動力煤

燃料煤的特性包括兩個方面：一是煤特性，二是灰特性。煤特性指煤的水分、灰分、揮發分、固定碳、元素含量（碳、氫、氧、氮、硫）、發熱量、着火温度、可磨性、粒度等。這些指標與燃燒、加工（例如磨成煤粉）、輸送和儲存有直接關係。

灰特性指煤灰的化學成分、高温下的特性、以及比電阻等。這些特性對燃燒後的清潔程度，對鋼材的腐蝕性以及煤灰的清除等有很大的影響。

動力用煤就類別來説，主要有褐煤、長焰煤、不粘結煤、貧煤；氣煤以及少量的無煙煤。

從商品煤來説，主要有洗混煤、洗中煤、粉煤、末煤等。

劣質煤主要指對鍋爐運行不利的多灰分（大於40%）低熱值（小於15。73兆焦/千克）的煙煤、低揮發分（小於10%）的無煙煤、水分高熱值低的褐煤以及高硫（大於2%）煤等。

對動力用煤的質量要求，比對其他任何用煤都低。例如低位發熱量大於4186.8kJ/kg的煤矸石就可作沸騰鍋爐的燃料。但從動力工藝的經濟效益考慮，動力用煤也應有一定的質量要求。首先是發熱量，其次是灰熔點的高低和結渣的難易程度，粉煤鍋爐燃燒還要考慮可磨性係數的大小，鏈條式鍋爐燃料需要注意煤的含塊率等指標。動力用煤還分為船舶用煤，機車用煤和發電用煤等，它們對煤質的要求也是各不相同 ^[1]  。

2022年5月，國家發展改革委價格司組織重點煤炭和電力企業、相關行業協會、市場資訊機構召開專題會議，煤炭生產經營企業銷售的熱值低於6000千卡煤炭，如無明確合同、發票等證據證明其最終用於煉焦、化工等非動力用途，一般可視為動力煤。 ^[4] 

火力發電廠是以煤、石油、天然氣等作燃料，燃料燃燒時的化學能被轉換為熱能，再借助汽輪機等熱力機械將熱能變換為機械能，並由汽輪機帶動發電機將機械能變為電能。迄今為止，在世界上的絕大多數國家中，火力發電廠在系統中所佔的比重都是較大的。據統計，全世界發電廠的總裝機容量中，火力發電廠佔70%以上。

火力發電廠按其作用來分有單純發電的和既發電同時又兼供熱的兩種類型。前者即指一般的火力發電廠，後者稱為供熱式火力發電廠(或稱熱電廠)。一般火力發電廠應儘量建在燃料基地或礦區附近，將發出的電用高壓線路送往負荷中心，這樣既避免了燃料的長途運輸，提高了能量輸送的效益(燃料中的灰分、雜質可就地處理而不必為此耗費運輸力量)，還防止了對大城市周圍地區的環境污染。通常把這種火力發電廠稱為“坑口電廠”，這是今後建設大型火力發電廠(特別是燒低質煤的火力發電廠)的主要方向。

目前我國電廠鍋爐所用燃料主要是煤。一般先把煤磨製成煤粉，然後送入爐膛燃燒。煤炭的物理狀態對燃燒有一定影響，首先是煤的乾濕對燃燒有一定影響。這裏的干與濕，是指煤的表面水分。一般來説，水分對燃燒是有害的，燃煤的水分增加，會使燃燒温度下降，導致燃燒不穩，影響運行的經濟性和可靠性。但是從燃燒動力學角度來講，煤中含有少量適當的水分，對燃燒有利。

煤炭的種類和性質對鍋爐燃燒設備的結構、選型、受熱面的佈置以及運行的經濟性和可靠性都有很大影響。發電廠應該儘可能供應原設計選用的煤炭品種，有一些變化，尚可適應，變化太大，就會影響運行的經濟性和可靠性。因此，就要求在設計選用煤種時，一定落實可靠。要充分考慮到煤炭地區平衡和煤炭運輸流向等的變化因素，否則，在電廠投產後，就難以按所選用的設計煤種供應煤炭，只能儘量按與設計相似的煤種和幾種煤按比例供應混合使用。

對電廠鍋爐熱力工作影響大的指標主要有：乾燥無灰基揮發分V_daf、收到基灰分A_ar、收到基水分M_ar、乾燥基全硫分S_t，d、收到基低位發熱量Q_net，v，ar，以及灰熔融性：DT(T₁)、ST(T₂)、FT(T₃)等。

