第一章 火电厂燃料知识.doc

第一章 燃料的有关知识一、煤炭的生成煤炭是古代的有机物（主要是植物）的遗体，经过生物及化学的变质作用而形成的。大体可分为两个阶段，第一阶段是泥炭化阶段，即由植物转变成泥炭阶段。当植物枯死之后，堆积在充满水的沼泽中，开始时由于水的存在氧气不足，后来在水面下隔绝空气，在细菌的作用下，直到植物的各部分不断分解，相互作用，最后植物的遗体变成了褐色或黑褐色的淤泥物质，这就是泥炭。这个过程，叫做泥炭化过程。这个阶段需要漫长的地质历史时期，需要进行千百万年。第二阶段，由泥炭转变成褐煤，褐煤转变成烟煤，烟煤再转变成无烟煤阶段。当泥炭层形成后。有水经常冲刷大陆的低洼地方，带来了大量的泥砂、石，在泥潭层逐渐形成岩层（称为顶板）。被埋在顶板下的泥炭层在顶板岩石层的压力作用下，发生了压紧、失水、胶体老化、硬结等一系列变化，同时它的化学组成也发生了缓慢的变化，逐步变成比重较大，较致密的黑褐色的褐煤。当顶板逐渐加厚，顶板的静压力逐渐增高，煤层中温度也逐渐升高后，煤质便发生变化，逐渐由成岩作用变成了以温度影响为主的变质作用。这样褐煤逐渐变成了烟煤、无烟煤。如果有更高的温度，最终可能变成石墨。 形成煤必须具备四个先决条件：（1）植物条件。（2）气候条件。（3）地理条件。（4）地壳运动条件。二、做为火力发电厂的燃料的煤的一些有关知识。燃料是指在燃烧过程中能够发出热量的物质（除核燃料），作为燃料应具备两个条件：1、可燃。2、燃烧时可放出的热量在经济上是可算的。三、电厂燃煤的利用原则：1、尽量不用其它工业部门所必需的优质煤，并通过经济技术比较尽量利用当地或就近的劣质燃料，以保证国家的燃料资源得到充分、合理利用。2、尽量利用当地或就近的劣质燃料，以减轻运输负担。四、煤的物理性质1、 粒度和颗粒组成：煤的颗粒一般具有几个方向的线尺寸，所谓粒度是指煤颗粒的最大线尺寸。2、含水率（湿度）：煤里所含水分有表面水分（也叫外在水分），和固有水分（也称内在水分），两部分组成。煤中所含水分的多少用湿度来表示，既W=（G1-G2 ）/G2100% (G1煤试样在烘干前的质量，G2-煤试样在105温度下，烘干2小时后的质量)。3、容重：单位容积煤的重量称为煤的容量。容重又分为静堆积容重和动堆积容重。（1）静堆积容重：是指自然倾倒于标准容器中的煤重与该容器的容积之比。（2）动堆积容重：是指煤在标准容器中，振动密实后煤的重量与煤所占容器的容积之比。 4、松散性（流动性）和堆积角:(用来表示) 煤在整个输送机系统中的状态，可由煤的松散性表现出来，即用颗粒的流动性来说明，煤的松散性用自然堆积角来表示。 自然堆积角:自由堆放着的煤堆的侧表面与水平面之间的最大夹角。对于带式输送机的振动范围，堆积角是自然堆积角的0.7倍。 颗粒的松散性也是煤的主要性质之一，影响煤流动性的因素很多。主要有:内摩擦力,粘滞力，容重及煤中所含细小颗粒与空气的多少等。 5、机械强度：机械强度是指煤抵抗破坏性外力的能力。（可以用可磨性系数Kkm表示） 6、磨损性：是指煤的颗粒在运动时,对于它接触的设备产生的磨损叫磨损性。 7、腐蚀性:是指煤与其接触的表面产生化学反应。这是煤中含有硫和硫铁化合物所造成的。 8、自燃性:是指常温下煤在空气中由于氧化作用，产生有机部分的氧化过程。氧化的结果是煤开始放热,自燃直到燃烧。自燃的发生与煤的物理性质、化学成分、贮存方法及贮存的时间有关。五、煤的元素分析成分： 1、煤的元素分析成分,即煤的化学成分:包括碳(C)、氢（H）、氮(N)、硫(S)、水分(M)、灰分(A)（1）碳：是煤中最基本的组成部分，是煤中主要的可燃元素。（2）氢：是煤中单位发热量最高的元素，含量不多约占36%(1kg氢气燃烧时放出12049kj的热量)。（3）氮：是煤中杂质，既不燃烧也不助燃，在燃烧过程中产生氧化氮，会污染大气。（4）硫：是煤中可燃元素，也是有害元素，燃烧产生氧化硫及硫化物，污染大气。（5）水分：也是煤中杂质，是有害成分。（6）灰分：是煤的主要杂质，也是有害成分，它是煤中不能燃烧的矿物质在煤燃烧后留下来的固态残渣。（即灰分）六、煤的工业分析成分：火力发电厂一般采用煤的工业分析法， 根据煤的燃烧过程，按规定条件把煤试样在102105摄氏度进行干燥，用加热和燃烧的办法来测定煤的水分（M）、 挥发分(V)、 固定碳(FC)和灰分(A)的百分含量。1、水分：把煤试样放在烘箱，保持102105摄氏度的温度下约两小时后烘至其重量不再变化时为止，试样所失去的重量占原煤重量的百分比，即为该煤水分的成分百分含量。2、挥发分：把失去水分的煤试样至于隔绝空气的条件下（防止被烧掉），规定各种煤统一加热到85度，煤中某些物质会挥发出气体，随着温度的升高和时间的延长，挥发的速度先是不断增加而后又逐渐降低，约7分钟后可基本结束，煤样由于这种挥发所失去的重量占原试样重量的百分比数，即为该煤样的挥发分的成分百分含量。