要 煤质好好坏直接关系到火力发电厂的安全生产和经济运行，在当前电煤供应形式日益紧张和复杂的形式下，各火电厂均把煤质监督作为火电厂中心工作之一来管理。本文能过对几个煤质指标：挥发份、灰分、水分、全硫、发热量、煤灰的熔融特性、煤的可磨性系数等的分析及其与火电厂安全经济运行的关系进行了探讨，明确煤质对安全生产和经济效益的影响。

燃煤火力发电厂是将煤燃烧产生热能转化为电能的生产单位，其主要原料是煤炭，煤质的好环直接关系到锅炉的安全运行和火电厂的经济效益。

近几年来，由于煤炭供应形势的紧张和价格上涨，发电厂供煤形式恶化，导致火电厂燃煤出现了许多新的特点：(1)品种杂。供应煤的矿点多，品种复杂。(3)杂质多。煤中除含有矸石外，还经常夹有杂有从开采、运输中混入的木片、金属物、棉纱或塑料制品等杂质。较以往有很大的变化。煤炭的质量不稳定性和多样性严重影响到制粉系统和锅炉燃烧的稳定性、经济性、结渣性及制粉系统的安全，污染物的排放。

2007年3月，重庆市一主力电厂发生停机事故，“发电机组一根管道发生爆裂。”在停机检查后，抢修人员发现问题出在煤质方面，“由于煤炭中长期掺杂了煤矸石，甚至直接加了石头，造成煤炭燃烧不彻底，发热量不够，对发电机组的内部损伤相当严重。”如此类因煤质影响火力发电厂锅炉安全运行的事故近几年来多次发生。发生这些事故的根源无只有一个，那就是煤质太差。某厂两台二十万机组因煤质差，机组负荷一旦低至十二万左右时，必须投入燃油运行，严重影响电厂的经济效益。同时，该厂多次发生爆管，球磨机损坏事故，均由煤质太差引起。2008年来，该厂锅炉运行中多次发生“锅炉熄火”事件，后经对给粉机煤粉进行煤质分析，均是由煤质灰分太高及发热量太差这一煤质引起。

安全生产是前提，没有安全稳定的生产，就谈不上经济效益。在保证安全生产的前提下，应考虑煤质对火电厂经济效益的影响。长期的火电厂运行实践表明，对安全生产和锅炉热力工况影响较大的煤质指标有：挥发份、灰分、水分、全硫、发热量、煤灰的熔融特性、煤的可磨性系数等。本文主要分析了煤炭各项质量指标的涵义及其对火电厂安全生产和经济效益的影响进行定性和定量分析，使我们能够认识到燃煤质量各项指标偏离设计值给火电厂造成的危害，希望对火电厂的燃煤供应及验收工作有一定的参考作用。

1煤质指标

1.1煤的水分

1.1.1煤中水分分类

煤的水分，是煤炭计价中的一个辅助指标。煤中水分按存在形态的不同分为两类，既游离水和化合水。游离水是以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分，游离水在105～110C的温度下经过1～2小时可蒸发掉，而结晶水通常要在200C以上才能分解析出。煤的游离水分又分为外在水分和内在水分。

化合水也叫结晶水，是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙(NaSO4.2H2O)和高龄土(AL2O3.2SiO2.2H2O) 中的结晶水。

煤的工业分析中只测试游离水，不测结晶水。

1.1.2煤的全水分

全水分是煤炭按灰分析中的一个辅助指标。煤中全水分，是指煤中全部的游离水分，即煤中外在水分和内在水分之和。

(1)外在水分，是附着在煤颗粒表面的水分。外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。

(2)内在水分，是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。内在水分需在100C以上的温度经过一定时间才能蒸发。当煤颗粒内部毛细孔内吸附的书分达到饱和状态时，这是煤的内在水分达到最高值，称为最高内在水分。最高内在水分与煤的孔隙度有关，而煤的孔隙度又于煤的煤化程度有关，所以，最高内在水分含量在相当程度上能表征煤的煤化程度，尤其能更好地区分低煤化度煤。如年轻褐煤的最高内在水分多在25%以上，少数的如云南弥勒褐煤最高内在水分达31%。最高内在水分小于2%的烟煤，几乎都是强粘性和高发热量的肥煤和主焦煤。无烟煤的最高内在水分比烟煤有有所下降，因为无烟煤的孔隙度比烟煤增加了。

