煤中水分在電力生產(chǎn)中的重要性

汪奎++盛立寧++王曉娟

[摘 要] 根據(jù)GB/T 18666——2002《商品煤質(zhì)量抽查和驗(yàn)收方法》的規(guī)定，商品煤的質(zhì)量驗(yàn)收檢驗(yàn)項(xiàng)目為干燥基高位發(fā)熱量（或干燥基灰分）和干燥基全硫。而水分的分析結(jié)果與發(fā)熱量和干基全硫有直接的關(guān)系，并且對電力生產(chǎn)的某些方面有重要影響。本文重點(diǎn)分析煤中的水分含量對燃煤各項(xiàng)指標(biāo)、發(fā)電廠運(yùn)行狀況以及煤炭供需雙方貿(mào)易的影響，說明煤中水分在電力生產(chǎn)過程中的重要性。

[關(guān)鍵詞] 水分；煤場自燃；煤炭貿(mào)易；電力生產(chǎn)

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

[中圖分類號(hào)] TK01+9 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2016）21- 0128- 02

0 引 言

煤中的水分是體現(xiàn)煤炭經(jīng)濟(jì)價(jià)值最基本的指標(biāo)之一。水分含量既是質(zhì)量指標(biāo)也是數(shù)量指標(biāo)，其含量的大小直接影響到鍋爐的燃燒狀況、煤場存儲(chǔ)的安全和發(fā)電廠燃料運(yùn)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(zhì)程度和結(jié)構(gòu)有關(guān)系。一般情況下，煤的變質(zhì)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(tài)

煤中的水分按結(jié)合形態(tài)可分為游離水和化合水兩大類。游離水以吸附、附著等機(jī)械方式與煤結(jié)合；化合水則以化合方式同煤中的礦物質(zhì)結(jié)合，是礦物質(zhì)晶格的一部分，在實(shí)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(tài)又可以分為外在水分和內(nèi)在水分。外在水分是指煤樣與周圍空氣濕度達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)失去的水分；內(nèi)在水分是指煤樣與周圍空氣濕度達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)保留的水分。內(nèi)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(nèi)在水分和外在水分的和。收到基水分實(shí)際上是指在計(jì)量、計(jì)質(zhì)之前煤中的全水分。就收到狀態(tài)而言，煤中的全水分和收到基水分的測定方法和結(jié)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(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)所測得的水分，它和一般分析煤樣的水分是相同的概念?？諝飧稍锘值拇笮⊥ǔＥc煤的變質(zhì)程度有關(guān)，變質(zhì)程度越深的煤，其空氣干燥基水分含量越小。

在目前執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)中，除結(jié)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(shù)值均與煤樣的狀態(tài)、操作規(guī)范程度和測定方法有關(guān)。

2 水分對煤場自燃的影響

煤炭自燃是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)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(dāng)這部分熱量不能及時(shí)散失，在煤堆中積存起來便會(huì)引起煤堆內(nèi)部溫度的升高。而煤堆內(nèi)部溫度的升高又會(huì)導(dǎo)致煤的氧化速度進(jìn)一步加快，放出的熱量就更多。經(jīng)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(dāng)煤堆內(nèi)部熱量積蓄到一定程度，溫度升高到煤的著火點(diǎn)時(shí)，煤就會(huì)燃燒。

煤中的水分是露天儲(chǔ)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(xiàn)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(yīng)，熱量在煤堆內(nèi)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(zhì)量損失，也對煤場管理構(gòu)成極大安全隱患。

3 煤中水分對電力生產(chǎn)的影響

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

3.1 降低磨煤機(jī)出力，堵塞給煤系統(tǒng)

入爐煤含有大量水分時(shí)，原煤流散性變?nèi)?，濕煤?huì)黏結(jié)在一起，附在磨煤機(jī)入口處，從而降低磨煤機(jī)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(huì)引起煤倉、輸煤管道及給煤機(jī)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(yán)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(zhì)的相對含量就越少，發(fā)熱量也就相對越低。在燃燒時(shí)，水分蒸發(fā)需要吸收部分熱量，導(dǎo)致煤的有效熱能降低。一般情況下，煤中1kg水分的蒸發(fā)，約需要2500kJ的熱量。由于水分的蒸發(fā)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(fā)熱量一定時(shí)，水分較大，煙氣體積也相對較大，則通風(fēng)設(shè)備的規(guī)模相對需要增大，增加了煙氣帶走的熱量損失，同時(shí)也增加了通風(fēng)設(shè)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(xué)反應(yīng)創(chuàng)造了方便條件，生成的硫酸在鍋爐尾部低溫段凝結(jié)和沉積，造成空氣預(yù)熱器的嚴(yán)重腐蝕、堵灰和煙囪內(nèi)襯剝落。

3.4 增加燃料成本

煤中水分含量大，增加運(yùn)輸載重，相對消耗運(yùn)輸能力，造成標(biāo)煤運(yùn)價(jià)的提高，無形中增加燃料成本。

4 結(jié) 語

水分值在電力生產(chǎn)中雖然不像發(fā)熱量一樣作為合同必須約定項(xiàng)目，但是它的大小與發(fā)熱量、氫值和揮發(fā)分結(jié)果環(huán)環(huán)相扣，有著直接的聯(lián)系。水分測定結(jié)果不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致發(fā)熱量、氫值和揮發(fā)分結(jié)果偏離真值。在電力企業(yè)中，影響生產(chǎn)成本的因素很多，其中燃料成本占整個(gè)發(fā)電成本的70%～80%，而水分值是否準(zhǔn)確，也直接關(guān)系到燃料的成本核算問題?？傊?，了解煤的各種水分概念以及它對其他指標(biāo)的影響，掌握水分測定方法，熟知相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確確定煤中水分的量值，對合理調(diào)整鍋爐運(yùn)行工況、煤場安全管理有指導(dǎo)意義，同時(shí)對在煤炭貿(mào)易中堅(jiān)持公平、公正和公開的交易原則，維護(hù)供需雙方的經(jīng)濟(jì)權(quán)益，合理合法的降低發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)成本也是非常重要的。