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电厂燃料设备及管理 主讲 叶海军2013 6 1 电厂燃料 第一章煤的基础知识第一节 燃料1 定义 与氧产生化学并伴随发热的物质 条件 1 它们应该是可燃物 2 易于获取 3 容易燃烧 发热量高 且燃烧后所获得的热量在经济上必须合算 4 贮备 运输 处理都比较简便 5 使用过程中没有危险性 6 燃烧产物对大气 水质等环境不会造成严重污染 电厂燃料 2 分类 固体燃料 煤 垃圾及工业副产品液体燃料 矿物质燃料油 石油及石油产品 合成燃料油 页岩燃料油 气体燃料 天然气 煤气 电厂燃料 3 燃料在火电厂中的地位 火力发电厂一般是以燃料为原料 以电能为产品的能源转换工厂 电能的生产过程实际上是电厂通过发电设备将一次能源转化为二次能源的过程 一次能源是指以原有形式存在于自然界中的能源 如煤 石油 天然气 水力 风力 草木燃料 地热 核能 太阳能等 二次能源是指由一次能源直接或间接转换为其他形式的能源 如电能 热能 各种石油制品 煤气 液化气 余热 火药 酒精等 电厂燃料 燃料是火力发电厂的粮食 为了保证锅炉连续不断地运行 从而得到连续不断的电能 就必须不断地供应燃料 燃料的采购 运输 加工 输送及贮备是实现火力发电的前提和保证 也是火电生产最重要 最基本的生产环节之一 为了保证向电厂输送充足的 合格的燃料 作为燃料部门的职工必须系统地 全面地掌握燃料方面的有关知识 才能为电厂源源不断的供应燃料提供保证 电厂燃料 第二节 煤的基础知识一 煤的形成 分布 开采二 煤的元素分析成分1 C2 H3 O N4 S5 灰分 A 6 水分 M 电厂燃料 5 灰分 A 煤中所含的矿物杂质燃烧后形成灰分 是煤中的主要不可燃成分 内在灰分 古代植物自身所含的矿物质 外在灰分 煤形成期间从外界带入的矿物质以及在开采 运输中混入的矿物杂质 含量 5 50 电厂燃料 灰分对燃料运输系统的影响 1 煤中灰分越高 煤的发热量就越低 而灰分的比重又是可燃物的两倍 因此输送同容量的煤 使输煤设备超负荷运行 威胁输煤系统的安全运行 2 灰分大的煤种一般比较坚硬 使破碎困难 加剧输煤设备的磨损 增加检修工作量 电厂燃料 灰分对锅炉工作的影响 1 灰分增加 可燃元素含量减少 会增加煤粉制备的能量消耗 2 灰分增加 既降低煤的发热量 还阻碍可燃物与O的接触 影响煤的着火与燃尽程度 3 灰分增加使炉温下降 燃烧不稳定 增加不完全燃烧热损失 4 灰分增加 灰粒随烟气流过受热面 若烟气流速高会使受热面磨损更严重 若烟气流速低会使受热面积灰加重 削弱传热效果 并使烟温升高 增加排烟温度 降低锅炉热效率 5 灰分增加 烟气中的灰粒增多 积灰严重时会堵塞低温受热面的通道 使引风机电耗增加 6 当灰熔点低时 熔融灰粒会黏结在高温受热面上形成结渣 影响锅炉的安全性和经济性 电厂燃料 6 水分 M 是煤中的主要不可燃成分 含量 3 60 表面水分 又称外在水分 它是在开采 储运和保管过程中附着于煤粒表面的外来水分 可通过自然干燥除去 固有水分 又称内在水分 不能通过自然干燥除掉 必须将煤加热至105 110 并保持一定时间才能除去 内在水分和外在水分之和成为全水分 电厂燃料 水分对输煤系统工作的影响 1 煤中水分过大 易引起输煤设备粘煤 堵煤 严重时会终止上煤 2 煤中水分过大 在运输过程中会产生自流 给上煤造成困难 在严寒的冬季 尤其在北方 使煤冻结 影响卸煤和上煤 3 煤中水分增加 煤的低位发热量降低 4 煤中水分过少 会使煤尘飞扬 造成环境污染和燃料损失 电厂燃料 水分对锅炉工作的影响 1 水分增加 会给煤粉制备增加困难 造成原煤斗 给煤机堵塞和磨煤机出力下降 2 水分增加 可燃元素含量减少 煤的发热量降低 3 水分增加 使着火推迟 燃烧不完全 降低锅炉热效率 4 