必须指出的是，化验室里测试煤的全水分时所测的煤的外在水分和内在水分，与上面讲的煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分是完全不同的。化验室里所测的外在水分是指煤样在空气中并同空气湿度达到平衡时失去的水分(这是吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失去一部分，其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大)，这时残留在煤中的水分为内在水分。显然，化验室测试的外在水分和内在水分，除与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分有关外，还与测试是空气的湿度和温度有关。

1.2煤的灰分

煤的灰分，是指煤完全燃烧后剩下的残渣。因为这个残渣是煤中可燃物完全燃烧，煤中矿物质(除水分外所有的无机质)在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、化合反应后的产物，所以确切地说，灰分应称为灰分产率。煤中灰分是煤炭计价指标之一。在灰分计加重，灰分是计价的基础指标;在发热量计加重，灰分是计价的辅助指标。

1.2.1煤中矿物质

煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。
(1)内在矿物质，又分为原生矿物质和次生矿物质。原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%;次生矿物质，是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大。内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分，内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去。

(2)外来矿物质，是在菜煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。外在矿物质形成的灰分叫外在灰分，外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去。

1.2.2煤中灰分

煤中灰分来源于矿物质。煤中矿物质燃烧后形成灰分。如粘土、石膏、碳酸盐、黄铁矿等矿物质在煤的燃烧中发生分解和化合，有一部分变成气体逸出，留下的残渣就是灰分。

灰分通常比原物质含量要少，因此根据灰分，用适当公式校正后可近似地算出矿物质含量。

1.3煤的挥发分

煤的挥发分，即煤在一定温度下隔绝空气加热，逸出物质(气体或液体)中减掉水分后的含量。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。

煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。

挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达70%，褐煤一般为40～60%，烟煤一般为10～50%，高变质的无烟煤则小于10%。煤的挥发分和煤岩组成有关，角质类的挥发分最高，镜煤、亮煤次之，丝碳最低。所以世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类的最重要的指标。

1.4煤的固定碳

煤中去掉水分、灰分、挥发分，剩下的就是固定碳。

煤的固定碳与挥发分一样，也是表征煤的变质程度的一个指标，随变质程度的增高而增高。所以一些国家以固定碳作为煤分类的一个指标。

固定碳是煤的发热量的重要来源，所以有的国家以固定碳作为煤发热量计算的主要参数。固定碳也是合成氨用煤的一个重要指标。固定碳(FC) =100-(水分+灰分+挥发分)

1.5煤的硫分

煤中硫按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种,有的煤中还有少量的单质硫。

(1)煤中的有机硫，是以有机物的形态存在与煤中的硫，其结构复杂，至今了解的还不够充分，大体有以下官能团：硫醇类，R-SH(-SH，为硫基);噻吩类，如噻吩、苯骈噻吩、硫醌类，如对硫醌、硫醚类，R-S-R;硫蒽类等。

(2)煤中无机硫，是以无机物形态存在于煤中的留。无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐硫。硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫，少部分为白铁矿硫，两者是同质多晶体。还有少量的ZnS,PbS等。硫酸盐硫主要存在于CaSO4中。

煤中硫分，按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。有机硫、硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧，都是可燃硫。硫酸盐硫不能在空气中燃烧，是不可燃硫。

煤燃烧后留在灰渣中的硫(以硫酸盐硫为主)，或焦化后留在焦炭中的硫(以有机硫、硫化钙和硫化亚铁等为主)，称为固体硫。煤燃烧逸出的硫，或煤焦化随煤气和焦油析出的硫，称为挥发硫(以硫化氢和硫氧化碳(COS)等为主)。煤的固定硫和挥发硫不是不变的，而是随燃烧或焦化温度、升温速度和矿物质组分的性质和数量等而变化。

煤中各种形态的硫的总和称为煤的全硫(St)。煤的全硫通常包含煤的硫酸盐硫(Ss)、硫铁矿硫(Sp)和有机硫(So)，St=Ss+Sp+So。如果煤中有单支流，全硫中还应包含单质硫。
大部分有机硫化物、无机硫化物及元素硫均属于可燃硫;煤燃烧后残存于灰中的硫以硫酸盐形式存在，其中大部分为各种硫化物燃烧后被煤质吸收和固定下来新生成的硫酸盐，另有少量煤中天然硫酸盐，它们属于不可燃硫。煤中可燃硫通常占煤中全硫的90%左右，可燃硫在全硫中的比率往往随含硫量的增高而增大，煤中可燃硫燃烧后生成的二氧化硫及少量三氧化硫是造成大气污染及形成酸雨的主要因素。

