煤炭：电力产业的应用

现代大、中型电厂锅炉一般均燃用煤粉，原煤经清除金属等杂物后由碎煤机破碎，经磨煤机磨制成煤粉，由空气输送经燃烧器进入炉膛燃烧。因此，电力用煤必须满足电厂安全经济运行的要求，同时，为充分利用能源资源，某些劣质煤及油母页岩等均可作为发电燃料。

根据电力生产的特点，对电力用煤的煤质要求主要体现在挥发分、发热量、灰分、水分、含硫量及灰熔融性等方面；另外，也体现在煤的可磨性、煤灰成分、煤的粒度等方面。煤质特性的每一项指标都要达到较理想的要求，实际上是很难实现的，因此应对电力用煤的各项指标加以综合分析，选用能够较好满足电力生产所需的燃料。

现将电力生产对煤质的要求概述如下：

（1）水分。它是电力用煤的一项重要指标。水是煤中不可燃成分，煤中水分含量越高，势必使运输量及经济负担增大，发热量降低，锅炉烟气量增加，由烟气带走的热量也越多，因此加大了排烟热损失及排风机的能耗。

煤的水分随煤种、采煤方法、加工工艺及外界环境条件而异。褐煤水分含量高，烟煤次之，无烟煤最低。电厂用煤以水分含量较低为好，但水分过少也有弊端，易造成煤粉飞扬而污染环境。煤中含有适量水分对燃烧有利，火焰中含有水汽对煤粉的悬浮燃烧能起到催化作用。

综上所述，电力用煤的水分宜控制在5%～8%，如煤的外在水分超过8%～10%，就可能导致输煤、给煤系统运行障碍。

（2）挥发分。电力用煤挥发分的高低会影响锅炉的稳定燃烧与制粉系统的安全运行。煤的挥发分过高，易在制粉系统中局部积粉，会使温度升高，甚至达到自燃；煤粉燃烧，可使压力普遍升高，从而有可能导致制粉系统的破坏并使火焰外喷；在敞开的空间，煤粉与空气的混合物容易引起粉尘爆炸。

煤的挥发分与着火温度之间有一定的相关性。一般说来，煤的着火性能随挥发分增高而增强，高挥发分烟煤及褐煤容易着火；低挥发分、高灰分的劣质无烟煤及贫煤难着火，容易造成锅炉燃烧不良，甚至灭火。

一般说来，当干燥无灰基挥发分小于10%时，煤粉不会发生爆炸，运行时也不会有危险；当挥发分大于25%时，则危险较大。挥发分越大，则危险性越大，因此，贫煤及低挥发分烟煤较适合作为发电用煤。

（3）灰分与发热量。它们是衡量电力用煤的最重要特性指标，也是煤炭计价的主要依据。

煤中灰分与发热量之间具有较好的相关性。灰分越高，意味着煤中可燃成分减少，发热量降低，燃烧温度下降，燃烧稳定性减弱，锅炉效率降低。此外，煤中灰分高，锅炉受热面的沾污、磨损加剧。炉膛受热面的沾污常常引起锅炉结渣及过热器超温而威胁运行，同时，对除尘设备的性能、烟囱的高度都有较高要求，增大了基建投资及运行费用。

另外，电厂要解决大量粉煤灰的输送、贮存问题。在土地短缺的情况下，贮灰场地不易解决。全国火力发电厂年排粉煤灰量近亿吨，而目前灰的利用率约为40%，因此贮灰场地不可缺少。以一个容量为600MW的电厂为例，燃烧灰分为26.5%的煤，容积达1000万m3的贮灰场地也只够存灰20年。此外，电厂排出的灰，通常要通过输灰管道借助水力送往贮灰场，从电厂到贮灰场要几千米至数十千米，凭借水力输灰，即使采用高浓度的灰浆泵排灰，灰水比也得1∶4左右；如用普通灰浆泵排灰，其灰水比则高达1∶15左右。随着冲灰水的外排，又会遇到灰水pH值及含氟量可能超标的问题，同时在排灰过程中还会产生冲灰管道结垢及磨损等问题。(www.xing528.com)

