1、燃 料 采 制 化 培 訓,主講：范志斌 TEL:Email2010年 版權(quán)所有 謝絕復制,電力工業(yè)河北發(fā)電用煤質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,28.06.2020,.,2,第一章 煤炭基礎(chǔ),煤炭是天然形成的具有復雜的組成與結(jié)構(gòu)的混合物，要充分利用煤炭資源，必須掌握煤炭的基本特性，了解煤炭質(zhì)量指標的變化對電力生產(chǎn)過程的影響。本章主要闡述煤的形成過程、煤炭的主要類別及其特性、煤的物理和化學特性，介紹煤炭的基本組成和表達方式，發(fā)電用煤常用的煤炭特性指標、物理意義以及與電力生產(chǎn)的關(guān)系等。,28.06.2020,.,3,第一節(jié) 煤的形成與種類,一、煤的形成 煤是自

2、然資源，它是由古代植物形成的。植物分 低等植物和高等植物兩大類。地球上儲量最多的煤 是由高等植物形成的，統(tǒng)稱為腐植煤。 植物從死亡到堆積轉(zhuǎn)變?yōu)槊?，大致可分為兩個作 用階段：泥炭化階段和煤化階段。 1.泥炭化階段：植物殘骸在沼澤中經(jīng)生物化學和物 理化學變化形成泥炭的過程。 細菌古代植物（腐爛+分解）變?yōu)闅怏w和泥炭。,28.06.2020,.,4,煤的形成與種類,2.煤化階段：泥炭在地下(壓力、溫度、時間）壓 緊和硬化，排除氣體和水分，使碳含量增高的過 程。這種成巖與變質(zhì)作用統(tǒng)稱為煤化作用。 綜上所述，煤實際上是由古代植物殘骸經(jīng)地質(zhì)作用 變化而成的固體有機可燃礦巖。 成煤過程中，各階段主要作用因素

3、及產(chǎn)生的化學變 化列于表1-1。,28.06.2020,.,5,表1-1 成煤過程中主要作用因素和化學變化,28.06.2020,.,6,煤的形成與種類,二、煤的種類及其特征 1.煤的種類 煤化過程是一個增碳的碳化過程。是一個由低級向高級逐漸變化的過程，成煤條件的變化，決定了煤的多樣性、復雜性和不均勻性。所以根據(jù)煤化程度的深淺、地質(zhì)年代的長短以及含碳量的多少，可將煤劃分為褐煤、煙煤和無煙煤三大類。,28.06.2020,.,7,由植物的成煤過程可知，植物埋在地下的年代越久，成煤過程中煤的煤化程度就越深，煤中的水分與揮發(fā)分的含量就越小，含碳量則越高。 2.各種煤的基本特征 褐煤 褐煤是煤化程度最

4、低的煤。外觀多程褐色或暗褐色，其光澤暗淡，質(zhì)地較軟，極易破碎，其揮發(fā)分與內(nèi)在水分都很高，褐煤易風化，隨之熱量明顯降低。,煤的形成與種類,28.06.2020,.,8,煤的形成與種類, 煙煤 煙煤的煤化程度高于褐煤，低于無煙煤。是自然界中分布最廣的煤種，煙煤具有不同程度的光澤，大多數(shù)呈條帶狀。其特點揮發(fā)分范圍很寬，不同類別的煙煤粘結(jié)性差異較大，燃燒時煙多。它的各項特性基本上也是介于無煙煤與褐煤之間。如：貧煤性質(zhì)最接近無煙煤，所以有時也稱它為半無煙煤；長焰煤的性質(zhì)最接近褐煤。,28.06.2020,.,9,煤的形成與種類, 無煙煤 煤化程度最高的一種煤。揮發(fā)分含量低，密度大，含碳量高，燃點高，無粘

