不一樣的煤炭 不一樣的發(fā)電

燃料的選擇是電廠設計的重要因素，我國的資源稟賦結構決定煤電成為我國電力工業(yè)的主力。這么多的煤炭資源是怎么分類的？不同的煤質對電廠設計又有哪些影響？

煤的分類

煤炭：主要由植物遺體經(jīng)煤化作用轉化而成的富含碳的固體可燃有機沉積巖，含有一定量的礦物質，相應的灰分產(chǎn)率小于或等于50%。

按照我國煤炭分類標準，不同煤化程度的煤炭可分為：無煙煤（WY）、煙煤（YM）和褐煤（HM）三大類。

其中褐煤又分為1、2號兩種；

煙煤又分為貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤、氣煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤12種；

無煙煤分為1、2、3號三種。

除此外，還有一些特別煤種，如煤矸石、泥煤、油頁巖等。

Vdaf：干燥無灰基揮發(fā)分；PM：低煤階煤透光率

來源：《中國煤炭分類國家標準》

無煙煤

俗稱白煤或紅煤，是煤化程度最大的煤，固定碳含量可達80%以上，色堅硬，有金屬光澤，揮發(fā)分產(chǎn)率低，密度大，硬度大，燃點高。無煙煤燃燒時不冒煙，燃燒時火焰短而少煙，不結焦。

煙煤

煤化程度較大的煤，煤含碳量為75%-90%，大多數(shù)具有粘結性，發(fā)熱量較高，外觀呈灰黑色至黑色，粉末從棕色到黑色。具明顯的條帶狀、凸鏡狀構造。煙煤燃燒時火焰長而多煙，多數(shù)能結焦。

褐煤

煤化程度最低的礦產(chǎn)煤。一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。具有高水分，高揮發(fā)分，燃燒效率低的特性。其化學反應性強，在空氣中容易風化，不易儲存和遠運。

我國的褐煤儲量豐富，占全國煤炭總儲量的13%，特別是內(nèi)蒙古地區(qū)，褐煤更是占到了當?shù)孛禾靠們α康?7%。

為了高效利用這一資源，針對褐煤的特性，中國能建東北院進行了系列科研，提出了“基于爐煙干燥及水回收風扇磨倉儲式制粉系統(tǒng)的高效褐煤發(fā)電技術”，簡稱“煤中取水”。

煤里面還能取水？

能！

通過抽取自鍋爐爐膛上部的高溫爐煙與取自鍋爐尾部的低溫爐煙混合成為干燥劑，在干燥裝置中將褐煤中的大部分水分蒸發(fā)出來。干燥加熱后的干煤通過磨煤機研磨后送入鍋爐燃燒，蒸發(fā)出的水汽經(jīng)過凈化后通過水回收裝置可實現(xiàn)再利用。

回收的水，除懸浮物外，水質優(yōu)于河水，還能用于電廠的工業(yè)水、循環(huán)水補水和鍋爐補給水！

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說了這么多

這幾種煤對我們火電廠的建設

到底有什么影響呢？

對鍋爐的選型影響

不同的煤就有不一樣的熱值，而煤粉的燃燒特性、爆炸特性，煤灰的結渣特性等等，直接影響鍋爐選型和燃燒系統(tǒng)擬定。

所以在電廠設計時，煤質是最重要的資料，需要業(yè)主以文件的形式提供給設計院，也作為鍋爐廠設計的依據(jù)，做到有案可查。

●當煤種是褐煤時，因為這種煤熱值較低（3000大卡/公斤）、揮發(fā)分高（＞37%），容易著火，但燃煤量大，煙氣量大。鍋爐爐膛就要設計的又高又大，煤粉的細度可以粗一些。

●當煤種是無煙煤時，一方面由于無煙煤揮發(fā)分低（6%-10%），這就導致了這種煤很難著火。另一方面，無煙煤含碳量高，不易燃盡，所以一般采用W型火焰的鍋爐。

W型火焰鍋爐

W型火焰爐膛是由下部燃燒室和上部冷卻室所組成，下部燃燒室容積擴大一倍左右，燃料燃燒過程基本上是在下部燃燒室內(nèi)進行，延長了煤粉在爐內(nèi)的停留時間，適合無煙煤燃燒速度較慢的特點，有益于煤粉的燃盡。

●但對于燃煤電廠來說，最好的煤種還要數(shù)煙煤，熱值高（4500-5500大卡/公斤），揮發(fā)分適中（20%-37%）。鍋爐的體積就可以設計得比較小，鍋爐效率可高達95%。

