煤粉及其特性

时间：2022-10-23 百科知识版权反馈

【摘要】：但是，煤粉炉需要磨煤机及其制粉系统，其金属消耗量和磨煤电耗都比较大，而且煤粉炉还要求连续运行，低负荷运行具有一定难度。煤粉的粗细程度用煤粉细度表示。煤粉的颗粒特性只用煤粉细度表示还不够全面，还要看煤粉的均匀性。反之，煤粉较粗，磨煤电耗及金属磨损减少，但锅炉不完全燃烧损失增加。煤粉经济细度需要通过锅炉燃烧试验确定。

6.2.1　煤粉及其特性

由于炉排在结构上受到限制，火床炉蒸发量最大可达到65t/h左右，否则制造、检修以及运行都会出现困难。尽管国外有将两个炉排并在一起以提高火床锅炉容量的例子，但这毕竟是有限的。煤粉炉采用悬浮燃烧方式，只要相应地增加炉膛容积，锅炉容量就可以成倍地增加。我国制造的煤粉炉容量已达到3000t/h。在煤粉炉中，煤是以煤粉形式被预热空气送入炉膛，煤粉与空气的接触表面大大增加，燃烧非常猛烈，燃尽率很高，而且过量空气系数可以控制得很低，从而使锅炉热效率大大超过火床炉。表6.1是机械化火床炉和煤粉炉的机械不完全燃烧损失和炉膛出口过量空气系数两项指标的比较。此外，煤粉炉在运行机械化和自动化程度上也高于火床炉。但是，煤粉炉需要磨煤机及其制粉系统，其金属消耗量和磨煤电耗都比较大，而且煤粉炉还要求连续运行，低负荷运行具有一定难度。

表6.1煤粉炉与机械化火床炉的比较

在我国，容量小于35t/h的锅炉大多采用火床炉，对容量35～65t/h的锅炉是采用煤粉炉还是火床炉，要视煤种和使用场合等具体情况而定。对于小容量锅炉，如果有稳定的煤粉供应，也可考虑采用煤粉燃烧方式。

1.煤粉的一般特性

煤粉通常由形状很不规则、尺寸小于500μm的煤粒和灰粒组成。大部分为20～60μm。刚磨制的疏松煤粉的堆积密度为0.4～0.5t/m³，经堆存自然压紧后，其堆积密度约为0.7t/m³。

由于颗粒小、比表面积大，煤粉能吸附大量空气，所以煤粉的堆积角很小，并有很好的流动性，可方便地采用气力输送。但煤粉容易通过缝隙向外泄漏，污染环境。

因煤粉易吸附空气，极易受到缓慢氧化，致使煤粉温度升高，达到着火温度时，会引起煤粉自燃。煤粉和空气的混合物在适当的浓度和温度下甚至会发生爆炸。影响煤粉爆炸的因素有：煤的挥发分含量、煤粉细度、煤粉浓度和温度等。挥发分多的煤粉容易爆炸，挥发分少的煤粉不容易爆炸。煤粉越细，煤粉与空气的接触面积越大，煤粉越易自燃和爆炸。一般V_daf小于10%的无烟煤煤粉，或者煤粉的颗粒尺寸大于200μm时几乎不会爆炸。煤粉在空气中的浓度为1.2～2.0kg/m³时，爆炸性最大。当烟煤浓度为0.25～3kg/kg（空气），温度为70～130℃时，一旦有点火源就会发生煤粉爆炸。输送煤粉的气体中，氧气所占有的体积百分数小于15%时，煤粉不爆炸。煤粉气流混合物的温度高时容易爆炸，低于一定温度则无爆炸的危险。风粉混合物在管内流速要适当，过低会造成煤粉的沉积，过高又会引起静电火花导致爆炸，一般应控制在16～30m/s的范围内。

