煤粉锅炉对煤粉的要求(发电厂对煤炭质量要求)

Posted 2023-06-02

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煤粉锅炉对煤粉的要求(发电厂对煤炭质量要求)

发电用燃料一般是指火力发电厂进行电力生产时所需要的燃料。火力发电厂的发电燃料按形态大致分成固体燃料、液体燃料、气体燃料。固体燃料主要是煤。煤的成分有碳、灰分、水分和挥发物。液体燃料主要是重油，即炼油厂从石油中提炼出汽油、煤油、柴油等以后剩下的油。重油是一种优质发电燃料，灰分和水分都很少。气体燃料主要是天然气，还有焦炉煤气、高炉煤气等。

目前我国电厂锅炉所用燃料主要是煤。一般先把煤磨制成煤粉，然后送入炉膛燃烧。煤炭的物理状态对燃烧有一定影响，首先是煤的干湿对燃烧有一定影响。这里的干与湿，是指煤的表面水分。一般来说，水分对燃烧是有害的，燃煤的水分增加，会使燃烧温度下降，导致燃烧不稳，影响运行的经济性和可靠性。但是从燃烧动力学角度来讲，煤中含有少量适当的水分，对燃烧有利。

发电厂通常使用动力煤做燃料，是对煤炭要求最低的，煤炭主要还可以分三类，褐煤，烟煤，无烟煤。

动力煤指用于作为动力原料的煤炭。一般狭义上就是指用于火力发电的煤。从广义上来讲，凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的，产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤，简称动力煤。

动力煤的热值和挥发分、灰分的要求不像化工煤（如炼钢用的焦煤）那么高。但从动力工艺的经济效益考虑，动力用煤也应有一定的质量要求。

燃料煤的特性包括两个方面：一是煤特性，二是灰特性。煤特性指煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、元素含量（碳、氢、氧、氮、硫）、发热量、着火温度、可磨性、粒度等。这些指标与燃烧、加工（例如磨成煤粉）、输送和储存有直接关系。

灰特性指煤灰的化学成分、高温下的特性、以及比电阻等。这些特性对燃烧后的清洁程度，对钢材的腐蚀性以及煤灰的清除等有很大的影响。

动力用煤就类别来说，主要有褐煤、长焰煤、不粘结煤、贫煤；气煤以及少量的无烟煤。

从商品煤来说，主要有洗混煤、洗中煤、粉煤、末煤等。

劣质煤主要指对锅炉运行不利的多灰分（大于40%）低热值（小于15。73兆焦/千克）的烟煤、低挥发分（小于10%）的无烟煤、水分高热值低的褐煤以及高硫（大于2%）煤等。

对动力用煤的质量要求，比对其他任何用煤都低。例如低位发热量大于4186.8kJ/kg的煤矸石就可作沸腾锅炉的燃料。但从动力工艺的经济效益考虑，动力用煤也应有一定的质量要求。首先是发热量，其次是灰熔点的高低和结渣的难易程度，粉煤锅炉燃烧还要考虑可磨性系数的大小，链条式锅炉燃料需要注意煤的含块率等指标。动力用煤还分为船舶用煤，机车用煤和发电用煤等，它们对煤质的要求也是各不相同。

根据国家的能源利用政策，在选择火力发电用的燃料时，应该注意下列几点：

考虑到能源的合理利用，火力发电应尽量采用当地供应的劣质燃料，例如褐煤、洗中煤、矸石、油页岩或渣油等，并充分利用其他工矿企业燃料副产品，不占用其他工业部门所必需的优质燃料。

要有足够的燃料资源供火电厂长期使用，凡是定点供应的煤矿，其开采量至少能保证供应电厂100年以上的用煤量。

大型火电厂由于用煤量较多，一般应靠近燃料基地，尽可能建成矿口电厂，以减少国家铁路干线的运输量。

在有多种燃料可供选择时，必须进行详细的运煤和输电的论证比较，选定最佳的燃料供应矿点，以防止出现煤电倒流现象

煤炭的种类和性质对锅炉燃烧设备的结构、选型、受热面的布置以及运行的经济性和可靠性都有很大影响。发电厂应该尽可能供应原设计选用的煤炭品种，有一些变化，尚可适应，变化太大，就会影响运行的经济性和可靠性。因此，就要求在设计选用煤种时，一定落实可靠。要充分考虑到煤炭地区平衡和煤炭运输流向等的变化因素，否则，在电厂投产后，就难以按所选用的设计煤种供应煤炭，只能尽量按与设计相似的煤种和几种煤按比例供应混合使用。

