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1、RDF的制备及关键技术最终版热工工程课程论文论文题目 垃圾衍生燃料（RDF）的制备工艺及关键技术 学 院 材料科学与工程学院 专业班级 材工131、132、133班 学生姓名 陈飞翔(298)、杜媛(316)、叶武平(326)、 王芮(369) 、张文涛(306) 授课老师 朱 明 完成日期：2013年12月31日注：摘要、前言、第一、二章陈飞翔；第三章杜媛；第四章叶武平；第五章王芮；第六章张文涛；第七章杜媛垃圾衍生燃料(RDF)的制备工艺及关键技术陈飞翔1，杜媛2，叶武平2，王芮3，张文涛1（1.材工131班；2.材工132班；3.材工133班，武汉 430070）摘要：垃圾衍生燃料，又称为

2、RDF，来自英文Refuse Derived Flue，直译为：源于垃圾的燃料。本文就垃圾衍生燃料（RDF）的制备工艺、参数控制、燃烧特性、渗滤液以及有害气体处理等多个方面，对垃圾衍生燃料（RDF）这一项技术进行了全方位的介绍，并对垃圾衍生燃料（RDF）的未来发展进行了展望。关键词：垃圾衍生燃料（RDF）；制备工艺；参数控制；燃烧特性；渗滤液；有害气体中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1671-4431 (2013) xx-xxxx-xx The preparation methods and key technology of Refuse Derived Fuel CHEN

3、Fei-xiang1, DU Yuan2, YE Wu-ping2, WANG Rui3, ZHANG Wen-tao1(1.Materials engineering 131 class; 2.Materials engineering 132class; 3.Materials engineering 133 class，Wuhan 430070， China)Abstract: Refuse Derived Fuel, also referred to as RDF, it is the result of waste fuel. In this paper, the preparati

4、on methods, parameter control, combustion characteristic, percolate, harmful gas handling and other aspects of Refuse Derived Fuel was introduced, and the future development of Refuse Derived Fuel (RDF) is discussed.Key words: Refuse Derived Fuel; preparation methods; parameter control; combustion c

5、haracteristic; percolate; harmful gas handling城市固体废弃物(MSW)的成分及RDF分类的城市固体废弃物一般指除建筑垃圾、危险废弃物（如医疗废弃物、放射性废弃物等）、工业之外的一般的城市垃圾，是多种物质混合成的复合体。一般可分为可燃物质（如纸张、木屑、纺织纤维、厨余等）、不可燃物质（如金属、玻璃、煤渣等）和不宜燃烧物质（如塑料、橡胶等），如表1所示。表1 城市固体废弃物组成由表1可以看出，由于在城市固体废弃物的管理方式、人们生活习惯、地区经济文化水平、能源结构等存在着差异，不同国家和地区的城市固体废弃物的组成不同。但在一些地区城市固体废弃物中可燃成

6、分占有相当大的比例，因此发展RDF技术，既可回收热能，节约资源，又可减少土地占用面积，有利于城市建设的可持续发展。1RDF的分类及特性垃圾衍生燃料是通过垃圾经分拣、破碎、涡电流除铝、磁选除铁，再破碎、风选、压缩和干燥等工序制成的一种固体燃料，简称为RDF。垃圾衍生燃料技术RDF是一种将垃圾经不同处理程序制成燃料的技术，是生活垃圾经破碎、分拣、干燥、添加助剂、挤压成型等处理制成固体形态（圆柱条状）燃料的过程1。美国材料试验协会(ASTM)按城市生活垃圾衍生燃料的加工程度、形状、用途等将RDF分成7类，见表2。对于美国所讲的RDF一般指RDF-2和RDF-3，瑞士、日本等国家通常所讲的RDF一般是

7、 RDF-5，其形状为1020mm2080mm圆柱状，其热值为1460021000kJ/kg。表2 美国ASTM的RDF分类RDF的组成与地区、生活习惯、经济发展水平有关。RDF的物质组成一般为：纸68.0，塑料胶片15.0，硬塑料2.0，非铁类金属0.8%，玻璃0.1%，木材、橡胶4.0%，其它物质10.0%。几种RDF的基本性质和工业分析结果见表3和表4。 表3 各种RDF的基本性质 表4 各种RDF的工业分析结果 1.1RDF具有良好的特性2：（1）防腐性。RDF的水分10，制造过程加入一些钙化合物添加剂，具有较好的防腐性，在室内保管1年无问题，而且不会吸湿而粉碎。（2）燃烧性。与原生垃