5、結(jié)性，外觀呈灰黑色，有金屬光澤，無明顯條帶，燃燒時不冒煙，火焰較短。 褐煤、煙煤、無煙煤的主要特征見表1-2。,28.06.2020,.,10,煤的形成與種類,表1-2 煤炭的種類與特征,28.06.2020,.,11,第二節(jié) 煤的巖相組成,一、煤巖學的概念 煤是一種有機巖礦，利用通常研究巖石的方法 來研究煤的學科稱為煤巖學。 二、煤巖學的研究方法 宏觀研究法和微觀研究法 宏觀研究法是用肉眼來觀察區(qū)別煤層的巖相組 成。 微觀研究法是利用顯微鏡來識別煤的纖維組成,28.06.2020,.,12,煤的巖相組成,三、宏觀煤巖成分 絲碳、鏡煤、亮煤、暗煤 四、煤巖有機顯微組分 鏡質(zhì)組、絲質(zhì)組、殼質(zhì)組穩(wěn)

6、定組。 五、煤巖無機顯微組成 煤中礦物質(zhì)=灰分，硫分 六、煤中常見礦物質(zhì) 粘土礦、黃鐵礦、石英、方解石,28.06.2020,.,13,第三節(jié) 煤炭分類標準簡介,一、中國煤炭分類 中國煤炭分類標準主要是按照煤的煤化程度 （Vdaf、Pm）及工藝性能（G、Ymm、b）相結(jié)合 對煤炭進行分類。 采用煤的煤化程度參數(shù)Vdaf ，將煤劃分為無煙 煤、煙煤和褐煤三大類。 凡干燥無灰基揮發(fā)分10.0%的煤為無煙煤； 10.0%為煙煤；37.0%為褐煤。,28.06.2020,.,14,煤炭分類標準簡介,無煙煤按照干燥無灰基揮發(fā)分（ Vdaf ）和干燥無灰基氫（ Hdaf ）含量為指標，分為無煙煤1號、2號

7、和3號三類。 煙煤采用兩個參數(shù)來確定其類別，一個是表征煙煤煤化程度的參數(shù)(Vdaf )，另一個是表征煙煤黏結(jié)性的參數(shù)（G）、（Ymm）或（b）作為指標，將煙煤細分為12個小類，它們分別是貧煤(PM)、貧瘦煤(PS)、瘦煤(SM)、焦煤(JM)、肥煤(FM)、1/3焦煤(1/3JM)、氣肥煤(QF)、氣煤(QM)、1/2中粘煤(1/2ZN)、弱粘煤(RN)、不粘煤(BN)和長焰煤(CY)。,28.06.2020,.,15,煤炭分類標準簡介,根據(jù)透光率指標（Pm），褐煤又可分為兩小類， 分別是褐煤1號和褐煤2號。 二、煤炭產(chǎn)品品種和等級劃分 所謂煤炭產(chǎn)品品種，是指煤炭經(jīng)過揀矸或篩選加 工后所獲得的

8、具有不同質(zhì)量和用途的煤炭產(chǎn)品。 煤炭產(chǎn)品按照用途（冶煉或其它用途）、加工方 法（洗選或篩選）和技術(shù)（粒度、灰分）要求劃分 為五大類，28個品種。,28.06.2020,.,16,煤炭分類標準簡介,精煤（包括2個品種）。經(jīng)精選加工生產(chǎn)出來的，符合品質(zhì)要求的產(chǎn)品。多為低灰分、低含硫量的優(yōu)質(zhì)煤。 粒級煤（包括16個品種）。經(jīng)過篩選或洗選生產(chǎn)的，粒度下限大于6mm的煤炭產(chǎn)品。 洗選煤（包括7個品種）。經(jīng)過洗選加工的煤。 原煤。從毛煤中選出規(guī)定粒度的矸石（包括黃鐵礦等雜物）以后的煤炭產(chǎn)品。 低質(zhì)煤（包括2個品種）。通常指低發(fā)熱量（14.5MJ/kg）、高灰分的煤（40%）的各種煤炭產(chǎn)品或煤泥（洗煤廠粒度

