21世纪的选煤与电煤
2002-04-19 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
1 电厂是煤炭的最大用户
近年我国电力工业发展迅速，到1997年底，全国发电装机容量已达2.5亿kW，年发 电量11350kWh，均已跃居世界第二位。我国电厂以燃煤电厂为主，约80%的发电量来自 火电。
众所周知，我国是煤炭的生产和消费大国，在一次能源构成中，煤炭占75%的高额 比重。大量煤炭转化为电力支持国民经济的需求。在1997年生产13.25亿t原煤中，有5. 23亿t用于发电。燃煤电厂消耗了全国煤炭产量的39.5%，是最大的煤炭用户。
发电依赖煤炭为主要能源的状况，在许多发达国家也是如此。例如，作为发电和产 煤大国的美国，其国内煤炭消耗总量的86%～89%是用于电厂。
据我国电力工业的发展规划，至少在21世纪前20年将保持快速发展态势。尽管发电 所需能源的构成将有所调整，由于发电总量的增长，电煤用量将以每年3000万t的速度 增加。可见，今后的煤炭市场将长期以电厂为主要供应对象。
2 煤质对电厂的影响
燃煤电厂的基建投资、经济运行、以及环境影响，在很大程度上与煤炭质量有关。 在火力发电成本中，煤炭费用占80%。因此，了解和研究煤质诸因素对燃煤电厂的影响 是至关重要的。
电厂用煤的质量特性，通常包括煤的特性和灰分特性两方面。煤炭特性包括：煤的 工业分析(水分、灰分、挥发分、硫分和固定碳)、元素分析、发热量、比热、着火温度 、燃烧分布曲线、燃烬率、可磨性、粒度、堆积密度与堆积角，等等。煤灰特性包括： 灰的化学成分及比电阻等。现就其中重要因素讨论如下。
2.1 挥发分的影响
对燃煤电厂来说，锅炉的选型及各项参数的确定，是设计的重要内容。而在设计锅 炉时，首先考虑的就是煤的可燃基挥发分含量(Vdaf)。因为炉膛结构、燃烧器型号、受热面布置等，均与煤的挥发分有关。在锅炉运行时，其操作调整也与挥发分密切相关。尽管从变质程度低的高挥发分褐煤到变质程度高的低挥发分无烟煤，都可作为锅炉 燃料，但高挥发分煤炭更适于锅炉使用。因为煤的挥发分越高，越有利于快速稳定燃烧 。在其它指标相同时，煤的着火温度随着挥发分的增高而降低，煤的着火速度随着挥发 分的增高而加快。与此同时，锅炉的机械未完全燃烧损失将随之减少。统计资料表明， 煤的挥发分每提高1%，着火温度约降低2.5℃，而着火速度约加快0.6m/s；与此同时， 熄火温度将下降10度。一些水分高、发热量低的褐煤，之所以为电厂所用，就是因为具有挥分高的优势。煤炭发挥分的高低，不是洗选所能改变的，然而却是煤矿考虑产品销路的重要因素 。
2.2 水分的影响
煤炭水分有内在水分与表面水分之分，二者之和为全水分。不论何种形态的水分， 都使煤的发热量下降，热量损失增加。煤中水分的增高，自然要使发热量相应下降。不 仅如此，在燃烧过程中，为了蒸发水分，还要消耗热量和带走热量，每蒸发1kg的水， 约需600kcal的热量。
煤的内在水分通常不能在洗选过程中改变，但表面水分大部分可以脱除。煤炭过高 的表面水分不仅影响其使用价值，而且会给电厂的安全运行造成威胁。因此电厂对表面 水分过高的煤炭产品是难于接受的。
2.3 灰分的影响
煤炭燃烧后，不可燃的各种矿物残渣是煤的灰分。显然，灰分直接决定煤炭发热量 的高低。各种煤炭的灰分变动范围很大，而燃煤电厂对煤炭灰分也有较强的适应能力( 在锅炉选型前)。尽管如此，灰分对电厂运行的经济性和可靠性的影响还是极大的。具 体地说，有以下几个方面：
(1)影响燃烧过程。对于一定挥发分的煤炭来说，随着灰分的增高，着火速度推迟 ，燃烧温度下降，熄火温度上升，燃烧稳定性变差。
(2)影响锅炉热损失的大小。随着灰分的增高，锅炉的机械不完全燃烧损失、飞灰 和炉渣带走的物理热损失、排烟热损失等都将增加。
(3)影响排灰量的多寡。随着灰分的增高，除尘设备和排渣设备的能力、储灰场容 量均需增加。
(4)影响锅炉热效率。随着灰分的增高，锅炉热效率降低，特别是当灰分超过40%时 ，热效率与灰分将以反比线性关系急剧下降。
(5)影响安全运行。随着灰分的增高，备煤系统、锅炉设备以排灰系统的部件磨损 几乎正比增加，同时使受热面的沾污和结渣以及管路的腐蚀加剧，从而造成安全隐患。 2.4 硫分的影响
煤中硫分是电厂排烟中SOx的直接来源。使用高硫煤的电厂，为符合环保要求， 要为除硫、固硫额外增加大笔投资和运行费用。与此同时，还将造成设备腐蚀、堵灰和 泄漏，严重影响锅炉运行的经济性和安全性。
2.5 发热量的影响