2.煤粉细度

煤粉的粗细程度用煤粉细度表示。煤粉细度是指经过专有筛子筛分后，残留在筛子上的煤粉重量占筛分前煤粉重量的百分数。实际中用一组由细金属丝编织的、具有正方形小孔的筛子进行筛分测定。方孔的边长称筛子的孔径x。煤粉的形状是不规则的，所谓煤粉颗粒直径是指在一定的振动强度和筛分时间下，煤粉能通过的最小筛孔的孔径。R_x为在孔径为x的筛子上的筛后剩余量占筛分煤粉试样总量的百分数，由下式计算：

式中a、b分别表示留在筛子上和通过筛孔的煤粉质量。筛余量a越大，R_x越大，则煤粉越粗。

我国电厂采用的筛子规格及煤粉细度的表示方法列于表6.2。通常进行煤粉的全筛分分析时，需用5只筛子叠在一起筛分，如一般选用孔径为75、90、100、150和200μm的筛子，则R₉₀表示在孔径大于或等于90μm的所有筛子上的筛余量百分数的总和。电厂中常用R₉₀和R₂₀₀同时表示煤粉细度和均匀度。也有的电厂只用R₉₀表示煤粉细度。褐煤和油页岩磨碎后呈纤维状，颗粒直径可达1mm以上，常用R₂₀₀和R₅₀₀（或R₁）来表示。

表6.2　常用筛子规格及煤粉细度表示方法

3.煤粉均匀度

煤粉的颗粒特性只用煤粉细度表示还不够全面，还要看煤粉的均匀性。比如，有甲、乙两种煤粉，其R₉₀值都相等，但甲种留在筛子上的煤粉中较粗的颗粒比乙种的多，而通过筛子的煤粉中较细颗粒也比乙种的多，则甲种煤粉就不均匀。

事实上，煤粉是一种宽筛分组成，理论上可以包含有最大粒径以下任意大小的煤粉。用全筛分得到的曲线R_x＝f（x）称为煤粉颗粒组成特性曲线，也称粒度分布特性。它既可直观比较煤粉粗细，也可表示煤粉的均匀程度。煤的颗粒分布特性可用破碎公式（又称Rosin－Rammler公式）表示：

式中：R_x为孔径x的筛子上的全筛余量百分数，%；b为细度系数；n为均匀性指数。

若已知R₉₀和R₂₀₀，可由式（6.2）导出n和b的计算式

由此可知，只要测得二种孔径筛子上的筛余量，即可求得n和b，然后利用式（6.2）求得任一孔径筛子上的筛余量R_x。煤在一定设备中被磨制成煤粉，其颗粒尺寸是具有一定规律的。每一套制粉系统都可以通过试验找出一个n值，这个n值是常数。

n表征煤粉颗粒的均匀程度，由式（6.3）知，n为正值。当R₉₀一定时，n越大，则R₂₀₀越小，即大于200μm颗粒较少。当R₂₀₀一定时，n越大，则R₉₀越大，即小于90μm较少。也就是说该煤粉大于200μm和小于90μm的颗粒都较少。由此可知，n值越大，煤粉粒度分布较均匀。反之，n越小，则过粗和过细的煤粉较多，粒度分布不均匀。均匀性指数取决于磨煤机和粗粉分离器的型式。一般n＝0.8～1.2。

b值表示煤粉的粗细。由式（6.4）知，在n值一定时，煤粉粗，R₉₀越大，则b值越小。反之，b值大，R₉₀小，煤粉细。

4.经济细度

煤粉愈细，着火燃烧愈迅速，锅炉不完全燃烧损失愈小，锅炉效率愈高，但磨煤电耗及磨煤设备的磨损和折旧费也提高。反之，煤粉较粗，磨煤电耗及金属磨损减少，但锅炉不完全燃烧损失增加。因此，存在一个使得锅炉不完全燃烧损失、磨煤电耗及金属磨损的总和最小的煤粉细度，称煤粉经济细度。

