摘 要:火力发电厂的电力生产主要是利用燃烧燃料产生的热能,通过复杂的机械运动最终将热能转变成电能。而煤炭作为火力发电厂中最重要的燃料之一,在这一系列复杂的能量转化过程中,自然成为关键因素,本文着重阐述了煤中各种成分对火力发电机组安全性能的影响。
关键词:元素分析 工业分析 熔融特性 发热量 安全性
中图分类号:TM1文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 05-027-01
1煤的元素分析
对煤中碳、氢、氧、氮、硫五种元素的分析。
1.1碳、氢元素
燃料热值的大小主要取决于这两种元素,碳在各种煤中都是含量最大的元素,通常占20%—70%,一部分呈单质称为固定碳,另一部分与氢、氧、硫结合成有机物在受热时析出成挥发分。氢含量很少,一般只占2%—6%,煤中的氢一是矿物质固有成分和水分中的氢,不能参与燃烧。二是与碳元素构成的有机组分,且比碳更易于完全燃烧。
1.2硫
硫在煤中是有害元素,一般只有1%左右。煤在燃烧过程中会生成SO2,污染周围环境,且一部分SO2与空气接触后会生成SO3,SO3与烟气中的水蒸汽结合易生成H2SO4蒸汽,使锅炉受热面凝结,产生腐蚀、沾污、堵灰,严重影响锅炉的安全运行。含硫量高还会易引起锅炉结渣。
1.3氧、氮
煤中的氧只能助燃,即便单靠空气中的氧,煤同样也能燃烧的很好,且煤中氧含量高,碳、氢含量就相对减少。氮在燃烧中形成NOx是有害气体,所以氧、氮是煤中没有用的部分。
2煤的工业分析
对煤中水分、挥发分、固定碳和灰分的分析。
2.1水分
煤的表面水分和换算成同一基准的内在水分之合称为全水分。煤中水分含量大,可燃物就少,煤在燃烧时放出的有效热量便减少,发热量会降低,同时因为受热蒸发消耗大量的汽化热,导致炉膛温度降低。煤中水分会吸热成蒸汽随烟气排出,使锅炉热效率降低,同时,排风机消耗电能增加。水分大,煤粉着火困难,易造成给煤系统的堵塞以及磨煤机出力下降。水分也不是越少越好,水分太少会增加煤粉尘粒在运输过程中的飞扬损失,对层式燃烧而言会增加煤层阻力,降低通风量。
2.2灰分
灰分是一种有害物质,灰分大,煤中可燃成分就相对减少,发热量低。灰分大会使炉膛温度下降,且煤粒表面易形成灰分外壳,隔绝了空气与煤中可燃物质的接触,使煤不易燃烧完全。当炉内烟气流速快时,随烟气流动的灰粒会磨损受热面。流速慢时,易在受热面产生积灰影响热传导,造成排烟温度升高,锅炉热效率降低。灰分大,还会产生炉内结渣,腐蚀金属受热面。灰分大,还会增加灰渣处理系统的工作量,污染周边环境,增加制粉及烟尘处理的经费。
2.3挥发分
挥发分是发电厂用煤的重要指标。煤的碳化程度越高,挥发分就越多,煤燃烧就越完全,大量挥发分析出可放出大量热量,有助于固定碳的燃烧。挥发分是从煤的内部析出的,挥发分多,使煤和空气接触的孔隙越大,使反应速度加快,煤越易燃烧完全。相反,挥发分低,相应的固定碳含量就多,使煤不易点燃,增大化学不完全燃烧损失,燃烧严重不稳定时甚至会引起炉膛内煤粉爆燃。
2.4固定碳
煤样除去水分、析出挥发份之后剩余的部分就是焦炭,焦炭就是固定碳和灰分。焦炭在一定的温度下灼烧一定时间,剩余的部分就是灰分,根据其占原煤质量的百分数可推算出固定碳的含量。固定碳与挥发分一样,也是表征煤的变质程度的一个指标。焦炭的黏结性与强度称为焦结性,它对煤粉锅炉工作影响不大,但对层燃炉的燃烧过程影响很大,粉末状的焦炭易被空气吹走,加大燃料不完全燃烧损失。对于焦结性很强的煤,会粘附在炉栅上,增大通风阻力,使燃烧过程恶化,导致锅炉效率降低,降低火力发电厂经济效益。
3煤灰的熔融特性
煤在燃烧后都会存有灰分,没有固定的熔点,在它受热时会由固态向液态逐渐转化,这种转化特性就是煤灰的熔融性。通常用变形温度(DT),软化温度(ST)、流动温度(FT)衡量其熔融过程的温度变化。软化温度作为熔融性指标,称为灰熔点。 它主要取决于灰的成分,一般来讲,煤灰中SiO2和Al2O3的含量高则熔化温度高。在炉膛中煤灰的高温介质主要是弱还原性介质和氧化性介质,后者主要集中在燃烧器和炉膛出口部位,由于氧化性介质中铁成Fe2O3状态,熔点高,在弱还原介质中,Fe2O3会被还原成熔点较低的FeO,其与灰渣中的SiO2形成低熔点的FeSiO4。如果炉膛燃烧过程组织的不好就会出现不完全燃烧产物,导致锅炉结渣,造成对流受热面沾污,堵塞烟气通道,降低锅炉出力,严重时会造成炉墙或燃烧器周围结成大量的渣瘤,迫使停炉。
4煤的发热量
发热量是指单位质量的煤在完全然烧时所放出的热量,是煤质好坏最主要的指标,是煤按热值计价的基础指标。主要取决于燃料的化学组成及碳、氢元素含量的多少,根据热量计测发热量的条件及锅炉燃烧时的条件分为弹筒发热量、高位发热量、低位发热量三种。
对入厂煤进行发热量的测定,可以及时监测煤质优劣,对储煤场可以做到按煤质准确混配,提高锅炉机组的工效,也可通过混配煤使锅炉燃用符合环保要求的煤,从而减少环境污染。对入炉煤进行发热量的测定,有利于提高煤耗计算的准确性,并根据煤质的变化调整锅炉运行工况,以提高锅炉机组运行的安全性和经济性。
参考文献 :
[1] 容銮恩.电站锅炉原理[M].中国电力出版社,1997.
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