8、圾相比，RDF的热值高，发热量在1460021000kJ/kg，且形状一致而均匀，有利于稳定燃烧和提高效率。可单独燃烧，也可和煤、木屑等混合燃烧。其燃烧和发电效率均高于垃圾发电站。（3）环保特性。由于含氯塑料只占其中一部分，加上石灰，可在炉内进行脱氯，抑制氯化物气体的产生，烟气和二恶英等污染物的排放量少，而且在炉内脱氯后形成氯化钙，有益于排灰固化处理。（4）运营性。RDF可不受场地和规模的限制而生产，生产方便。一般用袋装，卡车运输即可，管理方便。适于小城市分散制造后集中于一定规模的发电站使用，有利于提高发电效率和进行二恶英等治理。（5）利用性。作为燃料使用时虽不如油、气方便但和低质煤类似。另外

9、据报道在日本川野田水泥厂用RDF作为水泥回转窑燃料时，其较多的灰分也变成有用原料，并开始在其它水泥厂推广。（6）残渣特性。RDF 制造过程产生的不燃物约占18，适当处理即可；燃后残渣约占825，比焚烧炉灰少，且干净，含钙量高，易利用，对减少填埋场有利。（7）维修管理特性。RDF无高温部，寿命长，维修管理方便，开停方便，利于处理废塑料。而焚烧炉寿命为1520年，定检停工24 周，管理严格，处理废塑料不便，不宜作填埋处理。1.2RDF技术与垃圾焚烧技术的比较目前，垃圾处理的主要方式有填埋法、堆肥法及焚烧法。填埋或露天堆积都需占用大量土地，不能实现垃圾处理的减量化。由于焚烧处理可以实现城市垃圾热能回

10、收、减容、减重、高温灭菌等目的，在环境保护和资源利用方面具有明显的优势，因而得到较快的发展。然而，垃圾焚烧会对大气造成二次污染，不能完全燃烧部分仍然需要填埋。（1）垃圾衍生燃料RDF的制备，不受场地和规模限制，适合中、小型垃圾处理厂分散制造后，再收集起来进行高效发电，有利于提高垃圾发电的规模和效益，比用原生垃圾焚烧发电，效率提高25%35%，使大规模的热能循环利用成为可能；而垃圾焚烧受场地和规模限制，垃圾焚烧量在400t以下时，一般用于供热水或蒸汽，但受地理条件、季节变化和周边环境的限制，热能常常得不到充分利用。（2）垃圾衍生燃料RDF经分选、脱氯、脱硫处理，可大大减轻烟气对设备的腐蚀，烟气和

11、灰渣比原生垃圾焚烧时减少2/3，减少了相关处理设备的投资。（3）由于RDF具有较好的防腐性，能在仓内保管1年以上，可作为储备能源按需使用；垃圾直接焚烧，受垃圾成分波动的影响，产生热能不稳定，且由于垃圾需连续消纳，热能在无需求时也必须产生，造成能源浪费。2RDF的制备工艺城市生活垃圾固型燃料的制备工艺一般有散装RDF制备工艺、干燥挤压成型RDF制备工艺和化学处理的RDF制备工艺。在RDF的生产中，要根据垃圾的成分，决定采用什么样的制备工艺3。2.1RDF制备工艺系统的设计内容（1）对垃圾进行有效的机械化分拣和破碎，保证破袋率99%，出料块度200mm；（2）对分拣破碎后的高含水混合垃圾进行有效分

12、离，分为低含水的可燃物和高含水的发酵料两部分；（3）对高含水垃圾进行有效的生物预处理，在好氧条件下进行；（4）当可燃物部分垃圾含水在30%40%时，进行二次半湿粉碎至块度50mm；（5）对块度50mm的垃圾进行均质混合和添加CaO等助剂后进行干燥、挤压造粒成20mm、长40100mm，水分降至15%25%；（6）必要时对含水10%20%的颗粒燃料在进气温度150下进行二次烘干，至含水率15%，送往焚烧炉；（7）中间过程配有污水处理，除臭、充氧等操作，优化操作环境。2.2RDF制备工艺系统的流程图整套工艺由垃圾接收破碎单元、垃圾含水率降低及热值提高单元、造粒烘干单元、配套工程单元组成。工艺系统流