煤粉爐對煤的揮發分適應範圍較廣，可以設計成燃燒高揮發分的褐煤，也可以設計成燃燒低揮發分的貧煤、瘦煤，甚至無煙煤。但是煤的揮發分對煤粉爐燃燒器的型式、佈置，爐膛形狀、大小和燃燒帶的敷設有較大的關係；對煤粉爐的點火、助燃油系統的設計，以及空氣預熱器的大小，制粉系統的型式和防爆措施的設計等，都有直接的影響。因此，對已經制造定型並安裝投產的某一台煤粉爐來説，不可能對各種揮發分的煤都能燒。因此，在供應煤炭時要儘可能考慮鍋爐原設計煤種的揮發分。

對灰分的要求。灰分對燃燒的影響也是首先表現在對着火的影響。灰分高會使火焰傳播速度減慢，而着火推遲，燃燒温度下降，燃燒的穩定性就差。煤的灰分增大，可燃物的成分相對減少，煤炭的發熱量降低，而且當礦物質變為灰分時，還要吸收熱量。因此，煤的灰分愈高，理論燃燒温度愈低，爐膛温度的下降幅度也愈大，煤的燃盡度變差，機械不完全燃燒的熱損失增加；而排灰量增大，灰渣的物理熱損失也隨之增加。但是，由於灰分增加時煤的可燃物組分相應減少，因此，飛灰中的可燃物含量卻是隨之略有降低。灰分對燃燒也有好處。層狀燃燒時，如灰渣在爐箅上保持一定的厚度，不僅能起到保護爐箅不致燒壞的作用，而且對鼓入的空氣也起到分散均勻的作用。懸浮燃燒，火焰中所含的灰渣滴對燃燒過程起着催化作用。

對水分的要求。水分不能燃燒，因此，煤的水分愈高，可燃物質就相對減少，發熱量降低。而且在燃燒時，水分蒸發還要吸收一部分熱量，使煤的有效熱能降低。在一般情況下，要使煤中1kg水分蒸發，需要約2500kJ的熱量。由於水的蒸發熱量很大，煤中水分所耗熱量比灰分高得多，所以水分對理論燃燒温度的影響比灰分更大。我國發電鍋爐用煤的全水分M_t大致為2～44%。當入爐煤水分增高時，燃燒產生的水蒸氣體積增加，爐膛温度水平降低，爐膛受熱面的吸熱量減少，這時雖然對流受熱面的吸熱量增加，但包括排煙温度在內的尾部各段煙温總會有所升高，因而增加了排煙熱損失和引風機的耗電量。但是，從燃燒動力學的角度看，煤中含有少量的適當的水分對燃燒過程常會產生某些有利的作用。因為高温火焰中的水蒸氣對燃燒過程是十分有效的催化劑，水蒸氣分子可以加速煤粉殘炭的氣化和燃燒；水蒸氣還可以提高火焰的黑度，加強輻射傳熱至燃燒室爐壁；另外，水蒸氣分解時產生的氫分子及OH根又可提高火焰的熱傳導率。

對硫分的要求。硫在燃燒時雖然能放出一部分熱量，每公斤硫可發出熱量9.199MJ，但更主要的它是不利的成分。因此，硫是煤中有害物質，煤的硫分愈低愈好。硫燃燒後生成二氧化硫SO₂及三氧化硫SO₃，它們極易與煙氣中的水蒸氣化合成H₂SO₃和H₂SO₄蒸氣。當遇到低於其露點的金屬壁面時，H₂SO₃和H₂SO₄蒸氣就會凝結在上面，對金屬起腐蝕作用。燃用高硫分煤炭時，鍋爐最後的低温部分受熱面(省煤器、空氣預熱器)經常會產生嚴重的腐蝕，對鍋爐的危害很大。

對發熱量的要求。煤的發熱量同鍋爐燃燒的理論空氣量、理論幹煙氣量和濕煙氣量，以及可達到的理論燃燒温度有關。燒用的煤發熱量低於原設計選用的煤種，理論燃燒温度必然下降，爐內温度水平降低。不但不利於煤粉的着火和燒盡，而且會導致機械不完全燃燒及排煙熱損失的增加，鍋爐熱效率下降。煤發熱量下降到一定程度時，將引起燃燒不穩，滅火放炮；另外，如果煤的發熱量降低，而煤的供應量又不增多，將使蒸汽參數和蒸發量降低；為了保證鍋爐蒸汽產量，而增加煤的供應量，這樣，爐膛出口煙氣温度將升高，煙氣流量也將增加，從而使各對流受熱面中平均温度和煙氣流速都增加，於是各對流受熱面吸熱量也增加，過熱氣温將升高。這時，為了保證氣温維持在額定值，就必須增加減温器噴水量。省煤器如果原來是不沸騰的，在這種條件下有可能接近或成為沸騰的；原來是沸騰的，則增加了沸騰度。熱空氣温度也將提高。鍋爐的排煙温度也提高，從而增加了排煙熱損失。反之，如果煤的發熱量高於原設計水平，爐膛温度必然升高，煤灰大多軟化、熔融，容易結渣。發電用煤有一定的質量要求，而發熱量就是一個重要的質量指標。

