煤中水分在電力生產中的重要性

[摘 要] 根據GB/T 18666——2002《商品煤質量抽查和驗收方法》的規定，商品煤的質量驗收檢驗項目為干燥基高位發熱量（或干燥基灰分）和干燥基全硫。而水分的分析結果與發熱量和干基全硫有直接的關系，并且對電力生產的某些方面有重要影響。本文重點分析煤中的水分含量對燃煤各項指標、發電廠運行狀況以及煤炭供需雙方貿易的影響，說明煤中水分在電力生產過程中的重要性。

[關鍵詞] 水分；煤場自燃；煤炭貿易；電力生產

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 21. 065

[中圖分類號] TK01+9 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2016）21- 0128- 02

0 引 言

煤中的水分是體現煤炭經濟價值最基本的指標之一。水分含量既是質量指標也是數量指標，其含量的大小直接影響到鍋爐的燃燒狀況、煤場存儲的安全和發電廠燃料運輸成本等。

1 煤中水分的基本概念

煤中的水分是煤炭的基本組成部分，水分含量的大小與煤的變質程度和結構有關系。一般情況下，煤的變質程度越低，煤中水分的含量就越大。

1.1 煤中水分的存在形態

煤中的水分按結合形態可分為游離水和化合水兩大類。游離水以吸附、附著等機械方式與煤結合；化合水則以化合方式同煤中的礦物質結合，是礦物質晶格的一部分，在實際測定中，是除去全水分后仍留存于煤樣中的水分，化合水通常在200℃以上方能分解逸出。游離水按其附著狀態又可以分為外在水分和內在水分。外在水分是指煤樣與周圍空氣濕度達到平衡狀態時失去的水分；內在水分是指煤樣與周圍空氣濕度達到平衡狀態時保留的水分。內水和外水之和稱為全水分。

1.2 全水分與收到基水分

全水分是煤中水分的全部，即內在水分和外在水分的和。收到基水分實際上是指在計量、計質之前煤中的全水分。就收到狀態而言，煤中的全水分和收到基水分的測定方法和結果都是相同的。

1.3 空氣干燥基水分和一般分析煤樣水分

空氣干燥基水分是指粒度為0.2mm以下的煤樣在與空氣濕度達到平衡狀態時所測得的水分，它和一般分析煤樣的水分是相同的概念。空氣干燥基水分的大小通常與煤的變質程度有關，變質程度越深的煤，其空氣干燥基水分含量越小。

在目前執行的國家標準中，除結晶水和收到基水分以外，煤中的各種水分均有不同的測定方法，它們的數值均與煤樣的狀態、操作規范程度和測定方法有關。

2 水分對煤場自燃的影響

煤炭自燃是一個復雜的物理化學過程。煤在堆放過程中，堆積的煤和空氣接觸而被氧化放出熱量。當這部分熱量不能及時散失，在煤堆中積存起來便會引起煤堆內部溫度的升高。而煤堆內部溫度的升高又會導致煤的氧化速度進一步加快，放出的熱量就更多。經研究表明，溫度每增加9℃左右，煤的氧化速率可以增加一倍。當煤堆內部熱量積蓄到一定程度，溫度升高到煤的著火點時，煤就會燃燒。

煤中的水分是露天儲存的煤堆引起自燃和氧化的主要原因。煤在氧化過程中，煤中水分吸收大量的氧化熱，使熱量在煤堆較高部位出現聚集，加劇其氧化作用和自燃傾向。特別是高硫煤，其中硫先氧化成硫的氧化物，遇水生成稀硫酸，此過程屬于放熱反應，熱量在煤堆內聚集，促使煤堆溫度升高，更加速了煤的氧化自燃過程，造成燃煤質量損失，也對煤場管理構成極大安全隱患。

3 煤中水分對電力生產的影響

我國發電鍋爐用煤的全水分少的為2.0%，多的可達50%～60%，水分含量差別很大。全水分相對于發電鍋爐的最佳值是6%～12%，也就是說，發電燃用煤的水分很多時候都不能滿足鍋爐需要的最佳值，尤其是當煤中水分過大時，將給電力生產過程帶來很大的負面影響。

3.1 降低磨煤機出力，堵塞給煤系統

入爐煤含有大量水分時，原煤流散性變弱，濕煤會黏結在一起，附在磨煤機入口處，從而降低磨煤機出力、增加煤粉制備的困難、不正常地使煤粉中的濕度增大，常會引起煤倉、輸煤管道及給煤機堵塞、延遲煤粉著火、爐膛溫度降低。對于灰分較多的煤種，這種情況尤其嚴重。

3.2 消耗煤的有效熱能

水分不能燃燒，因此，煤的含水量越高，可燃物質的相對含量就越少，發熱量也就相對越低。在燃燒時，水分蒸發需要吸收部分熱量，導致煤的有效熱能降低。一般情況下，煤中1kg水分的蒸發，約需要2500kJ的熱量。由于水分的蒸發吸熱量很大，煤中水分耗熱量比灰分高的很多，所以，水分對理論燃燒溫度的影響比灰分更大。另外，發熱量一定時，水分較大，煙氣體積也相對較大，則通風設備的規模相對需要增大，增加了煙氣帶走的熱量損失，同時也增加了通風設備的能量消耗。

3.3 損壞鍋爐尾部低溫段

煤中水分含量大，則燃燒所生成的煙氣中的水蒸氣分壓力就高，給煤中三氧化硫與水蒸氣的化學反應創造了方便條件，生成的硫酸在鍋爐尾部低溫段凝結和沉積，造成空氣預熱器的嚴重腐蝕、堵灰和煙囪內襯剝落。

3.4 增加燃料成本

煤中水分含量大，增加運輸載重，相對消耗運輸能力，造成標煤運價的提高，無形中增加燃料成本。

4 結 語

水分值在電力生產中雖然不像發熱量一樣作為合同必須約定項目，但是它的大小與發熱量、氫值和揮發分結果環環相扣，有著直接的聯系。水分測定結果不準確，將導致發熱量、氫值和揮發分結果偏離真值。在電力企業中，影響生產成本的因素很多，其中燃料成本占整個發電成本的70%～80%，而水分值是否準確，也直接關系到燃料的成本核算問題。總之，了解煤的各種水分概念以及它對其他指標的影響，掌握水分測定方法，熟知相關國家標準，準確確定煤中水分的量值，對合理調整鍋爐運行工況、煤場安全管理有指導意義，同時對在煤炭貿易中堅持公平、公正和公開的交易原則，維護供需雙方的經濟權益，合理合法的降低發電廠經濟成本也是非常重要的。