燃料及燃烧基本理论.doc

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1、京能集团运行人员培训教程BEIH Plant Course燃料及燃烧基本理论The Basic Theory of Fuel And CombustionMAJTD NO.100.2word文档 可自由复制编辑目 录1燃煤的形成与分类11.1燃料11.2煤的生成11.3煤炭的分类12燃煤的成分与分析32.1煤的元素分析32.2煤的工业分析32.3煤的成分基准及其换算43燃煤的性质63.1燃烧特性63.2常规性指标63.3实验室指标93.4煤粉的颗粒特性103.5自燃特性123.6爆炸特性133.7可磨特性153.8磨损特性173.9黏结特性193.10燃烧产物的腐蚀特性193.11飞灰磨损性2

2、03.12灰的熔融性203.13堆积特性203.14流动特性214电煤技术条件、要求与标准225煤粉（粒）燃烧技术245.1燃烧的基础知识245.2煤粉的燃烧265.3独立有限空间冷态（单体燃烧器）燃烧运行技术325.4自由空间热态（整体成组）燃烧运行技术336燃油的燃烧研究356.1燃油及其化学成分356.2燃油的物理特性356.3燃油的燃烧367延伸阅读397.1质量作用定律397.2阿累尼乌斯定律407.3影响化学反应速度的因素407.4热力着火理论427.5火焰的传播467.6链锁反应477.7煤粉的着火燃烧487.8碳粒的燃烧498 题库528.1填空题528.2问答题53word文

3、档 可自由复制编辑1 燃煤的形成与分类1.1 燃料燃料是指能广泛用于工农业生产和人民生活以提供热能或动力的原料。世界上所用的燃料可分为两大类，一类是核燃料，另一类是有机燃料，也称为矿物燃料。火力发电厂锅炉燃用的是有机燃料。有机燃料就是含有元素碳、氢等有机物质的天然燃料及其加工后的人工燃料。有机燃料按其物态可以分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三种。燃料特性是锅炉设计、运行的基础。所用燃料的种类不同，锅炉的炉膛尺寸、燃烧器种类、制粉系统类型、受热面布置、锅炉的型式等各不相同，对锅炉运行出现的结渣、积灰、磨损、腐蚀、大气污染物排放和飞灰含碳量等情况的影响亦有差别。因此，对于锅炉的设计和运行工作者来说

4、，掌握好燃料的成分、特性及其对锅炉生产的影响是非常必要的。1.2 煤的生成煤是古代植物在数百万年以前以致更远的年代，由于地壳运动被覆埋在地下，长期受到地层压力和地热的作用，发生了复杂的生物化学和物理化学反应后演变而成的，通常要经历泥炭化作用和煤化作用两个阶段。泥炭化作用：古代植物由于细菌的作用而发生腐烂和分解，使其内部组织破坏，一部分物质转为气体逸出，残余的物质开始转变为泥炭，称为泥炭化作用，这是成煤的第一阶段。煤化作用：泥炭在地下受到不断增高的地层压力和温度影响，逐渐被压紧和硬化，继续排出气体和水分，从而使综合碳比例日趋增大形成了固体有机可燃沉积岩，称为煤化作用，这是成煤的第二阶段。煤炭：主

5、要是由植物遗体经煤化作用转化而成的富含碳的固体可燃有机沉积岩，含有一定量的矿物质，相应的灰分产率小于或等于50%（干基质量分数）。1.3 煤炭的分类由于成煤植物、成煤年代及成煤条件的不同，特别是在变质程度上的区别，导致各种煤具有不同的化学组成及其特性。根据煤的煤化程度（干燥无灰基挥发分Vdaf等指标），将煤分为无烟煤、烟煤及褐煤，无烟煤是煤化程度最高的煤，挥发分含量最低，发热量高，密度最大，着火点高，燃烧稳定性差，无粘结性，燃烧时多不冒烟；褐煤是最浅的煤，光泽暗淡，质地较软，内在水分较高，具有不同程度的腐殖酸，挥发分含量高，发热量低；烟煤介于两者之间。干燥无灰基挥发分的大小，作为煤炭分类的主要

6、指标，无烟煤的Vdaf10%，褐煤的Vdaf37%，烟煤的Vdaf大致可分为四个区段，即10%20%、20%28%、28%37%、37%以上，烟煤可分为12个类别。中国煤炭分类简表如表格1-1：类别符号包括数码分类指标Vdaf%GY/mmb/%PM%Q（MJ/kg）无烟煤WY01,02,0310.0贫煤PM1110.020.05贫瘦煤PS1210.020.0520瘦煤SM13,1410.020.02065焦煤JM2420.028.0506525.0(150)15,2510.028.065*肥煤FM16,26,3610.037.0(85)*25.0*1/3焦煤1/3JM3528.037.065*