13、程见图1。图1中的流程可分为3个单元：（1）垃圾接收预处理破碎单元分别设计大件分选和一体化破袋、分选、破碎机械加工，及辅助人工分选过程相结合的方法。（2）垃圾含水率降低及热值提高单元我国垃圾含水率平均在35%55%之间，为确保焚烧的低燃点和发热值的有效利用，采用一次烘干加一次冷却的方法。确保焚烧炉进料水分15%，燃料热值23003000kcal/kg。（3）造粒、烘干单元原料的粉碎粒度，直接影响颗粒燃料的造粒加工。因此，采用半湿粉碎的方法，将造粒进料块度控制在5cm以内，同时设计造粒机防堵孔机构，及时清理挤压孔板，确保造粒机正常高效运行。由于垃圾处理的特殊性，在工艺设计时，尽量实现设备的“口对

14、口”联接模式，通过过程设备的选用，尽最大限度地减少用工。图1 RDF制备工艺流程某810t/hRDF城市生活垃圾资源化工程的工艺流程拓扑图见图2。图2 工艺流程拓扑图2.2.1散装 RDF 制备工艺散装RDF是由美国研发的，目前主要在美国应用。其流程图见图3。该工艺非常简单。与原生活垃圾相比具有不含大件垃圾、不含非可燃物、粒度比较均匀和利于燃烧等优点；但有不宜长期储存和长途运输，易于发酵产生沼气、CO、CO2和恶臭，污染环境等缺点。2.2.2干燥成型 RDF 制备工艺干燥成型RDF制备工艺是由美国、欧洲一些国家开发的。其流程图见图4。城市生活垃圾经粉碎、分选、干燥和高压成型等加工工序后，其最终

15、的形状一般为圆柱状。它具有适于长期储存、长途运输、性能较稳定等优点。缺点是不易将城市生活垃圾中的厨余除去、干燥后短时间内较稳定，长时间储存后易吸湿。2.2.3化学处理的RDF制备工艺2化学处理RDF有两种制备工艺，一种是瑞士的卡特热公司的J-carerl法，另一种是日本再生管理公司的RMJ法。其制备工艺流程分别见图5和图6。J-carerl法工艺流程的特点是先将含有厨余、不燃物的生活垃圾进行破碎，然后将金属、无机不燃物分选除去，在余下的可燃生活垃圾中加入垃圾量35的生石灰（CaO）进行化学处理，最后进行中压成型和干燥得到尺寸为1020mm2080mm圆柱状。其热值为1460021000kJ/k

16、g的RDF。该法具有很多优点：（1）RDF可长期储存不发臭，燃烧时NOx、HCl和SOx的量少，并抑制了二恶英的产生；（2）RDF成型时不需高压设备；（3）压缩成型机的容量降低，动力消耗下降，运行费用低；（4）干燥机内塑料等不会熔融或燃烧，干燥机可小型化，设备投资少。J-carerl法在日本札幌市和小山町等地分别建成处理能力200t/d和150t/d的RDF加工厂。RMJ法与J-carerl法工艺流程大致相同，优点也差不多。RMJ法是先干燥，再加入消石灰添加剂，加入量约为垃圾的10，再进行高压成型；J-carerl法是先在垃圾含湿的状态下加入生石灰，再进行中压成型和干燥。RMJ 法目前在日本的

17、资贺县和富山县分别建成生产能力为3.3t/h和4t/h的RDF加工厂。 图3 散装RDF制备工艺流程图 图4 干燥成型RDF制备工艺流程图 图5 化学处理中压RDF制备工艺流程图 图6 化学处理高压RDF制备工艺流程图2.3RDF的性能影响因素2.3.1原料组成对RDF性能的影响从理论上讲，原生城市生活垃圾经预处理后可以达到 RDF 技术的要求，但若原垃圾成分与适宜 RDF原料偏差太大，会使 RDF 生产率过低，经济性较差。因此适宜RDF技术的城市生活垃圾性质和组成应有最低要求，其关键性质包括垃圾原料的热值、灰分和水分。（1）原料热值对RDF性能的影响原料热值是关键特性之一，如果原料热值过低，