但是問題來了

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近些年來，設計煤種采購困難，加之為了降低燃料成本，越來越多的電廠大量燃用非設計煤種，就出現(xiàn)了煙煤與無煙煤摻燒，煤粉燃盡度變差和燃燒不穩(wěn)等問題。

舉個例子，如果煙煤摻燒低灰熔點煤，燃燒器區(qū)和屏區(qū)受熱面容易出現(xiàn)嚴重結渣，引起管壁超溫，排煙溫度升高；如果摻燒的是褐煤，容易引起制粉系統(tǒng)干燥出力不足、積粉爆炸等問題。

面對這些問題

就要根據(jù)電廠實際情況

考慮混煤方式和煤種的摻燒比例

在混煤方式上，如果煤場較小，應采用間斷摻燒；如果煤種差別大，則要利用爐前預混摻燒；如果燃燒結渣特性相差較大的煤種，則選擇分磨摻燒。

而煤種之間的摻燒比例也是一門學問，摻燒褐煤需要考慮鍋爐和磨煤機出力的影響；摻燒揮發(fā)分低的煤，要注意燃燒的穩(wěn)定性和燃盡率；摻燒高硫高灰份的煤則需要注意脫硫除灰系統(tǒng)的影響等一系列問題。

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根據(jù)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃 (2014-2020年)》，我國要按照安全、綠色、集約、高效的原則，加快發(fā)展煤炭清潔開發(fā)利用技術，不斷提高煤炭清潔高效開發(fā)利用水平。提高煤炭清潔利用水平，制定和實施煤炭清潔高效利用規(guī)劃，積極推進煤炭分級分質梯級利用，加大煤炭洗選比重，鼓勵煤矸石等低熱值煤和劣質煤就地清潔轉化利用。

沒錯

除了上面所說的三個煤種

還存在一些低熱值煤

如，煤矸石、煤泥等

為了健康有效地使用特殊煤種

電廠設計就要有相應對策

那就是

循環(huán)流化床鍋爐

循環(huán)流化床鍋爐采用流態(tài)化燃燒，主要結構包括燃燒室（包括密相區(qū)和稀相區(qū)）和循環(huán)回爐（包括高溫氣固分離器和返料系統(tǒng)）兩大部分。該鍋爐運行風速高，容量大（600兆瓦或以上等級）。

循環(huán)流化床鍋爐很好地解決了熱學、力學、材料學等基礎問題和膨脹、磨損、超溫等工程問題，成為難燃固體燃料（如煤矸石、油頁巖、城市垃圾、淤泥和其他廢棄物）能源利用的先進技術。

對制粉系統(tǒng)的影響

之所以說煤是電廠的重中之重，是因為它不單單影響了鍋爐的選型，還對制粉系統(tǒng)有著很大的影響。

●對于水分大的褐煤（水分＞35%），一般要用風扇磨直吹系統(tǒng)，抽鍋爐的高溫爐煙，與熱風低溫爐煙組成煤的干燥介質。

風扇磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)

●對于很難研磨的無煙煤，由于煤的可磨性系數(shù)小、硬度大，一般采用鋼球磨煤機直吹系統(tǒng)。

雙進雙出鋼球磨煤機

●對于水分小于35%的煙煤，一般采用中速磨煤機，這是比較受電廠歡迎的系統(tǒng)。

中速磨煤機

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不僅如此，煤種的不同會影響的方面還有很多，比如對于輸煤專業(yè)，無論是貯煤天數(shù)、貯煤量、貯煤方式、輸煤皮帶的寬度，還是上煤系統(tǒng)和篩碎系統(tǒng)的出力等等很多方面都有影響。

煤的品質還會影響總平面布置專業(yè)，優(yōu)質煤較就比劣質煤所需的煤場面積較小，而褐煤容易自燃，煤場的設計需要考慮更多。

如今，除了直接燃燒，煤炭的利用還在積極探索液化和氣化的技術，使煤炭由直接燃燒轉變成了化工原料，為煤炭綠色利用、提高資源利用率開辟了一條新途徑。

據(jù)統(tǒng)計，截至2015年底，我國煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴(包括甲醇制烯烴)產(chǎn)能分別達到254萬噸/年、31億立方米/年和862萬噸/年，2015年產(chǎn)量分別為115萬噸、18.8億立方米和648萬噸。根據(jù)《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》，大型煤氣化、加氫液化、低溫費托合成、甲醇制烯烴技術將進一步完善；百萬噸低階煤熱解、50萬噸級中低溫煤焦油深加工、10億立方米級自主甲烷化、百萬噸級煤制芳烴等技術將完成工業(yè)化示范。