7、25.0(150)气肥煤QF4637.0(85)*25.0(220)气煤QM3428.037.0506025.0(220)43,44,4537351/2中粘煤1/2ZN23,3320.0373050弱粘煤RN22,3320.037.0530不粘煤BN21,3120.037.05长焰煤CY41,4237.03550褐煤HM5237.030-50245137.030当G85的情况下，用Y值或b值来区分肥煤、气肥煤和其他煤类。当Y25.00mm时，根据Vdaf的大小可划分为肥煤或气肥煤；当Y25.00mm时，则根据Vdaf的大小可划分为焦煤、1/3焦煤或气煤。按b值来划分类别时，当Vdaf28%时，

8、b150%的为肥煤；当Vdaf28%时，b220%的为肥煤或气肥煤；如按b值和Y值划分的类别有矛盾时，以Y值划分的类别为准。表格 1-12 燃煤的成分与分析燃煤的成分通过元素分析和工业分析来确定，用质量百分数来表示。2.1 煤的元素分析煤是复杂的高分子碳氢化合物，其主要成分是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分（A）及水分（M），见表格2-1。成分元素符号对锅炉工作的影响含量（%）发热量（kj/kg）埋藏年代增加对含量的变化存在方式碳C主要可燃元素20-7032700增多固定碳、挥发性碳氢H有利可燃元素3-5120370减少化合物氧O不利元素，降低煤的发热量1-40减少与碳、

9、氢化合氮N有害元素，生成NOx污染环境0.5-2.5减少惰性元素硫S有害元素，高温腐蚀，低温腐蚀，污染环境1-29050有机硫、黄铁矿硫、硫酸盐硫灰分A有害成分，不利于着火和燃烧，造成积灰、结渣、磨损、污染环境5-45水分M不利于燃烧，降低热效率，增加引风机电耗，输煤、碎煤、制粉困难20-40表格 2-12.2 煤的工业分析在煤的着火、燃烧过程中，煤中各种成分的变化情况是：将煤加热到一定温度时，首先水分被蒸发出来；接着再加热，煤中的氢、氧、氮、硫及部分碳所组成的有机化合物便分解，变成气体挥发出来，这些气体称为挥发分；挥发分析出后，剩下的是焦炭，焦炭就是固定碳和灰分。水分和灰分是煤中的不可燃组分

10、，挥发分和固定碳则是煤中的可燃组分。水分包括外在水分与内在水分，无烟煤、烟煤的全水分一般在5%-15%之间，褐煤的全水分往往高达25%以上。挥发分是煤中最易燃烧的成分，随着煤的变质程度加深，挥发分含量逐渐减少，而挥发分开始逸出的温度及挥发分的发热量则逐渐升高，见表格2-2。煤种挥发分逸出温度（）挥发分发热量（kj/kg）褐煤130-170约25700烟煤210-39039300-56500无烟煤约400约69000表格 2-2计算煤中水分（M）、挥发分（V）、固定碳（FC）和灰分（A）四种成分的质量百分数，称为煤的工业分析。2.3 煤的成分基准及其换算2.3.1 成分基准常用的成分基准有收到基

11、、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基四种，它们的工业和元素分析如图2-1，结果表达如下：（1）收到基：以收到状态的煤为基准来表示煤中各组成成分的百分比。用下标“ar”表示，它计入了煤的灰分和全水分。其成分可用下列平衡式表示：工业分析 ： Mar + Aar + Var + FCar =100 （2-1）元素分析 ： Car + Har + Nar + Sar + Oar + Aar + Mar = 100 （2-2）式中：Mar，Aar，Var，FCar，Car，Har，Nar，Sar，Oar分别为煤中的水分、灰分、挥发分、固定碳、碳、氢、氮、硫、氧成分的收到基含量的百分数。（2）空气干燥基：由于

