燃煤分析

学习提高共进成就团队辉煌燃煤分析生产技术部煤化验王雪芬一、何为燃料？它应该具备哪些条件？在空气中容易燃烧产生热量，且能广泛地为工农业生产和人民生活提供热能的物质叫做燃料。它应具备下列基本要求：1、能释放出热量并能产生较高的温度。2、广泛的存在于自然界或从自然界物质中经加工可获得大量的物质。3、容易供应，价格低廉。4、便于利用、贮存和运输。5、含硫量低，燃烧产物不污染或少污染环境，不影响生态平衡。•一般我们所讲的都是有机燃料。何为有机燃料：由碳和氢等主要元素组成的有机物质的天然燃料及其加工后的人造燃料，都可称为有机燃料。有机燃料一般可分为三类：一是固体燃料；二是液体燃料；三是气体燃料。•我国电站锅炉主要燃用固体燃料，液体燃料多见于产油地区或作为辅助燃料，至于以气体作为锅炉燃料的情况则很少。但是，近年来，为了减少锅炉排气和排渣的污染情况，燃气锅炉也有所增加。我们电厂所用的燃料主要是固体燃料煤。二、煤炭成分、分类、形成•煤炭成分天然有机燃料的组成都可划分为可燃和不可燃两部分。其中固体燃料的可燃部分是由多种碳、氢、氧化合物和氮、硫化合物组成的具有胶态特性的有机复合体；不可燃部分是无机矿物质，如高岭土、硫化物、氧化物、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、某些金属呈有机盐形态的化合物和水等。•煤炭分类我国煤炭分类是按照表征煤化程度的参数（干燥无灰基挥发分Vdaf和透光率Pm）和表征工艺性能的参数（粘结指数G、胶质层厚度Ymm、奥亚膨胀度b）相结合进行分类的。中国煤炭主要分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类，其中无烟煤分三类；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、长焰煤；褐煤也分成两类。在我国现行的煤炭分类中，作为动力用煤的有无烟煤、贫煤、贫瘦煤、不粘煤、弱粘煤、长焰煤、褐煤。•煤炭形成的过程煤炭从某种意义上来说是地壳运动的产物。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，大量植物的遗体经过复杂的生物化学和物理化学的长期作用转变为煤，这个过程称为成煤作用。成煤作用过程分成两个阶段，第一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为地壳运动下沉，长期受高温（地球热度）、高压（地球岩层压力）作用形成煤，这一阶段也叫煤化阶段。煤化过程是一个增碳化过程，是一个由低级向高级逐渐变化的过程，即煤化作用不断加深，泥炭逐渐变成褐煤、烟煤和无烟煤。三、煤的元素组成与煤的变质程度的关系：•煤的元素分析包括碳、氢、氧、氮、硫。煤的元素组成中以碳、氢、氧三种元素为主，氮和硫较少。随着煤的变质程度的不同，煤的元素组成相应的会发生变化。变质程度越高，煤中碳（Cdaf)含量就越高，通常无烟煤为90~98%，贫煤为89~93%，焦煤是85~91%，肥煤及气煤为79~88%，长焰煤为76.5~81%，褐煤为60~77%，泥炭为50~60%。与之相反，氢含量（Hdaf)则随着煤的变质程度的加深而降低，氢在煤中的含量一般为2~6.5%,也有极少数无烟煤的氢含量低于1.5%。氧含量也随着煤的变质程度的加深而显著降低，从褐煤到无烟煤变化范围为30~0.5%。氮在煤中含量很少，通常在0.5~3%范围内变化，而且随着煤的变质程度的加深和成煤地质环境的还原程度的降低而减少。硫与煤的变质程度无明显关系，而是与成煤和地理环境条件密切相关，在不同品种煤中硫的含量差别很大，其变化范围为0.1～12%，但多数情况下为0.5～3.0%，我厂进厂煤的含硫量也基本上是在这个范围内。四、煤的全工业分析及焦渣特性、灰熔点、可磨性。•煤的特性参数一般可分为煤特性和灰特性两部分。煤特性部分有全工业分析、元素分析、比热、着火温度、燃烧分布曲线、燃尽率、煤焦比表面、可磨性、磨损性、粒度、堆积密度和堆积角等特性参数。灰部分有灰熔融性温度、粘温特性、化学成分和比电阻等特性参数。