3、固定碳和灰分：煤试样去掉水分和挥发分后剩余下来煤的固定部分称为焦炭，焦炭是由固定碳和灰分组成的。将焦炭在空气中加热到80025度的温度下燃烧，到重量不在变化时取出来冷却，这时焦炭失去的重量就是固定炭的重量，剩余部分就是灰分的重量，这两个重量各占原试样（未烘干加热前）重量的百分数，即是该固定碳和灰分组成的百分比。七、煤的成分基准1、应用基：就是以实际进入锅炉设备的工业煤（俗称入炉煤）即原煤的成分，包括水分和全水分为基准分析得出的成分。例如FCy + Vy + Ay + Wy,用各成分符号右上角标“y”来表示。2、分析基：是在实验室分析用煤的成分，使煤自然风干失去的部分水分，以这种状态为基准进行分析得出的成分。例如FCf + Vf +Af + Wf 用各成分符号右上角标“f”来表示。3、可燃基：是从煤中除掉水分和灰分后煤的成分。煤中本来只有碳氢和硫三者为可燃成分，但由于氧和氮总是同可燃元素结合在一起都算做可燃部分，以此状态为基准进行分析得出的成分。例如FCr+Vr+Ar+Wr用各成分符号右上角标“r”来表示。4、干燥基：干燥基是以去掉全水分后的煤的成分。不论煤中水分的变化，都不受影响，用来集中来反映出灰分的含量。例如：FCgVgAg用各成分符号右上角标g来表示发电厂实验室采用干燥基的发热量（Gnet.ad）挥发分(Vad)水分(Mad)灰分(A)收到基(ar) 低位(net)。八、煤的主要特性1、发热量：单位质量的煤完全燃烧时放出的热量,称为煤的发热量或热值. 用Q来表示，单位KJ/KG发热量分为高位发热量和低位发热量.（1）高位发热量当1kg煤完全燃烧所生成的烟气中的部分水蒸气都凝结成水时煤放出的全部热量，称为煤的高位发热量（QG）。（2）低位发热量当1煤完全燃烧所生成的烟气中部分水蒸气未凝结成水时煤放出的热量，称为煤的低位发热量（用QD表示）锅炉所利用的只是低位，因为炉膛烟气温度过高烟气中的水蒸汽压力很低，一般不会凝结，水蒸汽中的气化潜热并不能释放出来的缘故。2、挥发分：挥发分是煤的重要特性。是煤分类的重要依据。煤失去水分后至于隔绝空气中加热到一定温度分解出的气态物质，称为挥发分。这些气体大部分都是可燃的，如CO、H2、CH4、N2S等，只有少部分是不可燃的。煤的挥发分在2040，无烟煤小于10，挥发分的析出与温度有关也与煤的煤化程度有关。煤在170C260C时,煤化程度越浅，挥发析出的温度越低。3、焦结性：当煤被加热，在水分蒸发和挥发分逸出之后，剩下的坚固程度不同的残留物（焦炭）有的松脆，有的结成不同硬度的焦块，焦炭的这种不同结焦程度的性质称为煤的焦结性。按照焦炭的机械强度，煤的结焦性大致可分为三个等级：（1）、不焦结性煤焦炭呈粉末状；（2）、弱焦结性煤焦炭呈松散状；（3）、强焦结性煤焦炭坚硬成块状。4、灰的熔融性：煤灰的熔融性是指灰分熔点的高低。当锅炉内温度达到或高于灰分的熔点时，固态的灰分将逐渐熔成液体状态，具有粘性，与锅炉内受热面管子接触时就会粘附在受热面上造成结渣（俗称结焦）使传热恶化，影响安全经济运行。各种煤的灰熔点在12001400C之间，在软化温度大于1200C的煤称为易熔灰分的煤。 5、可磨性：煤的可磨性是表明煤的机械强度大小，标志着粉碎煤的难易程度，测定煤的这个性质，引入了一个由试验测得的可磨性系数Kkm。某一种煤的可磨性系数，就是在风干状态下，将标准的煤和所磨的煤由相同粒度破碎到相同细度时消耗的电能之比,(表示为：Kkmbzxbz标煤的电耗量，Ex某种煤的电耗量)。标准的煤是一种极难磨的无烟煤，其可磨性系数定于Kkm=1。九、煤的分类：1、无烟煤：是碳化程度最高，即含碳量最多，不易点燃，发热量最高，重度大，质硬块大不易破碎，呈金属光泽，灰黑和黑色，燃烧缓慢，无烟，只有很短的蓝色火焰，没有焦结性。2、贫煤：碳化程度低于无烟煤与烟煤相近，其性质也介于无烟煤和烟煤之间，含氢量较少发热量低于烟煤，不易点燃，火焰较短色黄且无烟，储存稳定。3、烟煤：碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，发热量也较高，呈灰黑色，有光泽，质松易碎，一般容易点燃，火焰长、烟大、有焦结性。4、褐煤：碳化程度较低，灰分和水分高，挥发分较高，发热量较低。成棕褐色，质松易碎，易点燃，不耐烧，火焰长，焦结性弱，吸水性强，热稳定性差，易风化自燃。5、泥煤：碳化程度较低、含水分高、挥发分最高、灰分变动较大、呈土黄色、干后质松易碎。十、煤的性质对输煤机械的影响1、发热量变化的影响：如锅炉负荷不变，当煤的发热量降低，则煤耗增大，输煤系统的负担加重。2、煤中灰分变化的影响：煤的灰分大小是衡量煤质好坏的重要标志，煤的质量级别是根据煤的灰分多少制定的。对于工业煤来说，灰分总是无用成分，它给运输增加了无效负担，也增加了输煤系统的负担。煤的灰分越高，固定碳就越少，发热量也就越低。