水分增加 燃烧生成的烟气体积增加 使排烟热损失和引风机电耗增加 5 水分增加 低温受热面更易积灰 腐蚀 电厂燃料 三 煤的工业分析更直接地反映煤的燃烧特性 是发电用煤分类的依据 利用煤在加热燃烧过程中的失重进行定量分析 测定煤的水分 挥发分 固定碳 灰分的质量百分含量 挥发分 V 把失去水分的煤在隔绝空气的条件下加热到一定温度时 其有机物质会分解成各种气体成分逸出 这些逸出的气体成分 统称为挥发分 挥发分不是煤中的固有物质 而是煤加热分解后析出的产物 特点 含挥发分多的煤易着火 燃烧快 火焰长 挥发分是燃煤的重要特性 也是对煤进行分类的重要的依据 电厂燃料 四 煤成分的计算基准 1 收到基以实际工作煤 即入炉煤 为基准 用下角标 ar 表示 2 空气干燥基以经自然干燥除去外在水分的煤为基准 用下角标 ad 表示 3 干燥基以除去全部水分的煤为基准 用下角标 d 表示 4 干燥无灰基以除去全部水分和灰分的煤为基准 用下角码 daf 表示 电厂燃料 五 煤的性能 1 煤的密度煤的密度是指单位体积的质量 单位为g cm3它是反映煤的性质和结构的重要参数 1 真密度真密度是指20 时煤的质量与同温度 同体积 不包括煤的所有孔隙 水的质量比 符号TRD 无量纲 真密度用于煤质研究 煤的分类 选煤或制样等工作中 2 视密度视密度是指20 时煤的质量与同温度 同体积 包括煤的所有孔隙 水的质量比 符号ARD 无量纲 视密度用于煤层储量的估算 电厂燃料 3 堆积密度在规定条件下 单位体积煤的质量称为煤的堆积密度 单位为t m3 用BD表示 其测定原理是 将试样从一定高度自由落到一个已知体积的容器中 然后称其质量 依据质量和体积计算出堆积密度 影响煤的堆积密度的因素有煤的性质 水分含量 筛分组成等 电厂燃料 2 煤的风化 1 定义 碳化程度低的煤采出后 存放在煤场中 在自然力的作用下 因大量失水等原因使煤崩解变小 或成煤粉 同时使煤的物理 化学性能和工艺特性改变的现象 称没的风化 2 煤风化后煤质变化表面污损 元素含量变化 氧增大 其余都减小 粒度变小 发热量减低 粘结性减弱 质量减轻 挥发份变化 高的降低 低的略有升高 煤的燃点降低 容易自燃 电厂燃料 3 煤的氧化 1 定义 煤从矿井下采出后 受空气中氧的作用 表面失去光泽并生成赤色或白色锈斑 水分增大 块煤粉碎成粉末 这种现象称为煤的氧化 2 煤的氧化对煤的影响煤的成分发生变化 深度氧化的煤 挥发分增高 二氧化碳的含量增加 发热量降低 煤的结焦性发生变化 煤氧化后其结焦性会很快降低 甚至消失 电厂燃料 4 煤的自燃 1 定义煤氧化时所放出的热量 若因不能及时扩散而积聚在煤堆内 使煤堆温度升高至煤的着火点时 就会发生自燃现象 2 影响煤氧化与自燃的因素空气中的氧 煤自燃可能 煤的碳化程度 煤自燃可能 水分 过高或过低煤自燃可能 黄铁矿的氧化作用 煤自燃可能 煤的粒度 煤自燃可能 温度 煤自燃可能 气候条件 干燥煤自燃可能 电厂燃料 5 煤的发热量 1 定义 单位质量的煤在完全燃烧时所放出的热量 有高位和低位之分 锅炉能利用的一般是低位发热量 符号 Q单位 kJ kg 2 标准煤标准煤 收到基低位发热量为29310kJ kg的煤 电厂燃料 3 原煤煤耗率 发电厂或机组生产1kWh的电能所消耗的原煤量 Kg原煤 kWh 4 标准煤耗率 发电厂或机组生产1kWh的电能所消耗的标准煤量 Kg标煤 kWh 电厂燃料 6 煤灰的熔融特性变形温度DT 锥体顶点开始变圆或倾斜时的温度 软化温度ST 锥体顶点弯曲至锥底面或呈球状时的温度 熔化温度FT 锥体完全熔化成液体并能在底面流动时的温度 通常用变形温度DT 软化温度ST 熔化温度FT这三个特征温度来表示灰的熔融特性 用软化温度ST作为灰熔点 也就是作为炉膛结渣的定性温度 电厂燃料 六 电力用煤的分类以挥发份高低进行分类无烟煤贫煤Vdaf 10 