12、煤的外部水分变动很大，在分析时常把煤进行自然风干，使它失去外部水分，以这种状态为基准进行分析得出的成分称为空气干燥基，以下标“ad”表示。其成分可用下列平衡式表示：工业分析： Mad + Aad + Vad + FCad=100 （2-3）元素分析： Cad + Had + Nad + Sad + Oad+ Aad + Mad=100 （2-4）（3）干燥基：以无水状态的煤为基准来表达煤中各组成成分，以下标“d”表示。其成分可用下列平衡式表示：工业分析： Ad + Vd + FCd=100 （2-5）元素分析： Cd + Hd + Nd + Sd + Od + Ad =100 （2-6）（4）

13、干燥无灰基：除灰分和水分后煤的成分，这是一种假想的无水无灰状态，以此为基准的成分组成，以下标“daf”表示。其成分可用下列平衡式表示：工业分析： Vdaf + FCdaf =100 （2-7）元素分析： Cdaf + Hdaf + Ndaf + Sdaf + Odaf =100 （2-8）图2-1 燃料成分与各种“基”的关系图2.3.2 各种基准成分的换算煤的各种基准成分之间可以互相换算。换算公式如下：Y=KXO （2-9）式中：XO 按原基准计算的某一组成含量百分比；Y 按新基准计算的同一组成含量百分比；K 基准换算的比例系数，见表格2-3。不同基准成分的换算系数表已知基准欲求基准收到基空气

14、干燥基干燥基干燥无灰基收到基1空气干燥基1干燥基1干燥无灰基l表格 2-3注：挥发分和高位发热量可按此表计算，此表不能用于煤的水分之间的换算。3 燃煤的性质3.1 燃烧特性燃煤成分中的可燃性元素具有与氧进行完全剧烈反应而达到着火温度后发热、放光的性质，称为燃烧特性。3.2 常规性指标3.2.1 发热量(1) 定义单位质量燃煤（1kg）完全燃烧时放出的热量称为煤的发热量。煤的发热量分为高位发热量和低位发热量。燃煤在空气中大气压条件下完全燃烧后所放出的全部热量称为高位发热量，用“Qgr”表示。从高位发热量中扣除煤中水分（煤中有机质中的氢燃烧后生成的氧化水，以及煤中的游离水和化合水）的汽化潜热后，剩

15、余的可以实际使用的热量，称为低位发热量，用“Qnet”表示。实际工程中常应用的是燃煤的收到基低位发热量。发热量作为燃烧特性指标，反映炉内温度水平，综合了煤质灰分、水分对着火的影响。根据国内燃煤锅炉的运行经验，煤粉锅炉不投油助燃而稳定燃烧可适应的发热量见表格3-1。煤种Vdaf=16%-40%的烟煤、贫煤Vdaf15%的无烟煤、贫煤高水分褐煤发热量的最低限（MJ/kg）11.7-12.616.8-18.87.5-8表格 3-1注：褐煤的发热量最低限很低的原因在于，经制粉系统干燥后，水分很高的褐煤的发热量几乎成倍增长，而水分较低的烟煤、贫煤和无烟煤干燥后，煤粉和收到基煤的发热量变化不大。(2) 发

16、热量的换算各种基准的高位发热量之间的换算可按成分换算系数进行。低位发热量之间的换算还必须考虑汽化潜热的影响，由于1吨氢燃烧后生成9吨水蒸汽，所以每千克燃煤燃烧时将形成（9Har+Mar)/100千克水蒸汽。如果取水的汽化潜热r=2508kJ/kg，则燃煤收到基的高、低位发热量之间的换算关系如下表格,3-2。各基准下高位发热量与低位发热量的换算公式（单位：kj/kg）收到基发热量Qnet,ar= Qgr,ar226Har25Mar干燥基发热量Qnet,d= Qgr,d226Hd空气干燥基发热量Qnet,ad= Qgr,ad226Had25Mad干燥无灰基发热量Qnet,daf= Qgr,daf2

17、26Hdaf已知基Qnet,v,+换算基的低位发热量Qnet,v,*收到基空气干燥基干燥燥基干燥无灰基收到基Qnet,v,arQnet,v,ar(Qnet,v,ar +25.1M ar)K25.1M ad(Qnet,v,ar +25.1M ar)K(Qnet,v,af +25.1M ar)K空气干燥基Qnet,v,ad(Qnet,v,ad+25.1M ad) K25.1M arQnet,v,ad(Qnet,v,ad+25.1M ad)K(Qnet,v,ad+25.1M ad) K干燥基Qnet,v,dQnet,v,dK25.1M arQnet,v,dK25.1M adQnet,v,dQnet,

