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第三章 电厂燃料分析第3章 电厂燃料分析3.1煤质概述3.1.1煤的形成及种类远在几亿年前的古生代、中生代和几千万年前的新生代，由于地壳运动，大量植物的遗体经过复杂的生物化学和物理化学作用转变为煤，这个过程称为成煤过程。成煤过程分为两个阶段。第一阶段，植物在浅海、湖泊和沼泽中大量繁殖，这些植物死后沉于水下，经微生物的生物化学作用，使低等植物称为腐泥，高等植物成为泥炭。第二阶段由于地壳运动，泥炭和腐泥下沉或被矿物岩石掩盖在底下，受地质因素的作用，即长期受高温高压作用而形成煤，这一阶段也称为煤化阶段。随着煤化阶段的深入，泥炭转为褐煤、烟煤和无烟煤。常用作动力用煤的有无烟煤、贫煤、贫廋煤、不粘煤、弱粘煤、长焰煤和褐煤等，另外还有含硫高而又难洗选的一些炼焦用煤等（参见表13-1）。表13-1 煤的变质程度及煤质 煤种项目无烟煤贫煤贫廋煤弱粘结煤不粘结煤长焰煤褐煤挥发分Vdaf1010201020223720373737含碳量FCdaf909090含氢量Hdaf444.54水分M daf高45煤化程度最高烟煤中最高烟煤中较高低到中等较低最低燃烧特性不易着火燃点高近于贫煤易着火易着火易着火3.1.2煤在火力发电厂中的应用煤是火力发电厂的主要燃料，它占整个电厂生产成本的60以上，一座1800MW的火力发电厂一昼夜燃烧的标准煤在15000t以上（标准煤是指低位发热量为29307.6KJ/Kg的煤）。煤通过燃烧将化学能转化为热能，热能通过锅炉、汽轮机转化为机械能，最后经发电机转变为电能。因此，火力发电厂实质是能量转化的工厂。能量转化的过程中，由于诸多因素的影响，总是有损失的，通常用“煤耗”这一指标来说明煤中化学能的利用率。所谓煤耗，就是每提供1KWh（发1KWh）电所消耗标准煤的千克数。为了降低煤耗，提高热效率，必须了解煤的成分和特性。通过对煤质的分析，便可为锅炉的合理燃烧提供科学依据，为电厂的经济核算、锅炉热效率和煤耗的计算，提供基础资料。3.2煤的组成及分析基准3.2.1煤的组成及分析项目1）煤的组成煤的成分组成分工业分析组成和元素分析组成。工业分析是在人为条件下，将分成几个不同的组成成分，从而判断其中有机质的含量和性质，帮助人们粗略的认识煤的工艺性质的方法。该组成可给出煤中可燃成分和不可燃成分的含量。元素分析组成是用元素分析法得出煤的化学元素组成，并给出某些可燃元素得含量。灰份、挥发份和固定碳并非原来存在于煤中的原有形态，而是在高温下受热分解的产物。如灰份是煤在800完全燃烧后的残留物质。挥发份是指煤与空气隔绝，800下受热7min，其中有机质分解出的气态物质。而固定碳是残留下来的不挥发固体（称为焦饼）此时灰份全部转入焦饼，把焦饼质量减去灰份质量则得出固定碳质量。所以水份、灰份、挥发份和固定碳的百分数相加应该等于100。应当指出，灰份、挥发份是煤在高温条件下的分解产物，煤中原有的矿物质发生了变化，结果使得灰份质量与原有矿物质的质量不同，其质量要小些。因此灰份含量和挥发份含量的叫法显然是不恰当的，应当作“灰份产率”和“挥发份产率”。2）煤的分析项目工业分析，工业分析的项目包括测定煤的水份（M）、灰份（A）、挥发份（V）和计算固定碳（FC）。其中水份代表煤中水份的含量，灰份代表矿物质的含量。从灰份、水份的数据可初步判断煤中有机质含量（有机质100水份灰份）。这项分析对煤燃烧过程的稳定性和经济性都有直接的参考价值。元素分析，元素分析就是测定组成煤中有机物的碳、氢、氧、氮、硫等元素的含量，以上5种元素的含量是用一定的化学方法将其组分的高分子化合物分解转化而得的。发热量的测定，动力用煤的一项极为重要的指标就是发热量，发热量可以用来计算炉膛热负荷和选择磨煤机的容量。在锅炉运行时，发热量可以用来计算发、供电煤耗。煤耗是火力发电厂考核的重要经济指标。在煤炭供需上，发热量可用来作为动力用煤计价的主要依据。