20 烟煤Vdaf 20 40 褐煤 电厂燃料 第二章燃料管理一 燃料验收及计价 一 数量验收入厂煤 电子轨道衡计量 火车 水尺 船 电子皮带秤 带式输送机 地磅 汽车 入炉煤 原煤斗下装电子皮带秤 电厂燃料 二 质量验收 质量验收包括采样 制样和化验 1 采样 定义 为确定一批 堆 燃煤特性而按规定方法采取少部分煤作为分析用样本 这少部分煤在物理和化学性质上都具有代表该批 堆 燃煤的平均煤质特性 这一采取样本的过程称为采样 目的 1 检验人厂煤质 提供依质计价的依据 2 检验入炉煤质 及时提供锅炉燃烧工况 确保运行安全 同时为准确计算煤耗提供数据 电厂燃料 采样的总体要求 1 要有足够的子样数目 且这些子样数目要依据待采燃煤特点 合理地分布在整批 堆 的燃煤中 2 采样工具或采样器要根据粒度大小选择 且经确认无系统偏差 3 子样的最小质量 对煤流采样应不少于5b 对其他采样则要符合粒度与子样最小质量的规定 由此可见 燃煤采样是火电厂生产中不可少的作业 是煤质验收的基础 也是燃煤化学监督的基础 电厂燃料 采样的基本规定 1 采样的具体要求 样本是由总体中的不同部位分别采得的许多分样掺和而成的 样本相对总体而言 偏差是客观存在的 但必须无系统偏差 偏差是个体测定值与总体平均值之差 无系统偏差就表明个体分样的测定值与总体的平均值相比较 有的偏高 有的偏低 而不是固定偏向一方 无系统偏差的取样称为随机取样 随机取样也即是在采样时是总体中的任何一部分都有被取到的同等机会 而不能人为的只采其中一部分 舍弃另一部分 因此 整个采样过程不应有系统误差 这就要求采样应在全部煤中均匀分布的采样点上采样 采样点要合理分配和正确定位 采样工具和机械必须符合要求 采样器的开口宽度不应小于煤样中最大粒度的2 5 3倍 并能充分容纳所采煤样 不应将该采的大块煤 矸石和黄铁矿等有意舍弃或漏掉 电厂燃料 2 采样规定 GB475 1983对于商品煤采样规定是 以1000t 100t作为一个批量 称为分析化验单位 若用火车运输时 一列火车的发运量超过或不足1000t时 可按实际发运量作为一个分析化验单位 由一个分析化验单位中采取的标本 其分析结果就只代表着一批煤量的平均质量 在这一批煤中应采的子样数目以及每个子样的质量 应以满足采样精确度为前提来加以规定 电厂燃料 3 样本总质量的确定 样本总质量Mz N MN 子样数目M 子样的质量 M 0 04DD 最大块度煤尺寸 mm 0 04 系数 对不同物料有差异 kg mm对于块度小的煤 M不小于0 5kg 子样最小质量与煤块度的关系 电厂燃料 4 采样精密度的确定对原煤和筛选煤 当Ad 20 时 精密度为灰分的 1 10 而不小于 1 绝对值 因为对灰分较大的煤可按灰分的 1 10计算 当Ad 20 时 精密度为 2 绝对值 对炼焦用煤 精密度为 1 绝对值 对其他洗煤 包括洗中煤 精密度为 1 5 绝对值 电厂燃料 5 子样数目的确定 子样数目是指一批煤量或一确定单元时间中对某种煤所采的子样个数 也就是通常所说的份数 它与煤的不均匀度和采样要求的精密度有关 不均匀度由灰分表示 灰分越大 不均匀度越大 要求的采样精密度高 子样数目就多 当煤量不足1000t时 按比例递减但不少于上面数字的1 3 大于1000t时 将煤量除以1000开方后与上面数字相乘 电厂燃料 系统误差产生的原因 1 采样点分布不合理 如多分布在煤堆周围 车厢边沿 多采了大块煤等 2 采样工具 或采样器 开口宽度太小 大块煤不易采到 3 子样质量偏小 采到的子样不能代表它邻近的煤质 4 子样数目太少 影响样本的代表性 5 采样周期性恰好与煤质波动周期相吻合 且未曾发现 必须指出 依靠增加单个子样质量 使之超过规定的子样的最小质量是不可能提高采样精密度的 而增加采样的子样数目 固然可提高采样的精密度 但不能减小有关采样中所固有的任何系统误差 