18、v,dK干燥无灰基Qnet,v,dafQnet,v,dafK25.1M arQnet,v,dafK25.1M adQnet,v,dafKQnet,v,daf表格 3-2(3) 标准煤以收到基低位发热量为29308kj/kg（7000kcal/kg）的燃煤，称为标准煤。由于各种煤的发热量不同，有时差别很大，在工业上为了核算企业的能耗量，统一计算标准，便于比较与管理，采用标准煤及其折算的概念。实际燃煤量B折合成标准煤重量Bbz的公式为：Bbz=BQnet,ar29308 （kJ/kg） （3-1）(4) 折算成分燃料的成分是以质量百分数来表示的，但对于某些成分，例如水分，灰分和硫分，由于它们对锅炉

19、机组的工作（例如着火、磨损、积灰、腐蚀等）的影响较大，只通过元素分析和工业分析所得到的应用基成分百分数不能完全说明问题。这是因为燃料的发热量有高有低，在一定的锅炉负荷所带进炉内的水分，灰分和硫分，就不但与它们的应用基成分百分数有关，而且与燃料的发热量有关。在锅炉和设计和运行中，为了更好地鉴别煤的性质，更准确地比较煤中硫、水分、灰分对锅炉工作的影响，常用折算成分的概念来考虑。所谓燃料的折算成分，就是每送入锅炉4182kJ/kg热量（即1000kcal/kg)，带入锅炉的水分、灰分和硫分，并用下列各式计算：折算水分： （3-2）折算灰分： （3-3）折算硫分： （3-4）当煤中的Mar,zs7时，

20、称为高水分煤；当煤中的Aar,zs12时，称为高灰分煤；当煤中的Sar,zs0.5称为高硫分煤。3.2.2 挥发分挥发分是煤中有机质在高温加热过程中释放出的气态物质，主要由各种碳氢化合物、一氧化碳、硫化氢等可燃气体组成。着火温度：煤在通氧环境中，加热达到临界着火点时，会发生明显的煤表面发亮、爆燃或煤的温度明显升高等现象，此时对应的加热温度，称为煤的着火温度。燃煤性质对着火过程影响最大的是挥发分含量。挥发分含量与煤的着火温度呈反向变化关系，如图3-1挥发分含量降低时，煤的着火温度提高，着火热也随之增大，着火距离加长，着火速度减慢，更不易燃烬。图 3-1 挥发分含量与着火温度的关系干燥无灰基挥发分

21、含量Vdaf和煤粉气流着火温度IT是评定煤的燃烧特性的主要指标。判别准则如下：Vdaf 25%或IT600的煤，属于极易着火煤。Vdaf =20%25%或IT=600700的煤，属于易着火煤。Vdaf =15%20%或IT=700800的煤，属于中等着火煤。Vdaf =10%15%或IT=800900的煤，属于难着火煤。Vdaf 10%或IT900的煤，属于极难着火煤。3.2.3 灰分煤中灰分对燃烧影响很大。煤中灰分含量增加，可使发热量降低，并使理论燃烧温度降低，炉内火焰温度下降，而且过高的灰分妨碍挥发分的析出，导致挥发分初析温度上升，着火温度也因此升高。过高灰分使煤粒表面形成灰壳，从而增大了

22、氧和煤中可燃质之间的传质阻力，使飞灰含碳量升高。灰分也影响着火速度，灰分越高，火焰传播速度越低。煤中灰分增多，会带来大量煤粉灰的输送、存储、利用、环保、烟尘排放等问题；造成破碎、制粉的能耗大大增加；加剧锅炉受热面的沾污、磨损、结渣和超温。灰分A20%的煤，属于低灰煤；灰分A=20%30%的煤，属于中灰煤；灰分A30%的煤，属于高灰煤。3.2.4 水分水分对煤的燃烧过程的影响主要体现在降低炉内燃烧温度，水分对理论燃烧温度的影响比灰分还大。水分还影响制粉系统形式、干燥介质的选择以及输煤系统的运行，从而影响燃烧工况。过高的水分将导致制粉系统阻塞，破坏进炉燃料的连续和稳定。同时燃煤水分过高，制粉系统的

23、干燥介质作为一次风或三次风人炉也会影响煤粉燃烧的稳定性。另外，水分对入厂煤煤质验收、煤量验收及计量计价等都有较大影响。Mar20%的煤，属于高全水分煤；Mar =12%20%的煤，属于中高等全水分煤；Mar =8%12%的煤，属于中等全水分煤；Mar8%的煤，属于低全水分煤。3.3 实验室指标3.3.1 碳氢比C/H燃煤元素分析成分的碳氢比C/H，可以表示煤的燃烧难易程度，碳氢比愈高，说明燃煤的含碳量愈高，燃烧愈困难，也愈难于燃尽。3.3.2 燃料比FC/Vdaf燃料比是煤的工业分析成分中固定碳（FC）与干燥无灰基Vdaf的比值，它说明燃煤着火和燃尽的难易程度。燃煤的燃料比愈大，说明煤的固定碳