若把磨煤耗费折算到与q₄相同的单位，并用q_m表示，可以得到q₄和q_m总和对应于R_x的变化曲线，该曲线是上凹的，其极小值对应的煤粉细度称就是经济细度。图6.3示出某台燃用贫煤的75t/h锅炉的煤粉经济细度，其数值约为R₉₀＝15.5%。表6.3示出我国煤粉细度的推荐值。它是根据燃用的煤种、燃烧设备和磨煤机型式及运行管理水平等因素决定的。

图6.3　煤粉经济细度

1—q_m与R₉₀的关系；2—q₄与R₉₀的关系；

3—（q_m＋q₄）与R₉₀的关系

表6.3　R₉₀的推荐值

煤粉经济细度需要通过锅炉燃烧试验确定。显然，影响煤粉经济细度的因素有：煤和煤粉的质量、燃烧方式等。如燃烧煤的挥发分较高，煤粉可粗些；制粉系统磨制的煤粉均匀性指数大，引起机械不完全燃烧损失的大颗粒煤粉少，煤粉的平均粒度可以大些；若炉膛的燃烧热强度大，进入炉内的煤粉易于着火、燃烧及燃尽，允许煤粉粗些。

5.可磨性系数

电厂的磨煤机和制粉系统型式通常依据煤的可磨性和磨损性来选择。可磨性和磨损性分别以可磨性系数和磨损指数表示。

可磨性系数表示煤被磨成一定细度的煤粉的难易程度。我国国家标准规定：煤的可磨性试验采用哈德格罗夫（Hardgrove）法测定所谓的哈氏可磨指数HGI。方法是：将经过空气干燥、粒度为0.63～1.25mm的煤样50g，放入哈氏可磨性试验仪（见图6.4），施加在钢球上的总作用力为284N，驱动电动机进行研磨，旋转60转。将磨得的煤粉用孔径为0.71mm的筛子在震筛机上筛分，并称量筛上与筛下的煤粉量，然后采用下式计算HGI：

图6.4　哈氏可磨性试验仪

1—机座；2—电气控制盒；3—蜗轮盒；4—电动机；5—小齿轮；6—大齿轮；7—重块；8—护罩；9—拨杆；10—计数器；11—主轴；12—研磨环；13—钢球；14—研磨碗

式中G为筛下煤样质量，用总煤样重量减去筛上筛余量求得。

我国动力用煤的可磨性系数为HGI＝25～129。HGI大于80的煤通常被认为是易磨煤，小于62的煤为难磨煤^［2］。

我国原来采用原苏联全苏热工研究所（ВТИ）制定的方法。可磨性系数定义为：将质量相等的标准煤和试验煤由相同的初始粒度磨制成细度相同的煤粉时，所消耗能量的比值。但实际中将两批煤磨成相同细度是很难做到的，故在应用时改为：在消耗相同能量条件下，将标准煤和试验煤所得到的细度进行比较，求得煤的ВТИ可磨性系数K_km。计算公式为

式中：p为试验用磨煤机特性系数，一般p＝1.2；为标准煤样细度，%；为试验煤样细度，%。

原苏联标准规定顿巴斯无烟煤屑为标准煤。经空气干燥的50g粒度为1.25～3.2mm煤样，在容积为1.3L的钢筒球磨机中研制6min后，其细度为＝69.6%。则式（6.6）转化为

哈氏可磨指数和原苏联ВТИ可磨性系数之间可用下列公式进行转换：

或

6.磨损指数

煤的磨损指数表示该煤种对磨煤机的研磨部件磨损轻重的程度。研究表明，煤在破碎时对金属的磨损是由煤中所含硬质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、磷铁矿等矿物杂质硬度较高，若含量较高，磨损指数就大。磨损指数还与硬质矿物的形状、大小及存在形式有关。磨损指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重要依据。

有的国家采用旋转磨损试验仪来测定磨损指数。方法是将2kg经空气干燥、粒径小于6.7mm的煤样放入试验仪，埋住试片，使试验仪以1500r/min转速运转12000转，测量试片被磨损的质量。磨损指数计算式为