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陕西有色榆林新材料有限公司发电分公司培训教材输煤设备及运行1第一篇燃料及燃料管理第一章燃料的基础知识第一节概述火力发电厂的产品是电能,电能的生产过程是能量的转换过程。电能的生产是从燃料的燃烧开始的,燃料在炉膛中燃烧,其化学能转化为热能,锅炉中的水吸收热能后转变成高温高压蒸汽。这些蒸汽被送入汽轮机后冲动汽轮机转动,将热能转变为机械能,汽轮机转子带动发电机转动而发电,又将机械能转变为电能。由此可见,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。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热能最终转换成电能,就必须不断地供应燃料。燃料的采购、运输、加工、输送及贮存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了解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。第二节燃料的种类及组成目前,火力发电厂是利用燃料的化学能发电的,所用的燃料总体说来可分为两大类:核燃料和普通燃料,核电站是利用核燃料发电的,其发电原理实际上是利用原子能反应堆产生的热能加热水,生成高压蒸汽,冲动汽轮机,从而带动发电机发电的。而作为火力发电厂最常用的普通燃料一般是指在空气中易于燃烧,并能放出大量热量,且在经济上值得利用其热量的物质。这里需要强调的是:不能把可燃物统称为燃料,如纸张、棉布、粮食及食用油等都是可燃物,但不能把它们当作燃料使用。作为燃料必须具备下列基本条件: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。能满足以上条件的物质才能被称为燃料,才能为电厂所用。一、种类燃料按其常温下的物理形态分为固体燃料、液体燃料和气体燃料；按其来源又可分为天然燃料、人工燃料及副产燃料。现按以上两种分类方法将常用燃料列于表1-1-1中。表1-1-1燃料的种类燃料类别天然燃料人工燃料副产燃料固体燃料原煤、油页岩、草木燃料木炭、焦炭、煤粉、煤球、煤砖锯末、木屑、甘蔗渣、种子外壳及可燃性固体垃圾等陕西有色榆林新材料有限公司发电分公司培训教材输煤设备及运行2液体燃料石油汽油、煤油、柴油、酒精重油、煤焦油及渣油等气体燃料天然气、石油气等炉煤气、水煤气、精炼煤气、沼气等高炉煤气、焦炉煤气、低温炼焦煤气等目前我国火电厂所用的主要燃料为天然的固体燃料——煤。煤的种类很多,作为动力燃料,火电厂选用煤种时,应以满足物尽其用为原则,即在技术上既能满足锅炉对煤种的要求,在经济上又能发挥最大的效益,具体说来有以下几个方面。1．为了提高燃料使用的经济效益,根据我国现行的能源政策,尽可能不燃用其他工业所需的优质燃料(如炼焦用煤),应尽量设法应用劣质燃料及综合利用后的燃料副产品(如洗煤、煤矸石等),以保证燃料资源得到合理充分的利用。所谓劣质燃料,一般指燃烧比较困难,除了燃烧放热可以利用外,在其他方面没有更大经济价值的燃料。2．动力用煤,通常要求较高的发热量,较低的灰分。对于液态排渣的炉膛,灰熔点越低越好；而对于干式除灰炉膛,灰熔点一般要求大于1250℃。3．煤的含硫量越低越好,煤中的硫不仅腐蚀输煤设备,而且燃烧后生成的SO2与烟气中的水蒸气结合生成硫酸蒸汽，容易造成锅炉低温腐蚀，另外SO2排放到大气中遇雨会形成酸雾,污染大气。二、组成1．固体燃料的组成（见图1-1-2）图1-1-2固体燃料的组成图1-1-1动力燃料的分类陕西有色榆林新材料有限公司发电分公司培训教材输煤设备及运行3燃料中的C、H元素往往结合在一起形成碳氢化合物,燃料正是靠这种碳氢化合物发挥燃烧作用的,而灰分及水分是燃料中的废物2．