24、含量愈高，挥发分含量愈少，燃煤的着火温度愈高，着火愈困难，也愈难于燃尽。3.3.3 反应指数T15反应指数T15是指煤样在氧气流中加热，使其温升速度达到15/min时所需要的加热温度。很显然，煤的反应指数愈大，表明这种煤越难着火和燃烧。挥发分愈低的煤，其反应指数愈高，煤的着火、燃烧愈困难，这完全符合挥发分对着火、燃烧影响的规律。3.3.4 着火稳燃性指标着火稳燃性指标用燃料着火稳定性指数Rw来代表，其计算公式如下： （3-5）式中：着火温度，；最大失重速度时对应的温度，；最大失重速度，mg/min。其判别界限如表格3-3所示：着火稳燃划分界限Rw44.04.654.655.05.05.75.7

25、等级极难难中等易极易表格 3-33.3.5 燃烬指标燃烬指标用燃烬特性综合判别指数Rj来代表，其计算公式如下： （3-6） （3-7）式中：,煤和煤焦烧掉98时所需时间，min；难燃峰最大反应速度时对应的温度，；难燃峰下烧掉的燃料量，mg。其判别界限如表格3-4所示：燃烬划分界线分界限Rj0.52.533.04.44.45.75.7等级极难难中等易极易表格 3-43.4 煤粉的颗粒特性（1）煤粉细度煤粉最主要的性质之一是煤粉细度，即煤粉颗粒的大小，其决定了煤粉颗粒的比表面积，对煤粉的流动性、吸附性以及传热和传质特性有直接影响。煤粉细度一般是用一组标准筛来测定。将一定数量的煤粉试样放在筛子上筛分

26、，筛分后留在筛子上的煤粉质量占筛前煤粉总质量的百分数，就称为煤粉细度。用符号Rx表示如下： （3-8）式中：a留在筛子上的煤粉质量；b透过筛子的煤粉质量；(a+b)晒前的煤粉总质量。角码x指筛子的规格，是用筛号或筛孔宽度来表示。目前我国的筛子规格是用筛孔宽度来表示。用的筛孔宽度为90m和200m两种，它们表示煤粉细度时就R90和R200两种形式。筛分煤粉的筛子各国的标准不同，进行比较全面的煤粉筛分时，同时需要45个筛子。对于烟煤和无烟煤的煤粉通常用R90和R200来表示煤粉细度；对于褐煤则用R200和R500（或R1）。如果只用一个数值表示煤粉的细度，则常用R90。国外常用筛网每英寸上的孔数表

27、示，如200目（200mesh），即R75，而且以透过份额表示（Dx）。煤粉细度对磨煤机的出力和磨煤机电耗影响很大；对煤粉被点燃的难易程度也有很大的影响。无论对哪一种磨煤机，煤粉愈粗，出力就愈大，磨煤和输粉电耗也就愈低，金属的单位磨损也愈小。煤粉愈细，粒度愈均匀，愈容易点燃，燃烧愈完全。综合制粉和燃烧的要求，存在最经济的煤粉细度，即制粉和燃烧总的损耗最小时的煤粉细度。它与很多因素有关：第一，与煤种有关，其中以燃煤挥发分的影响最大。挥发分高的燃料，燃烧强烈，可以允许煤粉粗一些，无烟煤挥发分最低，则要求煤粉磨得细一些；第二，与磨煤机和分离器的型式有关，它们决定了煤粉颗粒的均匀程度，如果煤粉颗粒均匀

28、，则可允许煤粉粗些；第三，与燃烧方式和炉膛容积热负荷有关。它决定了煤粉燃烧的经济性，如炉内燃烧温度高或煤粉停留时间长（容积热负荷低）时，可允许煤粉粗些。对于经济煤粉细度以燃煤的干燥无灰基挥发分的含量为基准，按以下方法选取：对于固态排渣煤粉炉燃用无烟煤、贫煤和烟煤，煤粉细度按下式选取： （3-9）式中：Vdaf煤的干燥无灰基挥发分，%；N煤粉的均匀系数，一般情况下，配离心式分离器的制粉设备的n1.1；双流惯性式分离器的n1.0；单流惯性式的n0.8；旋转式分离器的n1.2。对于劣质烟煤，煤粉细度按下式选取： （3-10）对于褐煤及油页岩煤粉细度为：R90=35%50% （挥发分高取大值，挥发分低