18、将使RDF燃烧性能较差，且对燃烧设备寿命及污染物控制产生不利的影响。虽然预处理可以去除部分不可燃物，但原生垃圾热值过低会使技术经济性较差，RDF 技术也就失去了意义。若按垃圾可直接焚烧的热值最低标准衡量4，适宜RDF技术的城市生活垃圾热值至少应在5000kJ/kg 以上。（2）原料灰分对RDF性能的影响RDF原料灰分主要指无机不可燃物等，如果灰分过高，不仅影响RDF的燃烧热值及燃烧性能，而且会增加燃烧后灰渣处理量，以致降低燃烧器寿命和增加运行成本。（3）原料水分对RDF热值及成型性的影响由于在燃烧过程中，水分的蒸发必然要吸收相应的热量，所以原料水分越高将使RDF热值越低。同时当原料水分含量较低

19、时，成型性较好，RDF棒长且表面光滑，而随着水分含量的提高，颗粒强度下降，制备过程中易破碎，成型性变差，且表面粗糙。因此经预处理后RDF原料水分含量一般应在10%以下。所以原生垃圾水分不能过高，否则为达到水分含量要求，预处理干燥过程将消耗过多的能量。2.3.2添加剂（含钙量）对RDF性能的影响为提高RDF成品的防腐能力和抑制其燃烧过程中对环境的污染，需在成型前添加钙化物。添加剂（含钙量）的增加将使RDF的密度随之增加（这主要是由于添加剂Ca(OH)2的密度比原生垃圾大，因此随着添加剂的增加，RDF的密度加大），固硫和固氯作用明显，扼制二恶英的产生，减少NOx，而且对RDF的成型性影响不大，但不

20、利的影响是使得RDF的热值降低。相关数据见图7、图8。 图7 添加剂比例对RDF密度的影响 图8 添加剂比例对RDF热值的影响2.3.3掺煤量对RDF性能的影响为提高RDF的热值可在其成型前掺入一定量的煤，添加部分煤不仅可提高RDF强度，而且对RDF的贮存、运输和使用都是极为有利的。RDF与煤混合燃烧可使尾气中SO2，NOx和二恶英类物质的含量大大降低。另外掺煤量比例越大，所需空气过剩量越小。但在达到一定的煤配比后，RDF 强度的增加将趋于平缓。2.3.4成型压力对RDF性能的影响RDF原料致密成型工艺将对RDF成品的强度产生重要的影响5，其重要参数是成型压力。RDF密度随着成型压力的增加而加

21、大（这主要是由于压力的升高导致垃圾与添加剂之间的密实度增大，从而导致垃圾衍生燃料的密度随之增大），同时成型压力的提高使RDF存在最大落下强度，因此存在最佳的成型压力，成型压力为15 MPa，过了该压力后，强度反而有所下降。原因是垃圾含有的大量塑料、橡胶不仅具有塑性，同时还具有弹性。在成型过程中，塑性使垃圾颗粒相互靠紧而有利于成型，而弹性则相反，对成型不利。在较小的成型压力下，塑性作用占主导地位，压力越大，垃圾存贮的能量越高，也就越利于成型；而压力达到一定程度后，弹性占主导地位，且随成型压力增大越来越显著，RDF的强度因此降低。但提高成型压力将增加动力消耗，并且对RDF的燃烧特性产生不利的影响，

22、相关数据见图9、图10。 图9 成型压力对RDF的密度的影响 图10 落下强度与成型压力的关系3RDF的参数控制3.1垃圾的预处理由于原生垃圾组分混杂，含水率高，固态形体尺寸不一，且夹杂着大量的无机不可燃物质。若直接破碎和干燥，因其组分复杂，各组分的物理参数相差悬殊，甚至互相矛盾（如特硬、特软物质并存，特长、特短物质并存，特大、特小物质并存等），就较难选择单一的破碎方式和破碎机械进行破碎处理。而且，高水分下垃圾的黏着性，也将使垃圾结团而干燥不均，因此垃圾预处理是RDF技术的关键工艺环节。垃圾预处理的核心首先是有机质与无机质的分离，即去除不可燃的无机质（如金属、玻璃、沙土等），并对有机质进行分选