3）代表煤质分析项目的符号煤质分析的各项成分，通常用规定的符号表示，如表13-2：表13-2 煤质分析中各项目代表的符号名称工业分析元素分析发热量水份灰份挥发份固定碳碳氢氧氮硫符号MAVFCCHONSQ煤质分析项目右下标符号见表13-3：表13-3 煤质分析项目右下标符号符号意义符号符号意义符号符号意义符号全（水份、硫）t硫铁矿（硫）p空气干燥基（分析基）ad外在（水份）f弹筒（发热量）b干燥基d内在（水份）inh高位（发热量）gr干燥无灰基（可燃基）daf有机（硫）o低位（发热量）net恒温无灰基maf硫酸盐（硫）s收到基（应用基）ar3.2.2煤的分析基准在工业生产和科学研究中，有时为了某种目的将煤的某些成分除去后重新组合，并计算其组成的百分含量，这种组合体称为基准，也就是以不同状态的煤来表示化验结果。同一种原料成分，在计算时所用的基准不同，其计算结果会有很大的差异。常用的燃煤基准有收到基（应用基）、空气干燥基（分析基）、干燥基、干燥无灰基（可燃基）四种。1）收到基收到基也称工作基，是指收到状态供实际使用的煤，也叫原煤。火力发电厂中的进厂煤和存煤都是收到基煤。这些煤除含有一切有机和无机成分外，还有全部水份（内在水份和外在水份）。以收到状态的煤为基准，表示煤中各组成含量的百分比。工业分析：MarAarVarFCar100元素分析：CarHarNarSc，arOarAarMt100式中 Sc，ar 煤中可燃硫。2）空气干燥基除去外在水份的煤就是空气干燥基状态的煤。煤中的外在水份（又称湿分）是最容易变化的，一般用空气干燥的方法除去。用空气干燥状态的煤为基准，表示煤中各组成成分的百分比。工业分析：MadAadVadFCad100元素分析：CadHadNadSc，adOadAadMad1003）干燥基除去全部水份的煤，称为干燥基煤。以无水状态的煤为基准，表示煤中各组分的百分比含量。工业分析：AdVdFCd100元素分析：CdHdNdSc，dOdAd1004）干燥无灰基干燥无灰基是指煤中的可燃部分，它包括有机部分和部分可燃硫（有机硫和硫铁矿硫），其中氮、氧虽然不能燃烧，但它是有机组成成分，故也应作为干燥无灰基成分。用假想无水、无灰状态的煤为基准，来表示煤中各组成含量的百分比。工业分析：VdafFCdaf100元素分析：CdafHdafNdafSc，dafOdaf1005）各基准间的相互换算使用燃煤基准必须根据生产和科研的需要加以选择。实验室用分析试样测定各种组成的含量时，其计算结果为空气干燥基。空气干燥基的组成含量是换算其它各种基准的基础。对于燃油，因为所含水份和灰份甚少，故各基准表示同一组成时相差很小，在非精确的计算中可以忽略。分析结果要从一个基准换算为另一个基准时，可按下式计算：YKX0式中 X0 按原基准计算的某一组成含量的百分比； Y 按新基准计算的同一组成含量的百分比； K 基准换算比例系数（见表13-4）表13-4 基准换算比例系数 Y KX0收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基收到基1空气干燥基1干燥基1干燥无灰基113.2.3我公司燃料品质1）煤种：电厂燃煤设计煤种为山西晋东南地区的贫煤，煤质分析数据及灰份组成如表13-5表13-5锅炉煤种及灰份分析 煤的元素分析和工业分析资料项目符号单位设计煤种校核煤种I校核煤种II全水份Mar%7.965.9310.3空气干燥基水份Mad%0.470.631.2收到基灰份Aar%22.319.5527.3干燥无灰基挥发份Vdaf%14.4215.7412.64收到基碳Car%62.4567.0055.31收到基氢Har%3.093.232.57收到基氧Oar%3.203.063收到基氮Nar%0.650.960.74收到基全硫St.ar%0.350.270.78高位发热量Qgr.v.arkJ/kg246002620021650低位发热量Qnet.v.arkJ/kg236002524020681焦渣特性CRC434哈氏可磨指数HGI828659冲刷磨损指数Ke0.940.361.34原煤粒径mm303030煤中干燥基游离二氧化硅(SiO2)f.d%2.992.952.84收到基固定碳FCar%59.6862.7954.52灰变形温度DT145015001250熔软化温度ST15001300点熔融温度FT14002）点火及助燃油工业分析组成见表13-6表13-6点火及助燃油工业分析油品：0号轻柴油（GB25294）油质分析：恩氏黏度（20时） 1.21.670 