液体燃料的组成液体燃料的组成（见图1-1-3）图1-1-3液体燃料的组成第三节煤的分类在火力发电厂中，通常所用的燃料一般是天然燃料,煤是天然固体燃料中最常用的燃料。煤是地壳运动的产物,是由植物形成的。远在几亿年前的古生代、中生代和几千万年前的新生代时期,生长在地表的茂密的森林和植物群落由于地壳运动而被深埋在地下，被埋在地下的这些植物在高温、高压及隔绝空气的条件下,经过复杂的生物化学和物理化学作用,历经亿万年的变质转变为煤,这个过程叫做成煤作用。成煤作用分为两个阶段段:第一个阶段是植物在浅海或沼泽湖泊中大量繁殖,经微生物的化学作用,低等植物形成腐泥。高等植物形成泥炭；第二阶段是泥炭和腐泥因地壳运动下沉,长期受高温、高压形成煤,这一阶段叫煤化阶段。煤化程度不断加深,泥炭变成褐煤、烟煤和无烟煤。煤炭是地质时代堆积的树木等原始物质逐渐被埋入地下在温度、压力等作用下炭化而成的,由于埋入地下的原始植物的不同、埋入地下的深度不一、埋入的年代久远各异,所形成的煤质特征差别很大。为了合理地综合利用煤炭资源,使其发挥最大的效益,就需要对煤炭加以分类。煤的分类方法较多,迄今尚无统一而详尽的分类方法。分类的依据不同,类别也不同,通常情况下有如下几种分类方法。一、按照碳的机械强度和煤的胶质层厚度分类分为三种:1．不结焦煤:焦炭呈粉末状,胶质层厚度等于零；2．弱结焦煤：焦炭呈松散状,胶质层厚度在l0mm以下；3．强结焦煤:焦炭坚硬而呈块状,胶质层厚度10mm。结焦性:煤在燃烧时生成的焦炭,其坚硬及松脆程度不同,我们把这种不同的性质叫做煤的结焦性。胶质层:即将一定数量的煤,放在专用容器中,逐渐加热到730℃进行干馏,在焦炭颗粒表面形成一种熔化的沥青层,该沥青层即为煤的胶质层。胶质层最大厚度:煤在干馏时随着温度的不断升高,其胶质层厚度也在不断增加,当其增加到一定值时,胶质层上下表面的距离达到最大,该最大距离叫做胶质层最大厚度。它反映煤加热时析出的胶质体数量的多少及其热稳定性的高低,用符号“Y”表示,它决定着焦炭的质量,用此值来表示煤的陕西有色榆林新材料有限公司发电分公司培训教材输煤设备及运行4结焦性,胶质层愈厚,煤的结焦性就愈强。二、煤的常用分类法1．按照碳的机械强度和煤的胶质层厚度分类分为三种：2．按可燃基挥发分Vdaf的含量分类分为五种：(1)无烟煤：成煤年代悠久,埋藏时间最长；碳化程度最深,含碳量最高,高达90%～98%；挥发分含量低,不易点燃,燃尽困难,燃烧时火焰短,贮存时不会自燃；其发热量较高,容重比其他煤大,成块状；具有明亮的黑色光泽、机械强度高、质地坚硬、不易研磨、结焦性差等特点。(2)贫煤：其性质介于无烟煤和烟煤之间。碳化程度比无烟煤稍低,挥发分含量较高。挥发分在Vdaf=8%～10%的煤种为半无烟煤。(3)烟煤：埋藏时间比无烟煤短,质地松脆，水分、灰分与褐煤和泥煤相比一般较低；发热量较高,含氢量较高,发热量甚至超过无烟煤,易点燃,燃烧时火焰长,贮存时要防止自燃。是锅炉燃煤比重中较大的一种煤。(4)褐煤：外表似木质,呈棕褐色；碳化程度仅次于烟煤,质脆易碎；灰分及水分含量较高；发热量偏低；挥发分较高,易着火,火焰长,不便于长途运输,贮存时应注意防止自燃。(5)泥煤：比褐煤地质年龄更低级的一种煤,埋藏年代最短；碳化程度最浅,含水量高,灰分变化范围较大,挥发分含量高。迄今为止,在我国发现的极少。为了便于比较,现将上述五种煤的性能列于表1-1-2中。表1-1-2五种煤主要性质成分煤种挥发分Vdaf（%）含碳量Car（%）水分Mar（%）灰分Aar（%）低位发热量Qnet,ar（kJ/kg）无烟煤≤10≥605～1015～20210934～25121贫煤8～15----烟煤10～4540～603～187～1819259.3～20934褐煤＞4030～5020～4015～3010467～12560泥煤＞70-＞5030～508374～10467三、中国煤炭分类1．中国煤炭分类《中国煤炭分类方案》于1958年4月由国家科学技术委员会颁布。