根据经验推算，煤的灰分每增加1，其发热量减少约209377Kj/Kg，由于灰分的比重大约是可燃质比重的两倍，输送同容积的煤量，会使输煤设备超负荷运行，造成输煤系统设备磨损增加。3、煤的水分的影响：煤中水分的增大，除增大燃煤的消耗量，增加输煤系统出力外，易引起输煤设备粘煤，煤中水分大到6以上时，将造成落煤管等堵塞，尤其会降低筛分设备效率，不利于带式输送机的运行，严重时会中止输煤，加重设备锈蚀，冬季会使煤冻结影响输送。4、挥发分和硫分变化的影响：挥发分和硫分对输煤设备无明显影响，但注意高挥发分和高硫分的煤，防止自燃和爆炸。因为挥发分高的煤种燃点较低，硫的燃点也低易自燃。5、煤的颗粒度、硬度、表面形状等对输煤机械的影响：煤的颗粒组成、硬度、表面形状对筛碎设备、带式输送机各种连接落煤管等的正常运行都有直接的影响。当煤中大颗粒增多，机械强度大时，会使碎煤机负荷加大，带式输送机落料管受大块冲击和磨损，同样对落煤管会有不同程度的冲击和磨损，降低使用寿命。当煤中小颗粒数量较多时，要求筛子具有较高的筛分效率。此时带式输送机上煤流运行的稳定程度得到改善。同时由于小颗粒的增多使各处落煤管壁、死角粘煤，粘煤区的扩大将会产生堵塞现象。此时对落煤管道的冲击磨损现象有所减少。十一、煤的工艺性质为了提高煤的综合利用价值，必须了解、研究煤的工艺性质，以满足各方面对煤质的要求。煤的工艺性质主要包括：粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。 1.粘结性和结焦性： 粘结性是指煤在干馏过程中，由于煤中有机质分解，熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。煤的粘结性是结焦性的必要条件，结焦性好的煤必须具有良好的粘结性，但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。这就是为什么要进行配煤炼焦的道理。粘结性是进行煤的工业分类的主要指标，一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示，常称胶质层厚度。胶质层越厚，粘结性越好。测定粘结性和结焦性的方法很多，除胶质层测定法外，还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶质层厚度也很小。 2.发热量： 是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量，亦称热值，常用KJ/kg表示。它是评价煤炭质量，尤其是评价动力用煤的重要指标。国际市场上动力用煤以热值计价。我国自1985年6月起，改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。为便于比较耗煤量，在工业生产中，常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368Kj /kg的标准煤来进行计算。 3.化学反应性： 又称活性:是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。 4.热稳定性： 又称耐热性:是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。热稳定性的好坏，直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。 5.透光率： 指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等)，在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后，所得溶液对光的透过率称为透光率。随着煤化程度加深，透光率逐渐加大。因此，它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。 6.机械强度： 是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。机械强度低的煤投入气化炉时，容易碎成小块和粉末，影响气化炉正常操作。因此，气化用煤必须具备较高的机械强度。 7.可选性： 是指煤通过洗选，除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。十二、发电用煤质量指标有： 1、挥发分：是判明煤炭着火特性的首要指标。挥发分含量越高，着火越容易。根据锅炉设计要求，燃煤挥发分的值变化不宜太大，否则会影响锅炉的正常运行。如原设计燃用低挥发分的煤而改烧高挥发分的煤后，因火焰中心逼近喷燃器出口，可能因烧坏喷燃器而停炉；若原设计燃用高挥发分的煤种而改烧低挥发分的煤，则会因着火过迟使燃烧不完全，甚至