試論煤質化驗技術對于火力發電廠的重要性

摘 要：火力發電廠究其功能實質而言就是一個能量轉換的工作站，火力發電的原理是將燃料中蘊含的化學能經過燃燒轉換為熱能，然后將熱能轉換為發電設備的機械能，最終轉換輸出電能。由于我國能源結構“富煤、少氣、缺油”，火力發電占據超過70%的比例，而燃煤則是火力發電廠的主要燃料，并且燃煤成本占到火力發電廠總成本的七成以上，因此燃煤的質量和品質直接關系到火力發電廠生產工作的安全、經濟和環保水平。為了提高火電廠的經濟效益和環保水平，必須做好節煤、配煤工作，不同種類燃煤在相應類型的鍋爐中燃燒，否則將會造成嚴重后果，因此必須做好煤質化驗技術工作。

關鍵詞：煤質化驗 發熱量 揮發分 灰分 水分 含硫量

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0111-01

火力發電廠對燃煤有明確的質量和標準要求，并非任何種類的燃煤都可以用于火力發電，而且鍋爐類型及燃燒方式的不同也對燃煤質量有不同的要求，只有煤質與鍋爐類型及燃燒方式相適應時，才能達到最佳的燃燒效率。因此必須嚴格控制發熱量、揮發分、灰分、水分以及含硫量等指標在特定范圍內，如果燃煤發熱量低、揮發分低、灰分高、水分高、含硫量高等，則容易造成鍋爐燃燒不穩定乃至熄火，大面積結焦，磨損腐蝕加劇，產生熱力系統故障，導致發電機組出力降低甚至設備停機。而上述燃煤質量指標的化驗鑒定都必須經過煤質化驗分析工作，這要求煤質化驗人員要嚴格按照國家標準規定，運用物理和化學方法對上述指標進行化驗分析，得出準確分析數據來指導生產，并對鍋爐燃燒過程及理論做深入研究。煤質化驗指標主要包括：（1）發熱量；（2）揮發分；（3）灰分；（4）水分；（5）含硫量[1～2]。

1 燃煤指標對火電廠影響及其化驗重要性

1.1 發熱量

燃煤的發熱量是對煤炭進行分類以及對煤質進行分析的重要指標，體現了煤炭的商業價值。同時發熱量也是煤炭熱力學和工藝計算的基礎，用來確定設備的類型和燃燒方式。如果燃煤的發熱量達不到鍋爐設計標準規定的值，則容易造成鍋爐燃燒不穩定、瞬間惡化，爐膛溫度過低，并導致火焰監視系統啟動保護動作，最后鍋爐滅火。

燃煤發熱量的測定方法是將定量分析試樣放置在充入過量氧氣的氧彈熱量計中燃燒，而通過相似條件下燃燒一定量的苯甲酸（基準量熱物質）來確定熱量計的熱容量。通過試樣燃燒前后熱系統的溫升并考慮點火熱等付加熱的因素得出彈筒發熱量。在煤質發熱量檢測過程中注意步驟準確和流程規范，才能有效確定燃煤發熱量，避免產生測量錯誤造成發熱量計價和成本的升高。

1.2 揮發分

揮發分是指將煤樣與空氣隔絕，在 一定的溫度下加熱一定時間，從煤炭中有機物分解出來的液體和氣體的總和，燃煤揮發分是確定煤炭種類的首要指標。一般來說，揮發分小于15%屬于無煙煤，揮發分大于15%屬于煙煤，揮發分大于30%屬于褐煤[3]。隨著揮發分的含量增加，在燃燒過程中就越容易發生劇烈的氧化作用，揮發分Vdaf應大于22%，煤炭揮發分過小易導致燃燒不充分甚至滅火。而我廠設計Vdaf在25%左右，因此應當根據鍋爐尺寸和要求控制好煤炭揮發，避免使鍋爐運行不暢，保證火力發電廠能夠平穩運行。