对电厂锅炉热力工作影响大的指标主要有：干燥无灰基挥发分Vdaf、收到基灰分Aar、收到基水分Mar、干燥基全硫分St，d、收到基低位发热量Qnet，v，ar，以及灰熔融性：DT(T1)、ST(T2)、FT(T3)等。

煤粉炉对煤的挥发分适应范围较广，可以设计成燃烧高挥发分的褐煤，也可以设计成燃烧低挥发分的贫煤、瘦煤，甚至无烟煤。但是煤的挥发分对煤粉炉燃烧器的型式、布置，炉膛形状、大小和燃烧带的敷设有较大的关系；对煤粉炉的点火、助燃油系统的设计，以及空气预热器的大小，制粉系统的型式和防爆措施的设计等，都有直接的影响。因此，对已经制造定型并安装投产的某一台煤粉炉来说，不可能对各种挥发分的煤都能烧。因此，在供应煤炭时要尽可能考虑锅炉原设计煤种的挥发分。

对灰分的要求。灰分对燃烧的影响也是首先表现在对着火的影响。灰分高会使火焰传播速度减慢，而着火推迟，燃烧温度下降，燃烧的稳定性就差。煤的灰分增大，可燃物的成分相对减少，煤炭的发热量降低，而且当矿物质变为灰分时，还要吸收热量。因此，煤的灰分愈高，理论燃烧温度愈低，炉膛温度的下降幅度也愈大，煤的燃尽度变差，机械不完全燃烧的热损失增加；而排灰量增大，灰渣的物理热损失也随之增加。但是，由于灰分增加时煤的可燃物组分相应减少，因此，飞灰中的可燃物含量却是随之略有降低。灰分对燃烧也有好处。层状燃烧时，如灰渣在炉箅上保持一定的厚度，不仅能起到保护炉箅不致烧坏的作用，而且对鼓入的空气也起到分散均匀的作用。悬浮燃烧，火焰中所含的灰渣滴对燃烧过程起着催化作用。

对水分的要求。水分不能燃烧，因此，煤的水分愈高，可燃物质就相对减少，发热量降低。而且在燃烧时，水分蒸发还要吸收一部分热量，使煤的有效热能降低。在一般情况下，要使煤中1kg水分蒸发，需要约2500kJ的热量。由于水的蒸发热量很大，煤中水分所耗热量比灰分高得多，所以水分对理论燃烧温度的影响比灰分更大。我国发电锅炉用煤的全水分Mt大致为2～44%。当入炉煤水分增高时，燃烧产生的水蒸气体积增加，炉膛温度水平降低，炉膛受热面的吸热量减少，这时虽然对流受热面的吸热量增加，但包括排烟温度在内的尾部各段烟温总会有所升高，因而增加了排烟热损失和引风机的耗电量。但是，从燃烧动力学的角度看，煤中含有少量的适当的水分对燃烧过程常会产生某些有利的作用。因为高温火焰中的水蒸气对燃烧过程是十分有效的催化剂，水蒸气分子可以加速煤粉残炭的气化和燃烧；水蒸气还可以提高火焰的黑度，加强辐射传热至燃烧室炉壁；另外，水蒸气分解时产生的氢分子及OH根又可提高火焰的热传导率。

对硫分的要求。硫在燃烧时虽然能放出一部分热量，每公斤硫可发出热量9.199MJ，但更主要的它是不利的成分。因此，硫是煤中有害物质，煤的硫分愈低愈好。硫燃烧后生成二氧化硫SO2及三氧化硫SO3，它们极易与烟气中的水蒸气化合成H2SO3和H2SO4蒸气。当遇到低于其露点的金属壁面时，H2SO3和H2SO4蒸气就会凝结在上面，对金属起腐蚀作用。燃用高硫分煤炭时，锅炉最后的低温部分受热面(省煤器、空气预热器)经常会产生严重的腐蚀，对锅炉的危害很大。