9、在0.5mm以下的一種洗煤產(chǎn)品）。,28.06.2020,.,17,煤炭分類標準簡介,三、發(fā)電用煤粉鍋爐用煤技術(shù)條件 為適應火電廠動力用煤的特點，提高煤的使用效率，并根據(jù)電廠固態(tài)排渣煤粉鍋爐的技術(shù)條件要求，選用了7項指標進行劃分，以作為鍋爐設(shè)計與選用煤源的依據(jù)之一。 分類指標有干燥無灰基揮發(fā)分、收到基低位發(fā)熱量、干燥基灰分、全水分、干燥基全硫、煤灰熔融性的軟化溫度、哈氏可磨性HGI等七項指標，,28.06.2020,.,18,第四節(jié) 煤的組成與表達式,一、煤的組成 煤是多種有機物和無機物的混合物，組成結(jié)構(gòu)非常復雜，其有機主體是一種不確定非均一的、分子量很高的縮聚物結(jié)構(gòu)。 煤中無機物的組成主要以

10、硅酸鹽（鋁、鈣、鎂、鈉、鉀）、碳酸鹽（主要是鈣、鎂、鐵等鹽）、硫酸鹽和硫化物（黃鐵礦）等礦物質(zhì)形式存在。此外還有一些伴生的稀有元素。 工業(yè)上常將煤劃分為工業(yè)分析組成和元素分析組成兩種方式。,28.06.2020,.,19,煤的組成與表達式,二、煤的工業(yè)分析和元素分析組成之間的關(guān)系 煤中工業(yè)分析各組分以百分含量形式表示，總和為100。 即：水分+灰分+揮發(fā)分+固定碳=100 煤中元素分析組成是對煤中可燃有機質(zhì)的劃分，所以按相應的可燃組分，再加上不可燃組分水分和灰分，總和為100。 即：碳+氫+氮+氧+硫+水分+灰分=100 見圖11。,28.06.2020,.,20,煤的組成與表達式,1-1 煤

11、的工業(yè)分析和元素分析組成的關(guān)系圖,28.06.2020,.,21,煤的組成與表達式,由此我們可以看出，從煤組成的角度去分析，煤 中的碳、氫、氮、氧、硫相當于煤中的揮發(fā)分與固 定碳，它們構(gòu)成了煤中的可燃組分，即： 揮發(fā)分+固定碳=碳+氫+氮+氧+硫 三、表達式 煤質(zhì)特性指標普遍采用該特性英文名稱第一個字 母，用大寫方式表示。如灰分，英文名稱為ash， 故用A表示；又如：水分，英文名稱為moisture,故 用M表示。,28.06.2020,.,22,煤的組成與表達式,1-3 常用煤質(zhì)特性指標表示方法,28.06.2020,.,23,28.06.2020,.,24,煤的組成與表達式,工業(yè)分析組成百

12、分含量的表達式為： M+A+V+FC=100 元素分析組成百分含量的表達式為： M+A+C+H+N+O+S=100,28.06.2020,.,25,第五節(jié) 煤的物理和化學特性,一、煤的物理性質(zhì) 煤的物理性質(zhì)主要包括：煤的相對密度（比 重）、顏色、光澤、硬度、粉碎性和熱穩(wěn)定性等。 煤的物理性質(zhì)主要影響因素 煤的成因因素，即原始物料及其堆積條件，煤化 度或變質(zhì)程度；煤的灰分、水分和風化程度。,28.06.2020,.,26,煤的物理特性,1. 煤的相對密度（比重） 煤的真相對密度（真比重）：20時，煤的質(zhì)量與同溫 度同體積（不包括煤的所有空隙）水的質(zhì)量之比。是計算 煤層平均質(zhì)量與研究煤炭性質(zhì)的一項