该分类方案是采用表征煤化程度的参数干燥无灰基挥发分Vdaf(%)和胶质层最大厚度Y(mm),将我国的煤炭分为10大类、24小类。分类的十大煤种依次按煤化程度的高低进行排列,其次序为：无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤和褐煤。这个分类由于采用了表征煤化程度的参数干燥无灰基挥发分Vdaf(%)和表征煤的粘结性的参数胶质层最大厚度Y(mm),因此,具有其一定的合理性。但分类依据的指标少,而胶质层最大厚度Y(mm)这个指标又难以准确测定,有的煤虽然属于同一个类别,但其性质相差较远；有的煤属于不同类别,但性质较近。煤的性质在不同类别之间交叉,给煤的区分带来一定难度,所以在该方案颁布使用20多年后,国家标准局于1986年10月又重新颁布了一个新的《中国煤炭分类》方案。新的《中国煤炭分类》方法采用表征煤的炭化程度的参数干燥无灰基挥发分Vdaf(%)作为分类指标将煤划分为三大类：(1)无烟煤Vdaf≤10%采用干燥无灰基挥发分Vdaf和干燥无灰基氢含量Hdaf作为小分类指标将无烟煤分为三小类：①无烟煤1号：无灰基挥发分Vdaf=0～3.5%；干燥无灰基氢含量Hdaf=0～2%；②无烟煤2号：无灰基挥发分Vdaf＞3.5～6.5%；干燥无灰基氢含量Hdaf＞2%～3%；③无烟煤3号：无灰基挥发分Vdaf＞6.5～10%；干燥无灰基氢含量Hdaf＞3.0%。(2)烟煤Vdaf＞10%采用表征煤的工艺性能参数粘结指数G、胶质层最大厚度Y及奥亚膨胀度b作为分类指标,将烟煤分为：贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、陕西有色榆林新材料有限公司发电分公司培训教材输煤设备及运行5长焰煤12种。(3)褐煤Vdaf＞37%只采用干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类标准,难以将褐煤和烟煤区分开,因此,褐煤除采用干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类标准外,还采用透光率PM(%)以及煤的恒湿无灰基高位发热量Qgr-A.MHC作为标准来区分褐煤和烟煤,并将褐煤划分为两小类：褐煤1号和褐煤2号。新的《中国煤炭分类》与1958年颁布的《中国煤分类方案》比较,其优点如下：①同类煤的性质基本接近,便于生产使用；②将无烟煤和褐煤做了较细的区分,有利于煤的合理利用；③采用了煤类名称、代号与编码相结合的方式,易于计算机进行数据处理,适应于现代化管理；④该分类所采用指标的测定方法简单易行,区分煤类的能力较好,煤样用量少,便于地质勘探部门使用。新的《中国煤炭分类》(GB5751—86)采用分列表式。与原来的中国煤炭分类方案相比,在贫煤与瘦煤之间增加了一个新煤种——贫瘦煤,区分的依据是粘结指数G,贫煤G＜5,瘦煤G＞20～65,而贫瘦煤的G＞5～20；在肥煤和气煤之间,则增加了1/3焦煤和气肥煤两个新煤种,区分的依据除了G值外,还有胶质层最大厚度Y及奥亚膨胀度b；在气煤与弱粘煤之间,又增了1/2中粘煤,新煤种的划分依据也是G值。因此,新的中国煤炭分类与原方案相比,增加了四个新煤种,共14个类别,取消了原方案中的24个小类别。相对于原分类较为简化。2.中国煤炭煤种的煤质特点：(1)中国煤炭分类表中部分煤种的煤质特点①无烟煤。无烟煤是煤化程度最高的煤,含碳量(Cdaf)高达90%～95%,含氢量(Hdaf)较少,一般都小于4%,挥发分Vdaf≤10%,氧和氮的含水量很低,外观呈黑色至钢灰色,因其光泽强,所以俗称白煤。这种煤硬度高,不易磨碎,纯煤的真密度为1.4～1.9/cm3,燃点高,不容易着火,火焰短,化学反应性弱,贮存时不易自燃。无烟煤主要用作民用煤及制造氮肥的原料,但也有电厂燃用无烟煤的。我国典型的无烟煤较少,但具有无烟煤特征、接近贫煤的年轻无烟煤很多,资源分布甚广。②贫煤。贫煤是烟煤中煤化程度最高的煤种,干燥无灰