29、取小值）；R11%3% 。300MW及以上机组可用式（3-9）计算R90，200MW及以下机组的R90在此基础上适当下降，还必须考虑低NOx燃烧时对煤粉细度的要求。（2）煤粉颗粒的均匀度煤粉的颗粒特性表示煤粉中颗粒尺寸的分布状况，用方程式表示为（Rosin-Rammler方程）： （3-11）式中：Rx煤粉细度，%；x颗粒尺寸，m；b反映煤粉粗细程度的常数；n煤粉的均匀性系数，取决于制粉设备的型式，见式（3-9）。根据式（3-11）可导出： （3-12）不同粒径下的煤粉细度换算式为： （3-13）3.5 自燃特性燃煤长时间缓慢氧化放热，在没有外来火源的情况下发生的燃烧现象称之为自燃。用煤的自燃

30、倾向性来表示煤自燃难易的特性。煤的自燃倾向性与煤的吸氧量、含水量、全硫含量以及粒度等特性有关。煤的自燃倾向性根据煤的含氧量和全硫含量不同可分为三个等级见，表格3-5。自燃倾向性等级自燃倾向性煤的吸氧量（cm3/g干煤）全硫含量（仅用于高硫煤和无烟煤类）%褐煤、烟煤类Vdaf18%的高硫煤和无烟煤类易自燃0.7112自燃0.410.712不易自燃0.40.82表格 3-5评判煤自燃特性的指标是煤的热解（热分解或干馏）开始点温度、氧化煤样的着火温度和堆积煤粉起燃温度。这些指标越低，表示煤越容易自燃。原煤的热解开始点温度和堆积煤粉起燃温度与煤种成分的关系式参照相关标准。含黄铁矿的煤和经过氧化的煤，自

31、燃温度将有明显降低。煤的自燃特性是确定磨煤机出口温度防爆上限值的主要依据，当锅炉设计要求的磨煤机出口温度高于单纯按煤的挥发分高低所推荐的规定值时，宜根据实测的热解特性和堆积煤粉自燃特性来评估其安全性。3.6 爆炸特性制粉系统中的煤粉自燃或有其它火源，会使气粉混合物被点着，并迅速传播开来，形成大面积的着火燃烧，使压力升高到0.20.3Mpa并发出巨大的声响，这一现象称为煤粉的爆炸性。煤粉的爆炸将危及人身和设备安全，因此，制粉系统的防爆工作十分重要。影响煤粉的爆炸性因素主要有煤粉的挥发分、水分、煤粉细度、气粉混合物的浓度、流速、温度以及输送煤粉的气体中氧的成分比等、现分述如下：（1）挥发份含挥发分

32、多的煤易爆炸。当挥发分含量V10%时(无烟煤)，一般是没有危险的。但当挥发分V20%时(烟煤等)，因其容易自燃，故爆炸的可能性很大。（2）煤中水分煤粉越干越容易爆炸。煤粉水分与磨煤机的出口气粉混合物的温度有关，对于不同的煤种和制粉系统，只要控制适当地出口气粉混合物的温度，就可防止煤粉过干而爆炸。（3）煤粉细度煤粉越细，越容易自燃和爆炸。例如烟煤煤粉颗粒直径小于0.1mm时，爆炸的可能性就比较大，所以对于挥发分高的煤不应磨得过细。（4）煤粉浓度煤粉浓度是影响煤粉爆炸的重要因素。实践证明，煤粉浓度为1.22.0kg/m3空气时，爆炸性最大，这是因为在该浓度下，火焰传播最快。大于或小于该浓度时，爆炸

33、的可能性就比较小。在实际运行中，一般很难避开这一浓度，然而气粉混合物只有在遇到火源才会发生爆炸，因此控制煤粉自燃对于防止煤粉爆炸是极为重要的。（5）气粉混合物的流速气粉混合物的流速对煤粉自燃和爆炸也有影响。流速过低，易造成煤粉沉积在某些死角而自燃；流速过高又会引起静电火花，也将导致煤粉爆炸，故流速一般应控制在1630m/s的范围内。（6）氧的成分比输送煤粉的气体中，氧占地比例越大，爆炸的可能性就越大。如果气体中氧的比例小于15%(按体积计算)，则不会爆炸。基于以上分析，对于含挥发分高的易爆燃料，为了防止煤粉爆炸现象的发生，应采取严格控制磨煤机出口气粉混合物的温度，将煤粉磨得细些，在输送煤粉的气

