燃煤特性与电力生产之煤的筛分分析

燃煤特性与电力生产之煤的筛分分析粒度大小是煤的重要物理特性之一。为了进行煤质检测，首先需要进行采制样，使其样品的最终粒度符合分析样品的要求；在进行可磨性、磨损指数的测定时，则需将样品制备成规定粒度；为监督锅炉的运行，就得控制入炉煤粉的细度等，故必须对电煤按不同粒度要求进行筛分。因而煤的筛分分析在电力生产中也就具有重要作用。（一）煤的粒度及其特性当今大型锅炉普遍采用煤粉悬浮燃烧方式，将原煤先通过硫煤机加工成较小颗粒，然后再通地过各种磨煤机，如钢球磨、中速磨等制成煤粉，随一次风喷口入炉内燃烧；在电厂的煤质检测中，经常需要将煤制成不同粒度要求的样品，故了解煤的粒度及其特性是十分必要的。1．煤炭产品中的粒度规定煤炭品种不同于煤种。煤种是依其煤化程度不同，将煤分为无烟煤、烟煤、褐煤三大类；煤炭品种是煤经拣矸或筛选加工后所获得的具有不同用途与质量的煤炭产品，它可分为精煤、粒级煤、洗选煤、原煤、低质煤五大类。粒度大小在煤炭品种分类中起到重要作用。所谓粒级煤，是指煤通过筛选或洗选生产的粒度下限＞mm的产品。电厂多燃用原煤及洗选煤。所谓原煤，是指从煤矿直接开采出来的毛煤中，选去规定粒度的矸石（包括黄铁矿等杂物）后的煤炭产品；所谓洗选煤，是指经洗选分级等加工处理的煤。其中混煤粒度在50mm以下，末煤在13或50mm以下。煤粉在6mm以下。洗选煤共7个品种：洗原煤、选混煤、混煤、洗末煤、洗粉煤、粉煤。2．磨煤设备与制粉系统（1）磨煤设备为了将煤样加工成不同粒度，制样室配有各种小型的磨煤机；而为了磨制煤粉供锅炉燃烧，电厂中则配有不同类型的工业磨煤机及相应的制粉系统。关于制样室所采用的小型磨煤机，根据其出料粒度的要求不同，通常可选用颚式磨（出料粒度＜13或＜6mm）；锤式磨煤机、对辊式磨煤机、圆盘磨煤机等（出料粒度＜3mm）；高速锤式磨煤机（出料粒度＜1mm）；密封式粉碎机（出料粒度＜0.2mm）。磨煤机是制粉系统最重要的设备，它通常是靠撞击、挤压或碾压作用将煤磨制成粉。按照磨煤机的工作转速，电厂所用磨煤机大致可分为：低速磨煤机：转速为14~30r/min,如钢球磨；中速磨煤机：转速为50~300r/min,如中速平盘磨、中速环球磨等；高速磨煤机：转速为750~1500r/min，如风扇磨、锤击磨等。①钢球磨煤机。钢球磨煤机是应用最为广泛的一种磨煤机，它几乎可以用于各煤种煤粉的磨制。它可以连续工作很长时间，且对煤中混有的杂质敏感性也不大，故具有较高的运行可靠性。由于磨煤同的筒体与钢球的质量往往比其中的煤量要大得多，故磨煤机自身的电耗较大。磨煤机功率基本上与其出力无关，而磨煤的单位电耗则随出力降低而升高，故钢球磨在低负荷下运行，其经济性较差。此外，钢球磨运行噪声很大，也是其不足之处。②中速磨煤机。中速磨煤机常见的有辊一盘式，又称平盘磨；辊一碗式，又称碗式磨；球一环式，又称E型磨；辊一环式，多为MPS磨。各种中速磨，均是依靠两组相对运行的碾磨部件，在弹簧力、液压力或其它外力作用下，将煤挤压、碾磨、最终磨制成粉。中速磨煤机主要适用于烟煤，它具有自重轻、占地少、投资省、耗电低、噪音小等优点，但它对煤种的适应性及运行的可靠性方面不及钢球磨。如果煤种适宜而煤质又较为稳定的条件下，可考虑选用中速磨煤机。中间储仓式制粉系统常配用钢球磨煤机；直吹式制粉系统则多配用中速磨煤机。③风扇磨煤机。风扇磨煤机是最常用的高速磨。它本身如同一台风机、在完成磨煤的同时，又能鼓风输送煤粉，可省去排粉机使制粉系统简化，该类型磨干燥过程十分强烈，煤粉在磨内多处于悬浮状态，故最适合磨制褐煤及高水分的烟煤。风扇磨煤机具有结构简单、占地少、投资省、适应负荷变化快等到优点，但该型磨煤机磨损较严重，连续运行的时间较短。（2）制粉系统将原煤输送至磨煤机，经干燥并磨制成粉送往锅炉燃烧的全部设备及其管道，总称为制粉系统。电厂中制粉系统通常分为中间储仓式及直吹式两种。①储仓式制粉系统。所谓储仓式制粉系统，是把经磨煤机已磨好的煤粉储存于煤粉仓中，然后根据锅炉运行的需要，从煤粉仓经给粉机送入炉膛燃烧。在制粉过程中，用于煤的干燥及煤粉的输送，就需要一定的风量，同时煤粉在炉内燃烧也必须有足够的空气量，通常把进入锅炉的风量分别称为一次、二次及三次风。输送煤粉并供其着火燃烧所需的那部分空气，称为一次风；为携带煤粉，仅起助燃作用的经燃烧器直接进入炉膛的热空气，称为二次风；在中间储仓式制粉系统中。利用携带的10%细粉的磨煤机乏气从燃烧器中专门喷口送入炉膛的这部分空气，称为三次风。电厂对磨煤机及相应制粉系统的选择关键在于煤种。