13、重要指標。 煤的真相對密度隨煤化程度而變化，以鏡質(zhì)組密度為例， 當煤化程度較低時，鏡質(zhì)組密度隨煤化度的提高而減小； 但當碳含量約達87%時，鏡質(zhì)組出現(xiàn)最小值，以后隨煤化 度的增加而迅速增加。,28.06.2020,.,27,煤的物理特性,煤的視相對密度（視比重）：20時，煤的質(zhì)量與同溫度 同體積（包括煤的所有空隙）水的質(zhì)量之比。它是計算煤的 儲量、煤倉設(shè)計和運輸量、粉碎、燃燒等過程的指標。 煤的氣孔率：根據(jù)煤的真比重和視比重計算得煤的氣孔率 。它與煤的反應性能、強度有一定的關(guān)系，氣孔率大的煤其 表面積大，反應性能好，但其強度一般較小。 氣孔率= 真比重-視比重 100% 真比重,28.06.2

14、020,.,28,煤的物理特性,煤的堆積比重：20時，自由堆積的煤的質(zhì)量與同溫度同體積（包括煤的所有孔隙和煤塊之間孔 隙在內(nèi)的煤堆體積）水的質(zhì)量之比。 注意：此為自由堆積，而非認為壓實，并且包括 煤塊間的孔隙，以t/cm3為單位，在設(shè)計煤倉、估 算煉焦裝煤量和裝車重量的情況下使用。,28.06.2020,.,29,煤的物理特性,影響煤比重的因素 1.煤的種類（成因因素） 2.巖相組成 3.煤化程度 4.礦物質(zhì)種類和含量 5.水分及風化,28.06.2020,.,30,煤的物理特性,2. 煤的顏色 一般為黑色、褐色和灰色。煤的顏色和煤的性質(zhì) 有關(guān)，隨煤的變質(zhì)程度加深而變化。褐煤呈褐色， 主要是由

15、于褐煤中含有腐植酸；煙煤呈黑色；無煙 煤成鋼灰色。 顏色的變化也受變質(zhì)程度和礦物質(zhì)的不同影響， 如變質(zhì)程度深的褐煤呈深褐色到黑色。,28.06.2020,.,31,煤的物理特性,3. 煤的光澤 煤的光澤是指煤表面的反射能力，通常為全暗 的、半暗的、半亮的、全亮和很亮等。 煤的光澤影響因素 （1）煤巖組成 （2）煤化程度 （3）灰分,28.06.2020,.,32,煤的物理特性,4.煤的硬度 煤的硬度是指用其它較硬的物質(zhì)刻劃的強度。了解煤的 硬度能使人們考慮在采煤時所使用的機械裝置及推測機械 磨損等情況。同時還能事先預測破碎、成型加工的難易程 度。 煤的顯微硬度是指煤對堅硬的物體壓入的對抗能力，

16、測 定原理是在光滑的煤樣平面上壓入一堅硬的特殊形狀的壓 力，在煤的表面壓入一印痕，然后在顯微鏡下觀察印痕大 小，印痕越大，煤的顯微硬度越低。煤的顯微硬度隨煤的 變質(zhì)程度加深而變化增高。,28.06.2020,.,33,煤的物理特性,5. 煤的粉碎性（可磨性） 煤被粉碎（研磨成粉）的難易程度通常用煤的可 磨性指數(shù)（HGI)表示?？赡バ灾笖?shù)越大則越容易粉 碎。 磨碎定律:在研磨成粉時消耗的功（能量）與煤所 產(chǎn)生的新表面積成正比。 測定方法 1.全蘇熱工研究所法（BTN法） 2.哈德格羅夫法（Hardgrcve）哈氏法,28.06.2020,.,34,煤的物理特性,6.煤的熱穩(wěn)定性 煤的熱穩(wěn)定性是指

17、煤在高溫燃燒或氣化過程中對熱的穩(wěn) 定程度。即煤塊在高溫作用下保持原來粒度的性質(zhì)。 煤的熱穩(wěn)定性與煤種有關(guān)，無煙煤由于其結(jié)構(gòu)致密，加 熱時內(nèi)外溫差大，引起膨脹不同而破碎，造成熱穩(wěn)定性 差； 褐煤因含水分多，加熱過程中水分大量蒸發(fā)使煤容易破 碎，其熱穩(wěn)定性也差。,28.06.2020,.,35,煤的化學特性,二、煤的化學性質(zhì) 煤的化學性質(zhì)主要包括：煤的風化、氧化、熱分 解等。 1.煤的熱分解 煤在熱分解時能形成不同數(shù)量和不同組成的產(chǎn) 物，即膠質(zhì)狀態(tài)、粘結(jié)、成焦等，由于煤的結(jié)構(gòu)復 雜，極不穩(wěn)定，在熱分解過程中的分解方式和產(chǎn)品 性質(zhì)受外界影響，主要與煤化程度、煤炭組分、加 熱方式有關(guān)。,28.06.2