34、体中掺入适量烟气(因其中含有CO2、N2)以控制氧的比例。为了防止煤粉沉积，在制粉系统中应避免倾斜度小于45的管段不得有死角，严格控制气粉混合物的流速，严格按规程对煤粉仓定期降粉和停炉时应将煤粉仓内煤粉用尽等措施，并在制粉系统装设足够数量的防爆门，以防一旦发生爆炸，也不至于造成设备的严重损坏。着火温度IT综合了煤的易燃性和灰分的影响，可大致代表煤粉在水分、煤粉细度、浓度、温度、气粉混合中含氧量相同情况下的爆炸特性，如表格3-6：煤的爆炸特性着火温度爆炸等级爆炸性着火性9000极难爆炸极难着火800-900难爆炸难着火700-800中等爆炸中等着火600-700易爆炸易着火600极易爆炸极易着火

35、表格 3-6煤的爆炸性也可用煤的挥发分含量近似判定，如表格3-7：煤的挥发分与煤的爆炸特性可燃基挥发分V daf%爆炸等级爆炸性小于6.50极难爆炸6.5-10难爆炸10-25中等爆炸25-35易爆炸35极易爆炸注：灰分高于40%的煤按其挥发分所定的爆炸性降一个等级。表格 3-7煤粉爆炸等级可按照爆炸指数分为四个等级，如表格3-8：煤粉爆炸等级分类煤粉爆炸指数Kd煤粉爆炸等级相应的煤质参考指标煤粉气流着火温度煤的挥发分%Kd1.0难爆IT800V daf101.0Kd3.0中等800IT65010V daf30Kd3.0易爆IT650V daf25Kd3.0极易爆炸IT600V daf35注：

36、灰分高于40%的煤按其挥发分所定的爆炸特性降低一个等级。表格 3-8 引起煤粉空气混合物爆炸的浓度范围和爆炸压力，如表格3-9：燃料最低煤粉浓度min(kg/m3)最高煤粉浓度max(kg/m3)最易爆炸浓度 (kg/m3)爆炸产生的最大压力Pmax(MPa)最低氧气浓度O2 %烟煤0.320.47341.220.130.1719褐煤0.2150.25561.720.310.3318铲切混煤0.160.181316120.30.3516表格 3-9爆炸指数的计算公式如下： （3-14）式中：煤的干燥无灰基低位发热量，kJ/kg；、煤的干燥无灰基和干燥基挥发分，%。3.7 可磨特性煤是一种脆性物

37、质，在机械力的作用下可以被粉碎。煤在各种磨煤机中被制成煤粉主要是利用击碎，压碎和研碎等方法来实现。煤在粉碎的过程中要产生新的表面积，因而需要消耗一定的能量。试验指出，煤在磨煤机中磨制成煤粉所消耗的能量与新产生的表面积成正比的。不同种类的煤，在同一试验磨煤机中将其磨制成具有相同煤粉细度的煤粉时，它们的能耗是不相同的，这主要是不同的煤，产生1表面积所需要的能耗是不一样的，有的煤容易磨，能耗小，有的煤难磨，能耗就大。为了表示煤的这种磨制的难易程度，我们引入了一个可磨性系数的概念。煤的可磨性系数是指在风干状态下，将同一质量的标准煤和试验煤由相同的初始粒度磨碎到相同的煤粉细度时所消耗的能量之比，用符号表

38、示，即： （3-15）式中：Eb磨制标准煤所消耗的能量，KWh； Es磨制试验煤所消耗的能量，KWh。标准煤是一种比较难磨得无烟煤，其可磨性系数定为1，煤越容易磨，则Es越小， 越大。而实际上，将标准煤和试验煤磨制到相同的煤粉细度是不可能实现的。对于煤的可磨性系数，原全苏热工研究所的测定方法是将风干的，相同质量的标准煤和试验煤，在初始粒度相同和磨煤能耗相同（即磨制时间相同）的条件下所得到的两种煤粉细度来确定可磨性系数。在英美等国家，人们还采用了哈得罗夫法来确定煤的可磨性系数，简称哈氏可磨性系数。该试验是将规定粒度的50g煤样放在一个微型中速磨煤机内磨3min后进行筛分，测得其透过量后，即可用下