电力用煤要求灰分不能太高，发热量不能太低。电厂应燃用与锅炉设计指标接近的煤种，或通过混配接近锅炉设计指标。

对燃煤灰分及发热量的要求随锅炉设计参数不同而有所差异。对一般煤粉锅炉，使用贫煤或其他低挥发分烟煤时，灰分要求在20%～30%，不得超过40%；收到基低位发热量在19000～23000J/g，最低不小于16700J/g，至于锅炉设计时就考虑燃用劣质煤的，当属别论。

（4）含硫量与含氟量。煤中的硫是有害成分，是火力发电厂排放二氧化硫而造成环境污染的主要因素。煤燃烧时，煤中的硫主要生成SO2，从烟囱排到大气中去，其中有1%～2%的硫被氧化成SO3，而不可燃硫则进入烟尘及炉渣中。通常，电力用煤含硫量为0.5%～3%，烟气中SO2含量为250～1500mg/L，SO3含量仅每升数十毫克。

电厂锅炉燃用高硫煤时，由于煤的氧化作用，锅炉尾部受热面产生腐蚀与灰堵，缩短了低温段预热器的寿命。另外，含硫量的增高，促使灰熔融温度降低，导致锅炉结渣或加重结渣；如果煤的挥发分含量较高，硫含量增高会增大煤的隐燃倾向，导致煤粉仓因温度升高而自燃。

对于电力用煤，要求供应低硫煤，高于3%者不宜使用。如应用高硫煤，为确保电厂中SO2的排放不致污染环境，则需在电厂中加装烟气脱硫装置。这种脱硫装置投资与运行费用很高，技术上也有相当的难度。

除硫外，煤中的氟也是一种有害元素。煤中的氟含量通常不大于每升几百毫克，但水中含氟量一般很低，因此煤中的氟是造成电厂冲灰水氟的污染源。煤燃烧时，约95%的氟转化为HF、SiF4等挥发物进入大气。目前，国家对冲灰水中氟含量有所要求，超标者要予以罚款。由于冲灰水量大，除氟费用高，因此电厂只能寄希望选用低氟煤。

（5）可磨性。煤的可磨性用来表征其磨制成粉的难易程度。煤越软，可磨性指数越大，磨粉时电耗越小。电厂设计人员习惯使用哈氏可磨性指数（HGI）确定制粉设备，哈氏可磨性指数每相差10个单位，磨煤机约相差25%的出力。电力用煤要求HGI为50～90，低于50者为特硬煤，高于90者为特软煤。电厂希望用HGI值较大的煤，以减小磨煤机能耗而提高运行的经济性。

（6）灰熔融性与灰渣特性。灰熔融性是影响锅炉安全经济运行的指标。锅炉结渣会使受热面减少，烟气温度升高，降低锅炉出力，结渣严重时，被迫停炉。对于液态排渣锅炉，运行更大程度上受煤灰熔融性及流动特性的影响，需提供可靠的煤灰熔融性数据。

在用来表征煤灰熔融性的DT、ST、HT、FT四个温度中，以软化温度（ST）更具特征，通常以ST=1350℃为分界线。对于电厂固态排渣锅炉，ST要大于1350℃，且越大越好；灰熔融性温度越低，结渣性越大。

在考察灰渣特性时，还应注意有长渣与短渣之分。两者的区别在于灰渣黏度受温度变化的影响不同。灰渣黏度受温度影响大者为短渣，影响小者为长渣。长渣一般表现为FT、DT之间温差大，如达200℃或更大；短渣的FT、DT之间温差小，常常在100℃以内。电厂燃用长渣煤时，固态排渣锅炉的结渣相对较缓慢，即使结渣也常是局部性的；燃用短渣煤时，可能出现短时间内大面积严重结渣的情况。

为了避免锅炉严重结渣，对煤质及灰渣特性方面的要求是：煤的灰分及含硫量不宜太高，煤粉粒度不宜太大，煤灰应具有较高的ST值，特别要避免使用低灰熔融性的短渣煤，还应选用灰熔融性受气氛条件影响较小的煤。这种煤的灰渣特性受锅炉运行工况的影响较小，从而有助于锅炉的稳定燃烧。