對灰熔點的要求。層狀燃燒方式對煤的灰熔點要求不高。這是因為燃燒是在爐排上進行的，所以爐膛中心温度低，煙氣中的飛灰也少，受熱面上結渣的情況不嚴重；而在爐排上，燃燒層的温度高達1800～2000℃，因此，灰渣在靠近燃燒着的焦層下面呈熔化狀態，但由於自下而上的空氣對渣層起着冷卻作用，所以在靠近爐排的灰渣是凝固的，不致於粘結在爐排上。

一般電廠鍋爐用煤的要求為：

1)發熱量。要求收到基低位發熱量Q_net.ar>23MJ/kg。坑口電廠由於避免了長途運輸，可以充分利用劣質煤，Q_net.ar的要求可相應降低。

2)硫分。為減少對鍋爐、管道的腐蝕，降低對環境污染，煤炭的含硫越低越好。一般要求全硫含量S_t，d≤2.5%。如燃用高硫煤，則煙氣必須先經脱硫，方可排入大氣。

3)灰分。電廠鍋爐用煤，對灰分含量要求不嚴，一般要求A≤49%。

4)灰熔點。鍋爐排渣方式不同，對灰熔點要求不一。固態排渣的鍋爐，為了不致發生灰渣粘結，一般灰熔點以較高為宜，要求大於1200℃；液態排渣的鍋爐，則要求其灰熔點不能超過1300℃。

發電用煤可採用發熱量較低的褐煤、中煤。煤泥或灰分大於30%的煙煤，甚至還可用煤矸石等低熱值燃料。即使是泥炭、石煤、天然焦或油母頁岩等，也都可以用來發電。硫分含量雖對燃燒本身無多大影響，但對鍋爐爐體和管道有較大的腐蝕性。從防止環境污染，保護人民健康出發，發電用煤的硫分越低越好 ^[2]  。

鍋爐是用以產生蒸汽或熱水的熱力設備。煤炭在爐內燃燒，將其化學能轉換為熱能，並以各種熱傳遞的形式，通過鍋爐的金屬壁面將熱能傳遞給水，將冷水變成熱水或蒸發為具有一定壓力和温度的蒸汽。

鍋爐按其用途，可分為動力鍋爐、工業鍋爐和採暖鍋爐。動力鍋爐用於火力發電廠，產生的蒸汽為高温、高壓的過熱蒸汽。工業鍋爐用於各行各業的生產工藝，產生的一般為飽和蒸汽，有的也生產壓力和温度不太高的過熱蒸汽。採暖鍋爐僅用於取暖或生活需要，只能生產低壓飽和蒸汽或熱水。此外，工業生產中還有利用生產過程中的高温氣體或廢氣來產生蒸汽的鍋爐，這種鍋爐稱為廢熱鍋爐。

在各種工業企業的設備中，鍋爐常常是不可缺少的組成部分。工業鍋爐比其他各種爐窯數量大，分佈廣，用煤多。目前，我國約有28萬台一般工業鍋爐(不包括髮電、機車、船用和採暖鍋爐)，年耗煤量約2億多噸。

一般工業鍋爐對煤種的適應性比較強，各種爐型不同，要求也有所不同。如手燒爐的條狀爐排適於燃用揮發分高的褐煤和煙煤；板狀爐排適於燃用無煙煤。鏈條爐用煤的要求是：發熱量為16.725～18.817MJ/kg，揮發分大於15%，灰熔點高於1250℃，粒度小於50mm，其中10mm以下的末煤最好不超過15%。振動爐排可燃用煙煤或無煙煤，但不適於燃用灰熔點低、粘結性強和水分高的煤炭。往復爐排的適用煤種的範圍較廣，對水分較高，灰分較大的褐煤或煙煤均可燃用。拋煤機爐用煤，從褐煤到無煙煤均可燒用；對水分高、灰分高、灰熔點低、粘結性強的煤種也能適應。懸燃爐對煤種的使用範圍也很廣，各樣煤種以及低質煤，都可燒用。沸騰爐是一種燃用各種低質煤、煤矸石和石煤的新型鍋爐。

工業鍋爐製造行業，根據我國資源條件，擬訂了工業鍋爐燃料分類表，鍋爐的設計均按代表性煤種進行 ^[2]  。

蒸汽機車是以蒸汽為原動力的機車。目前，鐵路機車用煤年消耗量達2000多萬t，其中大同煤供應量為700萬t。由於蒸汽機車的結構比較簡單，造價低廉，以及我國煤炭資源豐富，雖然我國於1988年已停止製造蒸汽機車，但現有蒸汽機車達7000多台，在今後一定時期內，仍將發揮它的應有作用。