39、式计算可磨性系数： （3-16）式中： 哈氏可磨性系数；透过孔径为74um筛子的煤粉质量。与之间可用下式进行换算： （3-17）目前我国与两种可磨性系数都可使用，因此要注意它们的区别和相互关系。我国各地的原煤其值一般在0.82.0之间。通常认为1.5为易磨的煤。混煤的可磨性指数按其质量加权平均计算求得：K=K1r1+K2r2 （3-18）式中：K、K1、K2分别为混煤及煤种1、煤种2的可磨性指数；r1、r2煤种1、煤种2在混煤中所占质量份额。测定可磨性系数的目的是制粉系统运行时，利用它能预计磨煤机的磨煤出力和电能消耗；设计锅炉制粉系统时，根据它来选择磨煤机的型式，计算磨煤出力和电能消耗。煤的可

40、磨性等级可分类如表格3-10：煤的可磨性分级按GB/T7562-1998按MT/T852-2000序号哈氏可磨性HGI分级序号哈氏可磨性HGI分级代号140-60难磨160难磨DG260-80中等可磨240-60较难磨RDG380易磨360-80中等可磨MG480-100易磨EG5100极易磨UEG表格 3-10在运行的条件下煤的可磨性。通常煤的水分和干燥气体的温度会对煤在运行状况下的可磨性产生影响。水分和温度对工作燃料可磨性的影响因煤种的不同而有所差异。烟煤、无烟煤的可磨性随着原煤全水分的增加而下降；褐煤的可磨性随着原煤全水分的增加呈复杂的变化关系。Vdaf30%的褐煤其可磨性随着原煤全水分

41、的增加大部分呈下降的趋势，而Vdaf30%的褐煤其可磨性随着原煤全水分的增加大部分呈上升的趋势。烟煤、无烟煤的可磨性随温度的变化不明显；褐煤的可磨性随着温度的变化关系较复杂。Vdaf30%的褐煤其可磨性随着温度的增加呈抛物线上升，而Vdaf30%的褐煤其可磨性随着温度的增加呈N形上升的趋势。不同的煤种在温度上升的过程中可磨性变化的幅度也不同。因此磨煤机磨制褐煤时的出力不能套用烟煤、无烟煤的出力计算曲线而必须采用试磨或经验的计算方法。灰分对可磨性的影响主要是灰分增加后由于煤的密度的增加使煤在磨煤机内循环量增大而使磨煤机出力下降。在中速磨煤机内当收到基灰分大于20%以后表现较为明显。3.8 磨损特

42、性燃煤通过与金属器件表面的相对运动而形成接触摩擦类的机械作用，致使金属器件不断损耗减薄的现象，称之为磨损特性。煤的磨损特性可用冲刷磨损性指数或旋转磨损指数来表示。煤的磨损指数是表示该煤种对磨煤机的研磨部件磨损轻重的指数。研究表明，煤在破碎时对金属的磨损是由煤中所含硬度颗粒对金属表面形成显微切削造成的。磨损指数的大小，不但与硬质颗粒含量有关，还与硬质颗粒的种类有关。如煤中的石英、黄铁矿、菱铁矿等矿物杂质硬度较高，其含量增加，磨损指数随之变大。磨损指数还与硬质矿物的形状、大小及存在方式有关。磨损指数数值直接关系到工作部件的磨损寿命，已成为磨煤机选型的依据。我国电力行业标准DL465-92煤的冲刷磨

43、损指数试验方法规定采用冲刷式磨损试验仪测试煤对金属部件的磨损性能。试验时将纯铁片放在高速喷射的煤粉流中接受冲击磨损，测定煤粒从初始状态被研磨至R90=25%的时间（min）及试片磨损量E（mg），按下式计算煤的冲刷磨损指数Ke： （3-19）式中：A标准煤在单位时间内对纯铁试片的磨损量，一般规定A=10mg/min。据统计，煤灰成分的2.0时，几乎所有煤种的Ke3.5。哈尔滨电站设备成套设计研究所采用旋转式磨损试验测试装置测试煤对金属部件的磨损性能。冲击磨损指数Ke与旋转磨损指数Kexz的关系如表格3-11： （3-20）煤的磨损性分级按DL465测试标准按GB/T15458测试标准序号煤的冲刷磨损性指数Ke分级序号煤的旋转磨损性指数AImg/kg分级1Ke1.0轻