E运动黏度（20时） 3.08.0厘沱凝点 不高于0闭口闪点 不低于55含硫量 不大于0.2%十六烷值 不小于50水分 不大于痕迹比重 0.800.83t/m3低位发热量 41870kJ/kg0号轻柴油技术要求（执行标准：GB 252-94）项目质量指标试验方法优等品一等品合格品碘值，gI/100g 6报告报告SH/T 0234 色号，号 3.53.5报告GB/T 6540 氧化安定性总不溶物，mg/100ml 报告2.0报告SH/T 0175 实际胶质，mg/100ml 报告报告70GB/T 509 硫含量，%（m/m） 0.20.51.0GB/T 380硫醇硫含量，%（m/m） 0.010.01报告GB/T 1792水分，%（v/v） 痕迹痕迹痕迹目 测1）酸度，mgKOH/100ml 5710GB/T 25810%蒸余物残炭2），%（m/m） 0.30.30.4GB/T 268灰分，%（m/m） 0.010.010.02GB/T 508铜片腐蚀（50，3h），级 111GB/T 5096水溶性酸或碱无无无GB/T 259机械杂质无无无目 测1）运动粘度（20），mm2/s3.08.0GB/T 265凝点， 000GB/T 510冷滤点， 444SH/T 0248闪点（闭口）， 656565GB/T 261十六烷值 453）453）453）GB/T 386馏程：50%馏出温度， 90%馏出温度， 95%馏出温度， 300 355 365300355365300355365GB/T 6536密度（20），kg/m3报告报告报告GB/T 1884和GB/T 18853.3燃料试验的规定及样品采制13.3.1燃料试验的规定1）入厂煤、入炉煤、煤粉（或飞灰和炉渣）等，都应按规定要求采样和缩分。除另有说明外，它们最后都应缩制成粒度为0.2 mm 以下的分析试样。入厂油、入炉油同样按规定要求采样和缩分，并最后缩制成分析油样。对水分含量较大的油样，要按规定进行脱水处理。2）煤或油的分析试样，应存放在符合防锈蚀、密封等要求的容器中。3）为以后核对需保留试样时，可在分析试样中分取一份保存起来。保存时间一般不超过两个月。4）称取煤、油试样时，都应在充分搅匀后，从不同部位取样。除另有规定外，称取1020g 试样时，一般准确到0.01 g；称取12 g 试样时，一般准确到0.0002 g。5）干燥箱、高温炉、立式炉的常用温度区域，必须进行温度标定。更换电炉加热和控温元件后，应重新标定。6）温度计、热电偶及高温计至少每年校验一次。7）凡受压容器及其附件，都应遵守压力容器使用的有关规定，定期进行压力试验。8）使用分析天平应遵守有关规定。对分析天平应进行定期校验。9）初次使用的瓷坩埚或方皿，须予以编号并烧至恒重。10）从热干燥箱中取出的称量瓶和坩埚等，一般在室温下冷却12 min 后放入干燥器中；从高温炉、立式炉等设备中取出的坩埚、方皿等，应在室温下冷却35 min 后，放入干燥器中。11）试验中所用的蒸馏水，一般电导率应不大于2 S/cm。除另有说明外，本书各试验方法中所用的水，均为蒸馏水。12）试验方法中所用试剂的纯度，除另有说明外，均为分析纯或化学纯。13）需用水分进行校正或换算的试验项目，最好和水分同时测定。若不能同时进行，对烟煤、褐煤、油页岩来说，前后测定的时间差不应超过7 d（天），其余煤种则不应超过10d。14）快速试验方法，经与常规法比较，其结果均不超过允许误差时，方可用于例行监督试验。对例行的监督项目，若经多次检查性试验，其结果均不超过允许误差时，则可免去检查性试验。15）溶液百分浓度用“%”符号表示。如试剂为固体，则表示100 mL 溶液中所含试剂的重量（g）；如试剂为液体，则表示100 mL 溶液中所含试剂的体积（mL）。16）体积浓度，可用MN 表示。M 指液体溶质的份数，N 指液体溶剂的份数。17）凡以去离子水或蒸馏水为溶剂的溶液称为水溶液，一般简称溶液。以其他液体为溶剂时，则称为某某溶液，如乙醇溶液。18）外在水分、全水分一般允许单次测定，但对校核试验必须进行两次平行测定。其余试验项目均须进行两次平行测定。