鐵路機車用煤的特點及要求簡介如下：

(1)對粒度的要求。鐵路機車鍋爐蒸發率高，一般為70～80kg/m·h；通風強度大，燃氣流速快，一般為30m/s以上，燒用原煤或混煤時，煤末煙渣未完全燃燒，即從煙筒噴出，這種損失在開汽運行中一般達15～20%，大供氣率時，可達25～30%。如使用顆粒煤(>13mm塊煤和>6mm粒煤)，這項損失就大幅度下降。試驗表明，在常用供汽率(指每米鍋爐蒸發傳熱面積，每小時產生的供給汽機用的蒸汽量)時，以解放型的供汽率55kg/m·h為例，使用6mm以上的顆粒煤(其中實測仍含0～6mm末煤7.7%)和使用13mm以上的顆粒煤(其中含末率仍有8.9%)時，均比使用原煤(含末率33%)時，降低煤炭單耗9.6%左右。在不同含末率對比試驗中，得出含末率每增加1%，相應增加煤耗0.4%的結果。因此，鐵路機車應供應顆粒煤，不宜供應含末率大的原煤、混煤和末煤。在供應顆粒煤時，限下率也應控制在不超過15%的範圍。

(2)對發熱量和灰分的要求。機車是高速移動式熱機，功率大，運用可靠性及運輸的時間概念要求高，但設備的體積和重量卻受到限制。因此，對煤炭質量規格的要求與固定式熱機不同。機車用煤的收到基低位發熱量一般應在23027～25121kJ/kg左右，調車及支線機車用煤可在23027kJ/kg左右。煤的幹基灰分應為20～24%。如灰分過高，為保持鍋爐的正常供汽率，必須多投煤，導致火牀厚度增大，影響通風，影響燃燒和蒸發；如灰分高，也將增加機車停車清爐，放灰次數和時間，降低運輸能力和效率。

(3)對揮發分的要求。鐵路機車鍋爐是卧式煙管鍋爐，層燃方式，爐牀面積只有5～6.8m。使用揮發分較高的煤，可以充分利用火箱空間進行燃燒，以適應大功率供汽的需要。又因機車通風強度大，宜用弱粘性和弱膨脹性的煤，而不宜使用強粘結和強膨脹(阻礙通風)和不粘結性(增加噴出和漏落的損失)的煤。因此，供應機車用煤的乾燥無灰基揮發分應在20%以上。

(4)對灰的熔融性軟化温度的要求。灰的熔融性軟化温度(T₂)也是機車用煤質量指標之一。因為機車鍋爐熱負荷大，爐牀燃燒層温度也較高，如使用T₂低於1200℃的煤，將隨時在爐牀上形成熔融一體的爐渣，嚴重阻礙通風，致使燃燒惡化，造成供汽困難。所以，煤炭灰的熔融性軟化温度不低於1200℃。

(5)對硫的要求。煤中硫含量要低，煙道中二氧化硫、三氧化硫氣體對設備的腐蝕和對環境的污染仍然有害。一般要求煤中硫分不超過1.5%，在隧道區段不應超過1%。

從上述情況看，如果某些煤種達不到鐵路機車用煤的各項要求時，應與另一適當煤種混合使用，以滿足其各項質量的要求標準。因此，瘦煤、焦煤、肥煤、不粘結煤等，都能與別的煤種混合燃用。例如長焰煤與瘦煤相混合，灰分高的與灰分低的煤種相混合，揮發分低的與揮發分高的煤種相混合，粘結性強的煤種與不粘結的煤種相混合等。

在暫時還沒有條件供應塊煤和顆粒煤的地區，供應原煤或混煤的含末率(0～6mm煤末)也應儘量不超過35%。含末率大的原煤、混煤和混末煤，應摻混適當比例的塊煤，以減少煤炭噴出和漏落的損失 ^[2]  。

動力配煤技術是將不同類別、不同品質的煤經過篩選、破碎和按比例配合等過程，改變動力煤的化學組成、物理特性和燃燒特性，使之達到煤質互補、優化產品結構、適應客户燃煤設備對煤質的要求，達到提高燃煤效率和減少污染物排放的技術。

動力配煤技術可以做到：①保證燃煤特性與鍋爐設計參數相匹配、提高鍋爐熱效率、節約煤炭；②通過“均質化”而保證燃煤質量的穩定，使鍋爐正常、高效運行；③充分利用低質煤或當地現有煤炭資源；④調節燃煤中硫及其他有害物質的含量、滿足環保要求 ^[3]  。