分CarbonCCHydrogenHH氧OxygenOO氮NitrogenNN硫SulfurSS各项性质发热量Calorific ValueQQ真密度True Relative DensityTRDd视密度Apparent Relative DensityARDdsh哈氏指数Hardgrove Grindabilit

16、y IndexHGIKhg灰熔融性变形温度Deformation TemperatureDTTi软化温度Softening TemperatureSTt2流动温度Fluid TemperatureFT门表13煤质项目存在状态和条件符号项目外在水分内在 水分全水分有机硫硫酸盐硫硫化铁硫全硫弹筒硫高位发热录低位发热录弹筒发热录碳酸盐 二氧化碳英文FreeMoistureInherentMoistureTotalMoistureOrganicSulfurSulfateSulfurPyreticSulfurTotalSulfurGrossCalorificValueNetCalorificValueB

17、ombCalorificValueCarbonDioxide inCarbonate新符号M和山SoSsSpSbQSrQnetQbco2旧符号WnzWQs YJSlySSdtQgwQdwQdt(CO2)TS表14煤质基准符号名称收到基空气干燥基干燥基十燥无灰基（IH名称）（应用基）（分析基）（丁燥基）（可燃基）英文as received basisair dry basisdry basisdry ash-free basis符号aradddaf（旧符号）(y)(f)(g)(r)二、基准换算出于煤质分析所使用的样品为空气干燥后的煤样，分析结果的计算是以空气干燥基为基 准得出的。二实际使用和研究

18、时，往往要求知道符合原来煤质状态的分析结果。为此在使用 基准时，必须按符合实际的“成分组合”进行换算。表1.5列出了各种分析基准之间的换算 系数。这是根据质量守恒定律导出的，可以用于同种煤不同分析基准Z间除水分以外的各种 成分（如C、H、O N、S、A）、挥发分和高位发热量的换算。表15煤的各基准之间的换算系数K已知煤的基准欲求煤的基准收到基空气丁燥基干燥基干燥无灰基收到基1100-呱100100100100-Mfr100空气干燥基100-M“1100100100 Wd100-M“d100-叽-鶴干燥基100 M “100-M“d1100100100100-九干燥无灰基l00-Mar-Aar1

19、00 -九100 - 亀1100100100下面通过两个例题來说明表1.5中换算系数K的导出方法和应用。例1.1己知煤的从Ma、和从Mad，试导出其收到基和空干基之间的换算系数Ka.ad及收到基和干燥无灰基之间的换算系数Kar-dafo解 现设煤的收到基为100.外在水分为M,、内在水分为Mz,并以C“和C,d及C和 C之间的换算为例来导出y和K如（1）由图27可知.在同一煤种的收到基和空干基中，除水分之外的其他成分（如碳尊的质董是不变的.即因此町得Cr又因M.r =Mnh 十 MMsh =M.r MfM _ lOOMd 10010.0 20010020,05 20瘦 煤SM13,】410.0

20、 20.02065滋 煤JM2415, Z520.0 28.0讥028.050 6565C25.0050)肥 煤FM16, 26, 3610037.0085)25,01/3焦煤1/3JM3528037065W25.0(忑 220)气肥煤QF4637.0085)25.00220)% 煤QM34143. 44, 4528.0 37037.0506535C25.0W220)1/2中粘煤1/-2ZN23. 3320.0373050霸粘煤RN22, 3220.037.05 30不粘煤BN21, 312037.087.0WS550褐 HM515237.037.0W3G30 50M24 Qfr.C为含艰高内

21、衽水分的无灰基离位发热斤。经过多年研究，1986年国家标准局批准了新的分类方案并以“ GB5751-86小国煤炭分 类”，向全国发布试行。该标准以反映煤变质程度的挥发分产率和表征煤粘结性的粘结指数 G值为主耍分类指标，以胶质层最人厚度Y值和奥亚膨胀度b值为区分强粘结煤的辅助指标， 以透光率Pm和煤的高位发热量为区分长焰煤和褐煤的辅助指标。将煤分为十四大类，褐煤、 无烟煤各为一类。烟煤分为十二类，包括：长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气 肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤等。此外，褐煤还分为二小类，无烟煤 分为三小类。在分类表中还采用数码编号來表示煤的性质，便于利用计算

22、机对煤质实行现代 化管理和指导煤的利用。1.分类参数1） 本标准按煤的煤化程度及工艺性能进行分类；2） 采用煤的煤化程度参数来区分无烟煤、烟煤和褐煤。即丁燥无灰基挥发分Vm作为分 类指标将煤划分为三大类：褐煤、烟煤和无烟煤。凡VdafGO%的煤为无烟煤，VdQlO%的煤 为烟煤，Vdaf37%的煤为褐煤；3） 无烟煤煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发分和丁燥无灰基氧含量作为指标，以此來区分无烟煤的小类，将烟煤分为三小类：无烟煤2号、无烟煤2号和无烟煤3号；4)采用两个参数来确定烟煤的类别，一个是表征烟煤煤化程度的参数，另一个是表征烟 煤粘结性的参数。烟煤煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发分作为指标

23、。烟煤粘结性的参数, 根据粘结性的大小不同选用粘结指数、最大胶质层厚度(或奥亚膨胀度)作为指标，以此來 区分烟煤小的类别，将烟煤分为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、 1/2屮粘煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤等12种；5)褐煤煤化程度的参数，采用透光率作为指标，用以区分褐煤和烟煤，以及褐煤屮划分 小类。并采用恒湿无灰基高位发热量为辅来区分烟煤和褐煤，将褐煤划分为两类：褐煤1号 和褐煤2号。2.煤类的划分和编码为了便于现代化管理，分类中采取了煤类名称、代号与数字编码和结合的方式。种类煤 用两位阿拉伯数码表示。I位数系按煤的挥发分分组，无烟煤为0,烟煤为14,褐煤为5。 个位数

24、，无烟煤类为13,表示煤化程度；烟煤类为16,表示粘结性；褐煤类为12, 表示煤化程度。二、发电用煤的分类为适应火电厂动力用煤的特点，捉高煤的使用效率，发电用煤的分类是根据对锅炉设计、 煤种选配、燃烧运行等方面影响较犬的煤质项目制定的。这些项目为干燥无灰基挥发分Vdaf、 干燥基灰分Ad、全水分Ml、干燥基全硫Sa和煤灰的软化温度ST等五项。因发热量Qnew与煤 的挥发分密切相关，并能影响锅炉燃烧的温度水平，所以用它作为Vdaf和T2的一项辅助指标, 两者相互配合使用。这种分类如表1-11 (P12)所列，表中各项目均划分成不同级别，其中 Vdaf(Qnet.ar)分为 5 级,Ad分为 3

25、级,Mf(Vdaf). Mt(Vdaf). S“、ST(Qnet,ar)各分为 2 级。各项目 的分级界限值是根据试验室和现场的大量数，经数理统计最优分割法得出的，它对锅炉设计、 选用煤种及安全经济燃烧都有指导意义。Vdaf分为5级，各级间两个参数的界限值是相互适应的，按此分级选用煤种吋，可以保 证燃烧的稳定性和最小的不完全燃烧热损失。若煤的vd6.5% 10%Q 2091MJ/kgV低中挥发分贫變煤V,10% 19%Qw1840MJ/k 倉V 中挥发分烟煤19% 20%g,“1631MJ/kg中高挥发分烟煤X27% 40%Q1547MJ/kg高挥发分烟褐煤V.40%SA!l70M/畑1灰 分低灰仑煤A、24%常