煤中含硫量不同的煤具有明显的区域特征，例如广贵州、四川、州等省区所产的煤含硫量普遍较高，而有的省区所产的煤含硫量则普遍较低。煤中可燃硫通常占煤中全硫的90%左右，可燃硫在全硫中的比率往往随含硫量的增高而增大，煤中可燃硫燃烧后生成的二氧化硫及少量三氧化硫是造成大气污染及形成酸雨的主要因素。

1.6煤的发热量

煤的发热量，又称为煤的热值，即单位质量的煤完全燃烧所发出的热量。煤的发热量是煤按热值计价的基础指标。煤作为动力燃料，主要是利用煤的发热量，发热量愈高，其经济价值愈大。同时发热量也是计算热平衡、热效率和煤耗的依据，以及锅炉设计的参数。

煤的发热量表征了煤的变质程度(煤化度)，这里所说的煤的发热量，是指用1.4比重液分选后的浮煤的发热量(或灰分不超过10%的原煤的发热量)。成煤时代最晚煤化程度最低的泥炭发热量最低，一般为20.9～25.1MJ/Kg，成煤早于泥炭的褐煤发热量增高到25～31MJ/Kg，烟煤发热量继续增高，到焦煤和瘦煤时，碳含量虽然增加了，但由于挥发分的减少，特别是其中氢含量比烟煤低的多，有的低于1%，相当于烟煤的1/6，所以发热量最高的煤还是烟煤中的某些煤种。

鉴于低煤化度煤的发热量，随煤化度的变化较大，所以，一些国家常用煤的恒湿无灰基高位发热量作为区分低煤化度煤类别的指标。我国采用煤的恒湿无灰基高位发热量来划分褐煤和长焰煤。

发热量的单位

热量的表示单位主要有焦耳(J)、卡(cal)和英制热量单位Btu。

焦耳，是能量单位。1焦耳等于1牛顿(N)力在力的方向上通过1米的位移所做的功。

焦耳时国际标准化组织(ISO)所采用的热量单位，也是我国1984年颁布的，1986年7月1日实施的法定计量热量的单位。

卡(cal)是我国建国后长期采用的一种热量单位。1cal是指1g纯水从19.5C加热到20.5C时所吸收的热量。

欧美一些国家多采用15Ccal，即1g纯水从14.5C加热到15.5C时所吸收的热量。

1cal(20Ccal)=4.1816J

(1)煤的弹筒发热量(Qb)

煤的弹筒发热量，是单位质量的煤样在热量计的弹筒内，在过量高压氧(25～35个大气压左右)中燃烧后产生的热量(燃烧产物的最终温度规定为25C)。

由于煤样是在高压氧气的弹筒里燃烧的，因此发生了煤在空气中燃烧时不能进行的热化学反应。如：煤中氮以及充氧气前弹筒内空气中的氮，在空气中燃烧时，一般呈气态氮逸出，而在弹筒中燃烧时却生成氮氧化合物。这些氮氧化合物溶于弹筒水中生成硝酸，这一化学反应是放热反应。另外，煤中可燃硫在空气中燃烧时生成二氧化硫气体逸出，而在弹筒中燃烧时却氧化成三氧化硫，三氧化硫溶于弹筒水中生成硫酸。二氧化硫、三氧化硫,以及硫酸溶于水生成硫酸水化物都是放热反应。所以，煤的弹筒发热量要高于煤在空气中、工业锅炉中燃烧是实际产生的热量。为此，实际中要把弹筒发热量折算成符合煤在空气中燃烧的发热量。

(2)煤的高位发热量(Qgr)

煤的高位发热量，即煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量。实际上是由实验室中测得的煤的弹筒发热量减去硫酸和硝酸生成热后得到的热量。

应该指出的是，煤的弹筒发热量是在恒容(弹筒内煤样燃烧室容积不变)条件下测得的，所以又叫恒容弹筒发热量。由恒容弹筒发热量折算出来的高位发热量又称为恒容高位发热量。而煤在空气中大气压下燃烧的条件湿恒压的(大气压不变)，其高位发热量湿恒压高位发热量。恒容高位发热量和恒压高位发热量两者之间是有差别的。一般恒容高位发热量比恒压高位发热量低8.4～20.9J/g,实际中当要求精度不高时，一般不予校正。
(3)煤的低位发热量(Qnet)

煤的低位发热量，是指煤在空气中大气压条件下燃烧后产生的热量，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)的汽化热(蒸发热)，剩下的实际可以使用的热量。同样，实际上由恒容高位发热量算出的低位发热量，也叫恒容低位发热量，它与在空气中大气压条件下燃烧时的恒压低位热量之间也有较小的差别。