两次测定值如不超过同一实验室允许误差（T），则取算术平均值作为测定结果，否则要进行第三次测定；如三次测定结果的极差小于1.2 T，则取此三次测定值的算术平均值作为测定结果，否则需进行第四次测定；如四次测定值的极差小于1.3 T，取此四个测定值的算术平均值作为测定结果；如极差大于1.3 T，而其中三个测定值的极差在1.2 T 内，则可取此三个测定值的算术平均值作为测定结果，另一测定值弃去。如上述条件均未满足，则应舍弃全部测定结果，并检查仪器和操作，然后重新测定。19）测定值和报告值数值位数按表13-7规定确定。表13-7 测定值和报告值的数值位数测定项目测定值报告值测定项目测定值报告值燃 煤：灰 渣：全水分小数点后二位小数点后一位灰成分分析小数点后二位小数点后二位工业分析小数点后二位小数点后二位灰熔融特征温度510发热量1cal*/g修约到10cal燃 油：元素分析小数点后二位小数点后二位水 分小数点后二位小数点后一位全 硫小数点后二位小数点后二位灰 分小数点后三位小数点后二三位各种形态硫小数点后二位小数点后二位元素分析小数点后二位小数点后二位碳酸盐二氧化碳小数点后二位小数点后二位发热量1cal/g修约到10cal/g煤粉细度小数点后二位小数点后一位闪 点小数点后一位修约到整数真 比 重小数点后三位小数点后二位凝固点小数点后一位修约到整数视 比 重小数点后三位小数点后二位恩氏粘度小数点后一位修约到整数可 磨 性小数点后一位修约到整数比 重小数点后三位小数点后三位机械杂质小数点后三位小数点后二三位* 1cal=4.1816 J 20）测定项目应采用表13-8中统一的代表符号。表13-8 测定项目的代表符号测定项目符号表示方法测定项目符号表示方法外在水分Mf%分析试样高位发热量Qgrcal/g内在水分Minh%分析试样低位发热量Qnetcal/g全水分Mt%二氧化硅SiO2%应用基水分Mar%三氧化二铁Fe2O3%分析试样水分Mad%三氧化二铝Al2O3%分析试样灰分Aad%氧化钙CaO%分析试样挥发分Vad%氧化镁MgO%分析试样固定碳FCad%三氧化硫 SO3 %分析试样氢Had%五氧化二磷P2O5%分析试样全硫Sad%氧化钛TiO2 %分析试样氮Nad%氧化钾K2O%分析试样弹筒发热量Qbcal/g氧化钠Na2O%灰变形温度T188m 筛上煤粉与试样的重量比R88%灰软化温度T2燃油凝点tN灰流动温度T3燃油粘度Et哈氏可磨性指数Kkm机械杂质J%干煤真比重（d2020）g燃油闪点tSB煤视比重ds燃油比重 d204200m 筛上煤粉与试样的重量比R200%煤粉细度13.3.2动力燃料的采制1）在车厢中按斜线布点法采样，在每点上要下挖0.4m采集煤样。对于粒度大于100mm的块煤及其他洗煤或混煤，不论车厢容量大小，均按下图（b）所示, 在斜线上的1、2、3、4、5点位置循环采取一个子样；对入厂原煤、筛选煤，不论车厢容量大小，均按上图（a）所示在斜线上的1、2、3点位置上各采一个子样。斜线的始末两个采样点应位于距车角1m处，其他各点必须均匀地布置在剩余的斜线段上。各车的斜线方向应保持一致。图131 3点和5点法采样2）在煤堆上采样时，根据煤堆的外形均匀布置在煤堆的顶腰底部，最低的部位距地面0.5m处，采样时，除取0.2m的表面层煤，然后采样。采样时，先挖去0.4m深的煤，然后在此深度以下采集煤样。采样所用铲宽约250，长度约300。3）入炉煤采样电厂的入炉煤多在输煤皮带的煤流中采样，为计算煤耗和调整燃烧，每个运行班必须对入炉煤进行分析。采样点多放在皮带全长的中部或终端的落煤流处，随采样器结构而不同。入炉煤采样多用机械采样，机械法的效率高，可减轻人的劳动量，又易做到随机均匀采样，保障采样精密度。机械采样一般由采样头、破碎机和缩分器组成。用采样头采取子样，经破碎机破碎和缩分器缩分，最后制成粒度小于3的实验室试样，或6、13的全水分试样。3.3.3煤样制备方法1）入厂和入炉煤试样的制备分析试样：原始煤样必须全部破碎到粒度级在25mm 以下方可缩分。按表13-9中规定逐级缩制煤样。表13-9 粒度级与样品最小重量的关系粒度级（mm）2513631最小重量（kg）60157.53.750.1在缩制过程中，必须使全部原始煤样通过规定的筛子，不得任意舍弃。若原始煤样水分太高不易制备，可将其适当干燥后再进行破碎、缩分。将粒度为1 mm 以下的煤样继续干燥至恒重后，用