电厂燃料 采样方法和注意事项 1 车厢顶部采样时 根据不同品种的煤确定采样点和子样数目 采样时 先挖到表层煤下0 4m后采取 采取粒度不超过150mm的入厂煤时 使用尖铲宽度约250mm 长度约300mrn的采样工具 采样过程中不能将应采的煤块 矿石和黄铁矿漏掉或舍弃 所采的煤样要立刻放人密封的容器中 并立即送往化验室 防止水分损失 电厂燃料 2 在煤堆上采取煤样 煤堆上应采的子样数目 根据GB475 1983的规定 煤堆上应采的子样数目与煤的品种 灰分大小 堆煤量多少和是否洗选等因素有关 对于1000t煤的子样数目按下表选取 对于不足1000t煤的子样数目依据表中规定的子样数目按比例递减 但不得少于规定的一半 煤堆上的采样点的分布 按规定的子样数目 根据煤堆的不同堆形 应当均匀而又合理地分布在顶 顶 底的部位 底在距地面0 5m处 除去0 2m表层煤 然后采样 子样最小质量 煤堆上采子样时 其最小质量可按最大块度确定 采样工具的开口宽度 不小于煤最大块度的2 5 3倍 电厂燃料 3 在煤流中采样 炉前煤一般在输煤皮带的煤流中采样 为了计算煤耗及指导锅炉燃烧 需要对炉前煤进行采样分析 采样点一般布置在皮带机全长的中部位置或尾部的落煤流处 由于皮带机的运行 皮带上的煤随皮带一起运动 煤易发生离析作用 皮带两侧的煤块较大 粒度较小的煤积聚在皮带中心处 因此 应将采样处煤流横截面上的煤全部采出 使不同粒度级别的煤均能采到 若采用横截皮带刮煤形式采样 应将采样器紧贴皮带而不留底煤 如果一次不能采出整个煤流横截面上的煤 也可分两次采取 每次采半边 煤两次采样之间相隔的时间 可按输煤的总时间除以应采的子样数目来确定 电厂燃料 2 制样 1 定义 制样是指对采集到具有代表性的样本 按规定的方法通过破碎和缩分以减小粒度和减少数量的过程 制备出的煤样不但符合试验要求 而且还要保持原样本的代表性 缩制煤样的全过程包括破碎 过筛 掺合 缩分和干燥五个环节 当需要使用浮煤作分析化验时 还要进行减灰步骤 这些环节的操作虽较简单 但容易产生偏差 破坏煤样的代表性 电厂燃料 2 制样要求 1 对最大块度超过25mm以上的样本无论其数量多少 都要先破碎到25mm以下才允许进行缩分 2 在缩分煤样时 必须严格按照粒度与煤样最小质量之间关系的规定保留样品 3 在缩分中要采用二分器或其他类型的机械缩分器 缩分器要预先确认无系统偏差 电厂燃料 3 制样步骤 制样所需的设备和工具如破碎机 缩分器 各种规格的筛子 铁铲 手锤 钢辊 铁盘 毛刷 台秤以及为煤样减灰所用的桶 滤布 捞勺等必须齐全 1 煤样粒度大于25mm时 无论其煤量多少 必须先进行破碎 使破碎的煤全部通过25mm的方孔筛 掺合均匀后 用堆锥四分法缩分出不小于60kg的煤样 2 将上述缩分出的煤样继续进行破碎 使之全部通过13mm的方孔筛 掺合均匀后 用相应的二分器缩分出不少于15kg的煤样 若需进行全水分测定 则可从保留样中用9点采样法取出部分煤样 电厂燃料 3 将第二步中缩分出的煤样再继续破碎 使之全部通过3mm的方孔筛 掺合均匀后 用相应的二分器缩分出不少于3 75kg的煤样 若需制备减灰煤样 测定浮煤挥发份 则可从弃煤中用二分器缩分出部分煤样 4 将第三步缩分出的煤样继续进行破碎 使之全部通过1mm的方孔筛 掺合均匀后 用相应的二分器缩分出不少于0 1kg的煤样 同时从弃煤中用二分器缩分出不少于0 5kg的煤样作为备查样品 5 将第四步缩分出的煤样加热至50 左右 保温至2 4h 使煤样烘干 然后取出 待与空气湿度达到平衡后 全部磨细到粒度小于0 2mm 掺合均匀后装入瓶中 作为分析试样用 电厂燃料 4 制样过程制样过程包括破碎 过筛 掺合和缩分四个环节 1 破碎 减小粒度 增加煤粒的分散程度 改善煤的不均匀度的一种措施 可采用人工法和机械法 人工碎煤要在表面光滑的硬质钢板上进行 