对发热量的要求。煤的发热量同锅炉燃烧的理论空气量、理论干烟气量和湿烟气量，以及可达到的理论燃烧温度有关。烧用的煤发热量低于原设计选用的煤种，理论燃烧温度必然下降，炉内温度水平降低。不但不利于煤粉的着火和烧尽，而且会导致机械不完全燃烧及排烟热损失的增加，锅炉热效率下降。煤发热量下降到一定程度时，将引起燃烧不稳，灭火放炮；另外，如果煤的发热量降低，而煤的供应量又不增多，将使蒸汽参数和蒸发量降低；为了保证锅炉蒸汽产量，而增加煤的供应量，这样，炉膛出口烟气温度将升高，烟气流量也将增加，从而使各对流受热面中平均温度和烟气流速都增加，于是各对流受热面吸热量也增加，过热气温将升高。这时，为了保证气温维持在额定值，就必须增加减温器喷水量。省煤器如果原来是不沸腾的，在这种条件下有可能接近或成为沸腾的；原来是沸腾的，则增加了沸腾度。热空气温度也将提高。锅炉的排烟温度也提高，从而增加了排烟热损失。反之，如果煤的发热量高于原设计水平，炉膛温度必然升高，煤灰大多软化、熔融，容易结渣。发电用煤有一定的质量要求，而发热量就是一个重要的质量指标。

对灰熔点的要求。层状燃烧方式对煤的灰熔点要求不高。这是因为燃烧是在炉排上进行的，所以炉膛中心温度低，烟气中的飞灰也少，受热面上结渣的情况不严重；而在炉排上，燃烧层的温度高达1800～2000℃，因此，灰渣在靠近燃烧着的焦层下面呈熔化状态，但由于自下而上的空气对渣层起着冷却作用，所以在靠近炉排的灰渣是凝固的，不致于粘结在炉排上。

一般电厂锅炉用煤的要求为：

1)发热量。要求收到基低位发热量Qnet.ar>23MJ/kg。坑口电厂由于避免了长途运输，可以充分利用劣质煤，Qnet.ar的要求可相应降低。

2)硫分。为减少对锅炉、管道的腐蚀，降低对环境污染，煤炭的含硫越低越好。一般要求全硫含量St，d≤2.5%。如燃用高硫煤，则烟气必须先经脱硫，方可排入大气。

3)灰分。电厂锅炉用煤，对灰分含量要求不严，一般要求A≤49%。

4)灰熔点。锅炉排渣方式不同，对灰熔点要求不一。固态排渣的锅炉，为了不致发生灰渣粘结，一般灰熔点以较高为宜，要求大于1200℃；液态排渣的锅炉，则要求其灰熔点不能超过1300℃。

发电用煤可采用发热量较低的褐煤、中煤。煤泥或灰分大于30%的烟煤，甚至还可用煤矸石等低热值燃料。即使是泥炭、石煤、天然焦或油母页岩等，也都可以用来发电。硫分含量虽对燃烧本身无多大影响，但对锅炉炉体和管道有较大的腐蚀性。从防止环境污染，保护人民健康出发，发电用煤的硫分越低越好。

随着石油和煤储量的减少及生态环境的恶化,能源危机和环境污染已经成为当今社会最受人们关注的两大热点。而由于石油燃料和煤的使用范围和使用量的不断增加,能源危机和环境污染的状况变得更加严重。因此石油和煤等发电用燃料的替代燃料的发展也越来越多地受到重视。甲醇由于其清洁、高效、经济且来源广泛,近些年来受到了人们广泛的推崇。已在车用方面得到了广泛的应用,但是在其他领域应用相对较少，其在发电领域的应用具有很好的前景。

生物质能发电燃料也是未来发电用燃料的发展方向。其具有以下特点：

与矿物能源相比，生物质在燃用过程中，对环境污染小。

生物质能蕴藏量大，而且是可再生能源。

生物质能源具有普遍性、易取性，而且廉价、易取，生产过程极为简单。

生物质能是唯一可以储存与运输的能源，对加工转换与连续使用带来一定的方便。

生物质挥发组分高，炭活性高，易燃。