不同类型的制粉系统各有优缺点。中间储仓式制粉系统有可能采用热风送粉，这对燃用挥发分低的无烟煤、贫煤的锅炉来说是必要的。中间储仓式制粉系统有可能采用热风送粉，这对燃用挥发分低的无烟煤、贫煤的锅炉来说是必要的。中间储仓式制粉系统运行可靠性高，系统即使出现一些故障，也不致立即影响锅炉运行。②直吹式制粉系统。所谓直吹式制粉系统，则是经磨煤机将磨好的煤粉直接吹入炉膛燃烧。直吹式制粉系统，具有结构简单、投资少、耗电少等优点，它不像中间储仓式制粉系统，该系统没有细粉分离器、煤粉仓、给粉机等设备。直吹式制粉系统的制粉量随锅炉负荷变化而变化。制粉系统一旦出现一些故障就会威胁锅炉的正常运行。该系统的运行可靠性不及中间储仓式制粉系统。（二）煤粉特性与电力生产煤磨制成粉后，其性能在很多方面已不同于原煤。这表现为煤粉的颗粒性、流动性、含水性、爆炸性等诸方面，它们都得对锅炉运行产生重要影响。1．颗粒性经磨煤机磨出的煤粉，是由各种粒径及不同形状煤粉颗粒的混合物。绝大部分煤粉的粒径为20~60μm。褐煤煤粉的最大粒径可达1000~1500μm，而无烟煤粉的最大粒径为250~300μm。由于当今锅炉普遍采用煤粉悬浮燃烧方式，故煤粉粒径的大小对锅炉运行具有重要影响。2．流动性煤磨制成粉成，细小的煤粉颗粒能吸附大量空气，煤粉粒子间为空气所包围，因而煤粉与空气的混合物具有良好的流动性，它可象液体一样易于输送。在电厂，煤粉通过一次风喷入炉膛燃烧，正是利用煤粉具有流动性这一特点。为了防止煤粉在气粉管道中沉积，煤粉气流速度就不能太低，在制粉系统中，要尽可能避免使用水平管道。3．含水性煤粉中总是含有一定的量的水分。煤粉水分含量的高低，对供粉的连续性、均匀性、磨煤机的出力、燃烧经济性及制粉设备运行的安全性等方面均有很大影响。煤粉水分过高，煤粉仓内的煤粉易被压实或结块、落粉管和给粉机易堵塞、煤粉输送困难、推迟着火等；煤粉水分过低，对挥发分较大的煤来说，则会增大煤粉自燃、爆炸的可能性。故应根据煤粉储存与输送的可靠性以及燃烧及制粉系统的经济性来综合考虑煤粉水分的控制范围。在电厂中，热风及烟气均可作为干燥介质以降低煤粉的水分含量。4．爆炸性煤粉与空气混合物在一定条件下会发生爆炸。制粉系统的爆炸，是威胁电厂生产的一个重要因素。这不仅与煤粉特性相关，也与运行条件相联系。煤的挥发分含量对煤粉是否会发生爆炸，关系密切。经验表明：干燥无灰基挥发分Vdaf＜10%时，煤粉实际上不会爆炸，在运行中也没有危险，最危险的是Vdaf＜25%的煤。故燃用中、高挥发分的烟煤及褐煤的电厂往往容易发生制粉系统爆炸事故；而燃用无烟煤、贫煤的电厂则不会出现这类问题。虽然在运行中磨煤机出口温度控制在一定范围内，例如70℃，但在制粉系统中由于局部区段产生积粉而引起温升，当达到一定程度时，将导致煤粉的自燃爆炸。显然，制粉系统内的温度分布、煤粉细度、气粉比及其迁移速度，煤粉沉积情况及有无火源，都对煤粉的自燃、爆炸产生直接影响。煤粉周围均为空气将其分隔开，煤粉很易受到氧化，即使表面发生氧化，也将促使其着火温度降低。在制粉系统中，煤粉一直处于运行过程中，由于气粉混合，加上制粉系统内维持一定温度，这就为煤粉提供了更有利的氧化条件。煤粉越细，则越有利于氧化反应的，然而这还不足以引起煤粉的自燃爆炸。但一旦出现了积粉，随积粉厚度的增加，积粉点的温度不断上升而最终引起了自燃、爆炸。如煤粉挥发分含量越高，开始逸出挥发分温度就越低，在一定温度下，制粉系统内可燃气体浓度也越大，自燃爆炸的危险性也就增强。在国内某些电厂曾多次出现制粉系统积粉温升而造成自燃、爆炸；有的电厂磨煤机系统不时发生爆炸，甚至造成人员伤亡的严重后果；有的电厂则由于煤粉着火速度超过一次风速发生喷燃器回火，致使发生被迫停炉等事故。这些均与燃用高挥发分、低着火点的电煤有关。在煤炭条件已经确定的条件下，为煤粉自燃、爆炸，就必须严格执行有关运行堆积以及关于制粉系统防爆方面的有关规定。为保证制粉系统的安全运行，特别需要注意消除制粉系统内的积粉，以防自燃；制粉系统启动前，务必将各种杂物加以清除，在运行中应根据煤质条件合理地控制煤粉细度；制粉系统停运时，应彻底进行抽粉。当制粉系统发生爆炸时，应查明起爆点及分析其原因，并采取适当措施。制粉系统内火源未经消除时，不允许重新启动。在气粉混合物中，氧的浓度大小对煤粉是否产生爆炸有着重要的影响。氧的浓度越高，则煤粉的可燃性也越大。如输送煤粉的气体介质中，氧的浓度＜16%（体积百分浓度），则不会发生爆炸。故有时采用烟气来代替空气作为干燥及输送煤粉的气体介质。