23、，然后是干燥，并破碎为细颗粒。3.1.1原生垃圾粒度分析原生垃圾各组分粒度分布对破碎及分选工艺的选择及其关键参数（如风选工艺中进风速度和风机角度、筛分工艺中的孔径、数量等）的确定产生重要影响。李兵6对某东部沿海城市全年生活原生垃圾主要可燃物组分粒度分布进行了研究，具体结果如表5所示。表5 某城市生活原生垃圾主要可燃物组分粒度分布3.1.2垃圾的分选处理垃圾预分选的目的是将垃圾中可回收利用或不符合后续处理、处置工艺要求的物料分离出来。目前广泛应用于城市垃圾的分选方法和技术主要是筛分、风力分选和磁选。（1）人工分选：垃圾由抓斗送入皮带运输机，由人工目测分检。人工分选的目的是将砖石、玻璃瓶、易拉罐等

24、不可燃物大件垃圾、部分后续处理有害物料分检出来，以避免后续处理过程增加不必要的负荷，同时可延长设备的寿命。（2）磁选：通过磁选机在经破袋破碎后的垃圾中分检出其中的金属组分。（3）风选：借助物料密度的差别，进一步分选出垃圾中不可燃或难于后续处理的组分。在风选机中，固体废物在气流作用下按密度和粒度大小进行分选：玻璃、沙土、陶瓷、金属等重组分从风选机中重组分出料口排出，再经过磁选机分离出磁性金属组分；玻璃、沙土、陶瓷等无机不可燃物另作处理；经风选机分离出的轻组分进入后处理工艺。应该注意的是，需精心进行合理的风力分选计算，以确定适当的进风速度和风机角度。（4）筛分：一般采用滚筒筛分机，分选的主要目的是

25、进一步分离小颗粒灰土等无机不可燃物，经过前一级的剪断破碎和风力输送、干燥，将使黏附于塑料、纸张等有机物上的泥土等分离。但需要根据原生垃圾组分及其粒度合理确定滚筒筛的孔径、数量。3.1.3垃圾的干燥处理干燥的主要目的是要降低物料的水分，提高物料的热值，并有利于后续破碎工艺。干燥后物料的水分含量要求与后序钙化物添加剂的种类有关，若用Ca(OH)2作添加剂，物料水分含量应不高于10%，而用CaO作添加剂，物料水分含量应在25%左右，以利于添加剂向原料的内部浸透。垃圾干燥方式有热风对流干燥和自然干燥两种。通常应采取热风对流干燥，因为与自然干燥比较，该方式干燥均匀，可以保证RDF具有良好的成型性。干燥设

26、备一般可采用卧式炉或回转窑，所需的能量由RDF 焚烧炉的废热提供。为保证良好的效果，干燥温度宜在100200之间，一般取160。另外需配有除臭装置，以避免产生有害物质而造成制备过程中的二次环境污染。3.1.4垃圾的破碎破碎是通过外力的作用，破坏物体内部的凝聚力和分子间作用力而使物体破碎的操作过程。根据城市垃圾的特点和处理工艺过程要求，重点是考虑垃圾在处理系统内能连续地进行处理和快速地进行干燥，以及保证采用气力输送系统的正常工作。为此，采取了三次破碎的处理过程。（1）一次破碎：破袋破碎机将垃圾中的玻璃、沙土、陶瓷等脆性垃圾破碎，而纸、塑料等呈现韧性不易破碎，金属等具有延展性，也不能破碎，从而为无

27、机物的分选做准备。其中物料破碎后的粒度以适宜风选工艺要求为准，保证进入风选机后能够将不可燃的重组分无机物分离出来。（2）二次破碎：将球形度较差的纸张、织物、草木、塑料、橡胶等可燃组分物料进行破碎，并保证纸张等可燃物的粒度一般应在40mm左右，并将易形成较好球形度的厨芥等高含水率组分破碎到更小的粒度，其目的是在后续风力输送干燥过程中使不同组分产生接近的悬浮运动速度和缩短高含水率组分的干燥时间。为此，采用适于破碎韧性物料的剪断破碎机。（3）三次破碎：三次破碎采用强力破碎设备，主要目的是将经过滚筒筛筛分出来的不同粒度的RDF原料的粒度降低到25mm，以保证RDF具备良好的成型性和燃烧性能。需要说明的