这些煤、灰的特性对发电用锅炉设计和系统选择，以及生产运行都是必不可少的重要技术资料。在这些特性中，其中煤的全工业分析、灰熔融性、可磨性和焦渣特性对于锅炉的燃烧、配煤来说，又显得格外的重要。1、全工业分析工业分析是一切工业用煤的基础资料，也是了解和研究煤质的最基本的特性参数。全工业分析也叫技术分析和实用分析，是水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)、固定碳(FC)、全硫(S)、发热量(Q)这几个项目的总称。(一)水分•煤中水分按结合状态可分为游离水和化合水（结晶水）两大类，游离水以吸附、附着等机械方式与煤结合；而化合水则以化合方式同煤中的矿物质结合，是矿物晶格的一部分，如硫酸钙（CaSO4·2H2O）、高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）中的结晶水。游离水按其存在状态又可分为外在水分和内在水分。•外在水分也叫表面水分，是指吸附在煤颗粒表面上或非毛细孔穴中的水分，在实际测定中，是指在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所失去的水分。煤的外在水分不稳定，受环境条件影响。•内在水分是指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中的水，在实际测定中，是指在一定条件下煤样达到空气干燥状态时保持的水分，内在水分在常温下不会失去，只有加热到一定温度时才能失去。•化合水（结晶水）是与矿物质结合的水分，在实际测定中，是指除去全水分后仍然保留下来的水分。在105～110度的温度下化合水是不会分解逸出的，它通常要在200度以上方能分解逸出。•全水分是指收到基水分，即煤收到状态时存在的水分。也就是外在水分和换算成同一基准后内在水分的总和称为全水分。•分析水分是指分析煤样在规定条件下测定的水分，与空气干燥基水分相互混用。实际上我们煤化验出具的进厂煤的化验单上的空气干燥基水分其实就是分析水分，与内在水分还是有一定的区别的。煤中水分对火电生产运行有何影响？煤中水分不能燃烧，煤中水分越高，可燃物就相对减少，发热量降低，而且在燃烧时水分蒸发还要吸收一部分热量，1千克水份，大约要消耗2.5MJ的热量（598卡／克），由于水分蒸发消耗大量热量，导致炉膛温度下降，煤粉着火困难，影响燃烧速度，使煤的着火点升高。水份增加，还导致煤粉失去松散型，煤粉斗和给煤机出现煤粉粘结现象。另外，水分增加时，燃烧产生的水蒸汽体积增加，因而使烟气量增加，增加了排烟损失和引风机的耗电量。水分过高，较多的水分随一、二次风送入炉膛会直接影响煤粉着火和燃烧的稳定性，水分增高，烟气中水蒸汽分压也增高，促进了烟气中三氧化硫形成硫酸蒸汽的作用，增加锅炉尾部低温处硫酸的凝结沉积，造成空气预热器腐蚀、堵灰和烟囱内衬的剥落。水分过高，还会给输煤系统运行造成麻烦。但是，适量的水分汽化后能与炉膛中的灼烧的焦碳发生反应生成水煤气，有利于燃烧。煤粉水分对制粉系统的运行的影响。•煤粉水分是制粉系统中煤粉的最终水分，最终水分的多少取决于煤的类别。对于煤化程度高的煤如无烟煤，可以允许低些乃至不受限制。对于煤化程度低的煤如褐煤、长焰煤，则允许水分高些。煤粉的最终水分对制粉系统的安全经济运行关系密切，它不能过高或过低。因为煤炭是具有弹性的脆性物质。若水分过多，则完全丧失脆性，使磨煤机出力大大降低，同时，还可能在温度较低的给粉管道上结块并堵塞管道，煤粉着火缓慢而引起燃烧不完全；过低则会引起煤粉自燃，甚至产生爆炸。（二）灰分•灰分是煤在一定的温度（815±10）度下，其中所有可燃物完全燃尽，同时，矿物质发生一系列分解、化合等复杂反应后遗留下来的残留物（金属和非金属的氧化物），这些残留物称为灰分产率，通常称灰分。不少人将灰分测定结果误认为灰分含量，而正确的名称应该称为灰分产率。灰分含量和灰分产率是两种不同的概念，称灰分含量易被理解为灰分与碳、氢、氧等元素一样是煤中固有的组成之一。但实际灰分不是煤中所固有的。灰分是当煤在高温下燃烧时，除其中可燃部分生成气态化合物逸出外，矿物质也发生复杂的变化，最终形成以硅、铝氧化物成分为主的物质。