18、020,.,36,煤的化學特性,2.煤的風化、氧化和自燃 煤在空氣中堆放或離地表很近的煤層在受到大氣 因素的綜合影響時，其物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、工藝 性質(zhì)等會發(fā)生一系列的變化，稱為風化，即氧化。 其主要原因是由于煤的有機質(zhì)和礦物質(zhì)被氧化，煤 便會釋放出熱量，若釋放的熱量不能及時釋放出， 在煤層或煤堆中越積越多，煤的溫度會越來越高， 促使氧化過程加速，釋放更多的熱量，以致達到煤 的燃點，造成自燃。,28.06.2020,.,37,煤的化學特性,煤經(jīng)風化、氧化后，其性質(zhì)變化： 1.外觀色澤改變； 2.煤的化學性質(zhì)變化； 3.煤的熱值變化。,28.06.2020,.,38,第五節(jié) 煤質(zhì)特性指標與電力生

19、產(chǎn)關(guān)系,電廠鍋爐大多采用煤粉懸浮燃燒方式。 電廠用煤的好壞是由電廠的設(shè)計和校核煤種來決 定的。 一、工業(yè)分析特性指標 1.水分（M） 可燃部分含量相對減少，發(fā)熱量降低； 氣態(tài)排放過程帶走熱量； 降低爐膛溫度，推遲著火時間，增加化學和機械 不完全燃燒熱損失；,28.06.2020,.,39,煤質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,造成煤倉、輸煤管路堵塞及磨煤機出力下降 加速煤氧化和自燃。 若含有適量的水分，可以防止儲運、裝卸過程中 煤粉損失，減少對環(huán)境的污染，還能改善燃燒工況 和提高爐膛熱輻射效果。 一般來說，水分為58%為宜，大于8%就可能導 致輸煤、給煤系統(tǒng)運行障礙。,28.06.2020,.,40,煤

20、質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,2.灰分（A） 增加發(fā)電成本； 影響鍋爐安全運行； 腐蝕鍋爐設(shè)備； 污染環(huán)境。,28.06.2020,.,41,煤質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,3.揮發(fā)分（V） 隨煤化程度的加深而減少； 其大小決定煤著火的難易程度； Vdaf大于25%易發(fā)生爆炸。 4.固定碳（FC) 固定碳總是低于元素碳（V主要包含C+H),28.06.2020,.,42,煤質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,1-4 不同煤種揮發(fā)分的特性 煤種 揮發(fā)分開始逸出的溫度（） 揮發(fā)分的發(fā)熱量（MJ/kg) 無煙煤 約400 69.00 貧煤 320390 54.3656.45 煙煤 210260 39.3148.06

21、長焰煤 約170 約35.54 褐煤 130170 約25.72,28.06.2020,.,43,煤質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,二、元素分析特性指標 煤的元素組成在燃燒過程中，發(fā)生下列變化： 煤CO2 +H2O +SO2 +SO3 +N2 +NOX + 1.碳（C）、氫（H) C和H是煤炭燃燒產(chǎn)生熱量的主要來源 1g碳完全燃燒產(chǎn)生34040J的熱量； 1g氫完全燃燒產(chǎn)生143010J的熱量。 2.硫（S） 硫?qū)﹄娏ιa(chǎn)的影響 對鍋爐設(shè)備的腐蝕； 對環(huán)境的危害。,28.06.2020,.,44,煤質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,三、可磨性指標（HGI） 在規(guī)定的條件下，煤研磨成粉的難易程度。 煤炭在磨制