碎煤工具主要是手锤和钢辊 劳动强度大 而且容易产生人为系统误差 机械法破碎煤样不仅可以减少劳动量 又能保证样本的代表性 常用的有粗碎的锤击式和颚式破碎机 中碎的对辊式破碎机 细碎用圆盘式破碎机或球磨机 电厂燃料 2 过筛 为使煤样破碎到所需要的粒度 需用各种筛孔的筛子进行筛分 过筛后凡未通过筛子的煤样都要重新进行破碎 过筛 直到全部煤样都通过所用的筛子为止 筛分煤样用的筛子 常用的有100 50mm的圆孔筛 25 25 13 13 6 6 3 3 1 1 mm 的方孔筛以及0 2mm孔径的标准筛 在制备分析煤样时 要用孔径为0 2mm的标准筛 此外 还有为测煤的可磨性指数的专用筛 其孔径为0 071 0 63和1 25mm 用标准筛筛分煤样时 最好采用机械筛分 如使用电动振筛机 其摇动次数每分钟可达221次 振击次数每分钟174次 回转半径为12 5mm 筛分效率高 又能减轻劳动强度 电厂燃料 3 掺合 当煤样经破碎 筛分到一定粒度后 要进行缩分 为使缩分后的煤样不失去代表性 每次缩分前都应将煤样加以掺合使其均匀化 掺合煤样一般采用堆锥法 将破碎筛分后的煤一铲一铲地铲起 在钢板上堆成一个圆锥体 为使煤样的大小颗料在煤堆中分布得比较均匀 堆锥时必须围着煤堆一铲一铲地将煤从锥底铲起 然后从锥顶自上向下洒落 使每铲煤都能沿煤堆顶部均匀地向四周滑落 为保证煤自锥顶向四周滑落得均匀 最好在锥体的正上方放上一个漏斗 如图示 煤自漏斗中自由漏下 能均匀分布于锥体四周 堆掺工作重复进行3次 就认为粒度不同的煤已分布均匀 可进行缩分 掺合工序只用于人工缩分 四分法 和全水分专用煤样缩分 当使用二分器和缩分机械时 可免去掺合工序 电厂燃料 电厂燃料 4 缩分 缩分是使煤样量减少而又使其不失代表性的过程 常用的缩分方法有如下几种 四分法 掺合工作结束后 用压锥圆铁板将煤堆压成厚度一定的扁圆体 再将扁圆体用十字缩分器分成4个形状大体相等的扇形体 弃去对角的两个扇形体 把剩余的两个扇形体的煤样继续进行掺合和缩分 电厂燃料 二分器缩分器法 粒度小于13mm 数量较少的煤样可用二分器缩分 二分器是由一组偶数目长方形小格槽组成 每间隔一个小格槽分向两侧口 糟间宽度为煤样最大粒度的1 5 2倍 缩分时用与二分器宽度相同的簸箕铲取煤样 从二分器顶部的一端移向另一端缓慢倾人 使其自由落下 均匀分布在所有的格槽内 煤样则从两边分成两份任取一边的煤样作试验用或继续缩分 另一边煤样抛弃 二分器格槽的数目 相当于一次进样的缩分点 若往返几次 则缩分点成倍增加 因而这种方法的缩分效果高 偏差小 电厂燃料 机械缩分法 人工缩分易产生偏差 当样品数量大时 最好使用破碎缩分联合制样机 其优点是简化制样工序 减少人为误差 提高工效 常用的有EPS1 8破碎缩分联合制样机 其进料粒度 60mm 出料粒度 13mm或 6mm 适于含水量小于11 的煤样 缩分后的煤样量为进样量的1 8 每小时的处理量可达300 500kg煤样 使用缩分机事先必须经缩分精密度检验合格后方能使用 电厂燃料 5 干燥 干燥的目的是使煤样能畅通地通过破碎机 缩分机 二分器和筛分时不粘附在筛上 因此 干燥需视具体情况而定 不是固定的工序 6 减灰 灰分大于10 的煤 若需要用浮煤进行分析化验时 应将小于3mm的原煤煤样放入重液中进行浮选而达到减灰的目的 电厂燃料 5 制样注意的问题 对于粒度大于13mm的样本 用堆锥四分法缩分 对于粒度小于13mm的样本 应采用二分器或其他缩分器缩分 在缩分时 保留样要符合粒度对煤样最小质量的要求 使保留样仍能保持原煤样的代表性 在缩制过程中要防止煤样的损失和外来杂质的污染 制样必须在专用的制样室内进行 制样室内应有必要的防尘 通风设施 为了堆掺煤样 地面应为光滑的水泥面 并铺有一定面积的钢板 电厂燃料 3 化验 1 化验项目入厂原煤样入炉原煤样煤粉样飞灰