温度和燃烧条件不同，所生成灰分量和灰分的组成也各有差异，可见，灰分是燃烧过程中经过一系列分解化合复杂反应后剩下的残渣。它的组成质量不同于煤中矿物质，但两者之间有一定的相关性。因此，称灰分测定结果为灰分产率或灰分，而不称为灰分含量。煤粉在燃烧的过程中，其中的主要矿物质发生下列变化：•1）失去结晶水。当温度高于200度时，含有结晶水的硫酸盐和高岭土发生脱水反应。•CaSO4·2H2O=CaSO4+2H2O↑•Al2O3·2SiO2·2H2O=Al2O3·2SiO2+2H2O↑•2）受热分解。碳酸盐在500度左右开始分解成二氧化碳和金属氧化物•CaCO3=CaO+CO2↑•FeCO3=FeO+CO2↑•3）氧化反应。在温度为400～600度时发生氧化反应。•4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2↑•2CaO+2SO2+O2=2CaSO4•4FeO+O2=2Fe2O3•4）受热挥发。碱金属化合物和氯化物在700度以上开始部分挥发。煤中灰分的来源主要有三个方面：1、原生矿物质，是成煤植物中所含的无机元素，主要为碱金属的盐类，含量极少。原生矿物质虽少，但对锅炉的结渣和腐蚀影响很大；2、次生矿物质，是煤形成过程中溶有各种盐类的水渗入煤层而混入或与煤伴生的矿物质，含量也极少；3、外来矿物质，是煤炭开采过程中混入的矿物质。煤中矿物质是存在于煤中的无机物，不包括游离水，但它包括化合水。煤中矿物质主要包括粘土、方解石（碳酸钙）、黄铁矿（或白铁矿）、硫酸盐和氧化物以及其他一些伴生矿稀散元素等。由于煤中矿物质真实含量很难测出，因此常用灰分产率作为矿物质含量的近似值，或者借助于经验公式计算得出：MM=1.04A+0.5Sp式中：MM煤中矿物质含量，%，A灰分产率，%，Sp硫化铁硫含量，%。灰分对火电厂生产运行的影响。灰分同水分一样，是煤中的有害杂质之一，煤中灰分相对减少了煤中的可燃成分，使其发热量降低；不利于煤粉的着火，阻碍完全燃烧；煤中灰分在烟气流的带动下，对于炉管壁道、省煤器增加磨损；灰分沉积在管壁上影响热的传导，使锅炉热效率降低，而且熔点低的灰分容易使炉膛结焦。因此，燃用高灰分煤会给电厂生产带来一系列困难：1、燃烧不正常。灰分增加，炉膛温度下降，理论燃烧温度降低，如灰分从30%增加到50%，每增加1%的灰分，理论燃烧温度平均降低5度。煤的燃尽度差，排灰量增大，机械不完全燃烧热损失增加，飞灰和灰渣带走的物理热损失增加。同时，由于炉膛温度降低，使煤粉着火困难，引起燃烧不良，严重时引起熄火。2、事故率增加。煤的含灰量越多，锅炉受热面的沾污，积灰越多，从而导致排烟温度升高，排烟损失增加，降低了锅炉运行的经济性。灰分高，还会造成输煤、制粉、引风、除尘等设备的磨损，从而引起锅炉设备的漏风、堵灰等事故率增加。3、环境污染。燃用灰分多的煤，灰量成倍或数倍的增加，使电厂排放的粉尘、灰渣急剧增加，严重的污染和破坏生态平衡。4、燃用多灰分的煤，给锅炉设备造成很大磨损，缩短了设备的使用寿命。特别是制粉系统，钢材消耗量比烧好煤高3倍左右。5、增加了基建投资和厂用电量。灰分增多，使输煤和制粉、除尘等设备容量增加，储灰场容量增加，投资增加；灰分增高，用煤量、排灰量增加，导致输煤、制粉、除尘系统耗电量增大。（三）挥发分挥发分是指把煤样与空气隔绝，在900±10度下加热7分钟，从煤中有机物中分解出来的液体和气体产物的总和并进行水分校正后的产物，称之为挥发分。挥发分与灰分一样，是挥发分产率，而不是挥发分含量。挥发分含量与挥发分产率具有不同的意义。挥发分含量往往被人理解为挥发分是原来煤中的一个组成部分，是固有的，而实际上它跟灰分一样，是煤在特定条件下受热分解的产物。不同的温度有不同的挥发分产率，其化学成分也有差异，所以挥发分测定结果不宜称挥发分含量，而称挥发分产率较为确切。煤在隔绝空气的条件下加热，挥发物质的析出过程大体如下1）20～200度释放出吸附在煤中的水分、二氧化碳和甲烷等气体。2）200～500度含氧官能团能分解产生二氧化碳和水，非芳香族物质呈气态或液态，分解出大量的甲烷、烯烃和低温焦油类物质。3）500～700度主要是甲基以及较长侧链分解产生