22、過程中的能量消耗與磨制效率取決于煤炭自 身可磨性。 通常用哈氏可磨性指數(shù)來表示，HGI一般在50-90內(nèi)。 四、煤灰熔融性指標 煤灰受熱時，由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化過程中表現(xiàn)出的性質(zhì)。 表征特征變化點的溫度分別為DT、ST、HT、FT。,28.06.2020,.,45,煤質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,測定灰熔融性的意義 1. 提供鍋爐設(shè)計選擇爐膛出口煙溫和鍋爐安全運行依據(jù)； 2.預測燃煤的結(jié)渣；ST=1350為分界線。 3.為不同鍋爐燃燒方式選擇燃煤； 4.判斷煤灰的渣型,28.06.2020,.,46,煤質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,五、煤灰成分特性指標 煤灰成分主要含有硅、鋁、鐵、鈦、鈣、鎂、硫、鉀、 鈉

23、等元素，其中硅、鋁、鐵的氧化物占90%以上。 測定煤灰成分的意義 1.初步判斷煤灰的熔融溫度； 2.判斷對鍋爐的腐蝕情況； 3.計算結(jié)渣指數(shù)。,28.06.2020,.,47,煤質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,1-5 灰中氧化物的熔點 氧化物名稱 熔點（） 氧化物名稱 熔點（） SiO2 1625 Fe2O3 1565 Al2O3 2050 FeO 1420 MgO 2800 K2O 8001000 CaO 2570 Na2O 8001000,28.06.2020,.,48,煤質(zhì)特性指標與電力生產(chǎn)關(guān)系,六、煤粉細度（Rx) 指煤粉中不同粒度顆粒所占的質(zhì)量百分數(shù)。它對煤炭燃 燒的經(jīng)濟性有直接的影響。

24、利用煤粉細度判斷煤粉粒度分布的均勻性。 當n1時，煤粉粒度分布較均勻；當n1時，則煤粉粒度分 布均勻性較差。根據(jù)不同設(shè)計煤質(zhì)，發(fā)電廠一般選取n=0.81.2。,28.06.2020,.,49,第六節(jié) 煤質(zhì)分析方法的一般規(guī)定和 基準的應用,一、煤樣的保存 1）水分煤樣應裝入不吸水、不透氣的密閉容器中； 2）一般分析試驗煤樣應在達到空氣干燥狀態(tài)后裝入嚴密 的容器中。 二、水分測定期限 1）全水分應在煤樣制備后立即測定，如不能立即測定， 則應將其準確稱量。 2）凡需根據(jù)水分測定結(jié)果進行校正或換算的分析試驗， 應同時測定煤樣水分；如不能同時進行，兩者測定也應在 盡量短的、煤樣水分未發(fā)生顯著性變化的期限

25、內(nèi)進行，即 5d。,28.06.2020,.,50,煤質(zhì)分析方法的一般規(guī)定和 基準的應用,三、測定次數(shù) 對同一煤樣進行2次測定（一般為重復測定），測定差 值T；3次測定，極差1.2T；4次測定，極差1.3T。否 則舍去全部結(jié)果，查原因重新測定。 四、基準的應用 按照煤存在的狀態(tài)或者根據(jù)需要而規(guī)定的成分組合，稱 為基準。 1.電力用煤常用基準 四種狀態(tài)：收到基(ar)、空氣干燥基(ad)、干燥基(d)、干 燥無灰基(daf),28.06.2020,.,51,煤質(zhì)分析方法的一般規(guī)定和 基準的應用,1-6 各種基的燃煤狀態(tài) 燃煤基 燃煤狀態(tài) 燃煤含有組成 收 到 收到時的燃煤 表面水分、空干基水分、 灰分、揮發(fā)分、固定碳 空氣干燥 達到與環(huán)境濕度 空氣干燥基水分、灰分、 平衡時的燃煤 揮發(fā)分、固定碳 干 燥 在105 下干燥 揮發(fā)分、灰分、固定碳 后的假想燃煤 干燥無灰