1.3 灰分

燃煤的灰分指的是煤炭充分燃燒后，并且煤炭中含有的無機礦物質在規定的溫度（815±10）℃下產生一系列分解和化合反應后剩下的殘渣。煤炭在燃燒過程中，礦物質影響煤炭的反應性，降低煤的熱值，延緩著火性能。灰分在煤炭燃燒時不僅不放熱，而且還會帶走熱量，因此隨著燃煤灰分的增加，燃煤的發熱效果變差，導致煤炭的燃燒效率降低，飛灰增大，而且灰沉積之后會增加傳熱阻力，清除灰分的勞動強度增加，設備的磨損也增加。增加霧霾天氣出現的的可能性。

灰分的測定方法是取一定量的燃煤試樣放入馬弗爐中，按規定的速度加熱到（815±10） ℃，灰化灼燒到質量不變時殘留物質量占燃煤試樣質量的百分比值。

1.4 水分

燃煤的水分包括表面水分和內在水分，表面水分以游離的狀態存在于煤炭的外層和內部縫隙中，內在水分則是煤炭的一部分，位于煤炭內部的毛細血管中，亦即固有水分。煤炭中的水分是煤炭在生產流通過程中的一個計價因素，也是評判煤炭等級的重要影響因素，一般煤炭的供應合同中規定了煤炭中水分含量的最大值。水分會阻礙煤炭的正常燃燒，降低煤炭的發熱水平，并增大蒸發作用使得煤炭燃燒熱量損失，降低爐溫，從而導致煤粉無法正常燃燒。當煤炭中水分含量大于等于10%時，水分含量每增加一個百分點，鍋爐的熱效率就會降低0.07%[4]。燃煤中水分含量不但影響煤炭質量，而且水分含量高也導致煤炭無效部分質量增加，從而導致火力發電廠進貨時蒙受巨大損失，因此對煤炭中水分含量的檢測顯得異常重要。

煤炭中水分含量測定方法采用“加熱失重法”，即將一定量的燃煤試樣在一定條件下加熱，使其含有的水分蒸發，測得燃煤試樣在加熱前后的差值即為煤炭中的水分含量，并因此計算出煤炭的水分。

1.5 含硫量

硫元素是燃煤的組成成分之一，是燃煤中的有害元素，硫元素在煤炭的燃燒過程中會產生有毒氣體如SO2、SO3和H2S等。燃煤中的含硫量過高，產生的酸性氣體會腐蝕鍋爐的水冷壁，如果結焦則易使鍋爐管爆裂漏水，水冷壁泄漏容易造成鍋爐熄火事故的發生。同時，燃燒產生的酸性氣體排放到大氣中會產生酸雨，嚴重破換自然環境，目前世界各國針對SO2排放制定的環保法規越來越嚴格，因此燃煤中硫含量的測定同樣十分重要。

燃煤中硫含量的測定方法包括庫倫滴定法、艾氏重量法和高溫燃燒法，目前，火力發電廠中主要運用庫倫滴定法來測定燃煤中的硫含量。

2 結語

隨著我國國民經濟的持續快速發展，未來能源市場對煤炭的需求量將越來越大。目前國內許多地方經常出現電力供應緊張和拉閘限電的情況，火力發電廠對電煤的需求居高不下，使得很多煤炭供應商提供的煤炭質量和數量無法保證，甚至有的以次充好。所以，對于火力發電廠來說必須嚴格做好煤質化驗工作，保證燃煤的發熱量、揮發分以及灰分等指標能夠達標，確保入廠煤炭的質量與價格相符合和發電廠的各項設備正常運轉，提高發電廠的經濟效益和環保水平，有效降低發電成本。

參考文獻

[1] 曹長武.火力發電廠燃料試驗方法及應用[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2] 李青，高山，薛彥廷.火力發電廠節能技術及其應用[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3] 尤麗.煤質化驗技術分析在火力電廠的重要性[J].中國新技術新產品，2012（17）：158.

[4] 張會娟.煤質變化對火電廠經濟性影響分析[J].華北電力技術，2009（8）：19-21，26.