28、是，国外RDF生产工艺中为充分回收含铁金属，一般设二级以上磁选设备，而且设二级涡电流除铝设备以回收铝。但考虑到我国存在大量拾荒者，使原生垃圾中金属含量已较少，所以只设一级磁选，若垃圾确含有较多铝成分时，或采取人工分选或设置二级涡电流除铝设备，则铝金属可以得到充分回收。3.2二次污染控制城市生活垃圾经过预处理后，可使垃圾焚烧温度提高，减少了因焚烧造成的环境二次污染问题。但在燃烧过程中因焚烧温度等环境条件的变化，仍可能造成二次污染。因此，在燃料制备的过程中应采取必要的工艺，以避免后续燃烧中产生二次污染。在RDF制备原料中添加钙化物，将垃圾中氯化物燃烧分解的气态氯转移到氯化钙固体中去，最后对固体废渣

29、进行无害化处理，是避免产生二次污染的有效措施。郭小汾等人7提出钙化物可选用Ca(OH)2或CaO，添加量一般为原料量的 3%5%。添加工艺依据所选钙化物而有所不同，用CaO作添加剂，应在垃圾含湿的状态下加入添加剂，添加剂溶入水中并向垃圾内部浸透，将垃圾进行杀菌，并与垃圾中易腐烂的物质发生化学反应生成稳定的物质；而用Ca(OH)2作添加剂，一般需要先干燥（也可将该干燥过程与前干燥工艺合二为一）使物料水分降低到10%以下，再加入Ca(OH)2，使其与RDF原料进行混合。另外，张宪生等8提出按照最佳煤配比，通过掺煤同样可以控制二次污染，并提高燃烧性能。3.3致密成型成型方法主要有加热和不加热两种方法

30、。其中加热法因加热温度较高，需要消耗额外能量，因而不适合用于RDF工业化生产。对于不加热成型方法，在致密成型前，需要通过二次干燥（用Ca(OH)2作添加剂时除外）将原料的水分降低 10%以下，否则原料在受压时其内部水分溢出，将造成RDF内部出现空洞，致使RDF强度下降。RDF 的成型设备有螺旋挤压、剪切、对辊等不同类型。为保证 RDF 具备良好的成型性和燃烧性能，需要确定最佳的成型压力，该压力的确定与钙化物种类及添加比例、煤配比（若混煤）、物料水分含量等因素有关9。3.4RDF和煤的混烧技术参数控制在现有的循环流化床燃煤锅炉上混烧RDF被认为是一种很有前景的垃圾资源化利用技术。其不仅可以利用现

31、有的设备从而降低成本，同时与炉排式垃圾焚烧炉相比，RDF流化床焚烧炉的有害物排放量低，燃料适应性广，还可实现炉内低成本的石灰石脱硫等特点，其中二噁英类物质的排放量只是炉排焚烧炉的27%，流化床燃煤锅炉是洁净煤燃烧技术之一，势必成为将来锅炉发展的主流趋势。将垃圾衍生燃料掺混到现运行的燃煤流化床锅炉中进行混烧，可节约大量的因建设垃圾焚烧设备而产生的一次性投资费用。另外，从1998年起，国家电力部开始实施逐步关停中小电站的政策，如果将中小电站改造成垃圾混烧电站，实现垃圾的资源化利用，既可减少投资浪费，又可以消纳城市垃圾。参照国外的实例，建设一座“RDF生产+RDF焚烧”的垃圾电站，其投资与垃圾焚烧电

32、站相当，若只建设RDF生产设施，将生产出的RDF燃料提供给现运行的燃煤锅炉，投资费用只是建设垃圾焚烧炉的1/5。即建设日处理1000t城市垃圾的RDF工厂，投资约为1.2亿-1.4亿元人民币。通常情况下，RDF工厂的日处理能力为2000 t，按照工程经验公式1000( 2000/1000)0.6估算10，建设投资约为1.8亿-2.1亿元人民币，这样可节约大量的一次性投资。同时，一方面使城市垃圾得以消纳，另一方面实现垃圾的资源化利用。有文献11对RDF和烟煤的混烧做出了研究，试验所用RDF燃料颗粒主要由废纸、塑料以及厨余垃圾等组成，平均长度为20 mm，直径约为15 mm，煤种为开滦烟煤。其常规燃料特性分析见表