发电耗煤量直接取决于实物煤的发热量是不言而喻的，发热量每降低4.18MJ/kg， 标准煤耗将增加80～100g/kWh。发热量同时还影响锅炉的热效率，而且质量越差的煤， 影响越是显著。例如，发热量小于14.63MJ/kg的低质烟煤，Qnet.ar每下降100kc al/kg，锅炉热效率将降低0.9%［１］。
2.6 煤质对备煤系统的影响
现代电厂通常都使用煤粉炉悬浮燃烧，要在燃料入炉前将煤磨制成粉状。煤炭的粒 度、可磨性、磨损性等对备煤系统的基建投资、电耗、运行成本等有重大影响。
2.7 煤灰熔融性(煤灰熔点)的影响
煤灰熔融性决定于煤灰成分。当煤灰熔点低时，易引起受热面结渣，不但严重危及 锅炉安全经济运行，还可能迫使锅炉降低出力运行，甚至被迫停炉。当然，煤灰结渣现 象还与灰分含量有关，灰分增高将加剧结渣。因此，电厂通常欢迎使用煤灰熔点不小于 1350℃(发热量大于12.5MJ/kg)煤炭。
2.8 煤质对发电成本及基建投资的影响
如上所述，煤质对电厂的影响是多方面的，综合表现为对发电成本和基建投资的影 响。据电力专家测算，烟煤发热量由18.81MJ/kg降至12.54MJ/kg 时，电厂的总投资约 增加22%，供电煤耗约增加24%，厂自用电率约增加33%，锅炉的热效率约下降4.5%，最 终导致供电成本提高66%。
3 大型燃煤电厂对煤质的需求
我国电力工业规模已居世界第二位，然而其技术经济指标尚不理想。例如，燃煤电 厂的供电煤耗410g/kg标煤(1996)，比发达国家高出80～100g/kg。按当胆发电量计算， 煤耗若降低60g/kg，一年即可节约标准煤5500万t，折成原煤是7700万t。煤耗较高的原 因虽多，其主要原因一是火电机组构成中，高参数大型机组所占比例小；二是煤质较差 和煤质不稳。
为了提高火力发电的技术经济水平，今后的发展方向是：新建电厂以高参数大型电 厂为主,国家要求新投的凝气式机组的供电煤耗不超过330g/kg，供热机组不超过270～2 80g/kg；淘汰中低压机组；改造现有的高压机组；发展热电联营；加强电网的经济调度 ，提高大机组的发电比例。
煤炭行业应跟踪燃煤电厂的发展趋势，制定为大电厂供煤的产品方向。
3.1 关于电煤的煤种
高挥发分煤炭，即动力用烟煤和褐煤是电厂的首选煤种。褐煤因其热值低，以供应 矿区或矿区附近的电厂为宜。
3.2 关于电煤的灰分
视电厂要求、原煤质量和可选性而定。通常灰分不超过25%的烟煤原煤，可经筛选 处理，尽可能将末煤供电厂。灰分大于25%的原煤，应洗选加工，排除矸石。动力煤洗 选以不出中煤且不洗粉煤为宜，在此条件下，易洗煤的产品灰分可在15%上下或更低， 难洗煤产品灰分可能在20%～24%之间。从有效利用能源角度宏观分析，对难选的动力用 煤要求过多降低灰分是得不偿失的，因为电厂所得补偿不了选煤所失［２］?。
3.3 关于电煤的硫分
电厂宜使用硫分不大于1%的低硫煤。硫分1%～3%的中硫煤，通常应洗选降硫(如果 硫分构成以黄铁矿硫为主，洗选可有效排硫)，力求产品全硫分不超过1%。硫分大于3% 的高硫煤，需采用高效选硫工艺，以求最大限度排硫。通过洗选过程除硫，其费用要比 电厂采取固硫、脱硫措施少得多。对于高硫煤从源头上进行脱硫最为合理。
3.4 关于电煤水分
不论是原煤、筛选煤或洗选煤，表面水分M?f均不得超过8%。
3.5 关于电煤的发热量 大型电厂宜使用发热量Qnetar大于20.9MJ/kg(22.99MJ/kg)的煤炭。褐煤不在此限。当然Qaetar值与灰分、水分相关。
3.6 关于煤质的稳定性
保证电厂经济安全运行，煤质的稳定性十分重要。电厂对煤质稳定性的要求如下： 煤质允许变动范围(偏差值%) 煤种 可燃基挥发分% 收到基灰分% 收到基水分% 收到基低位发热量MJ/kg 无烟煤 -1 ±4 ±3 贫煤 -2 ±5 ±3 低挥发分烟煤 ±5 ±5 ±4±10 高挥发分烟煤 ±5 -10～+5 ±4 褐煤 ±5 ±5 ±7 注：发热量为与设计值比较的相对偏差值；其余各项指标是与设计值比较的绝对偏差值。 从供方来说，通过洗选加工较易保证煤炭产品质量稳定。
4 电煤的选煤工艺
为适应电力工业的发展，特别是为满足大型电厂的需求，21世纪初期煤炭行业需大力发展选煤。从一次能源市场来看，水电、核电等其它能源份额将呈增长趋势。这意味着，煤炭 企业不仅面临本行业的竞争，同时还必须接受来自能源大市场的挑战。为此更须利用加 工手段，以适销对路的优质产品进入市场。
电煤洗选就是动力煤洗选，宜采取低投入、低成本的简易高效选煤工艺。这是因为 :
①为了减少洗选过程中可燃物损失，通常不进行深度加工；
②动力煤是低价产品，力 求降低加工费用；
③只有低成本，才有市场竞争力。由此思路出发，
选择动力煤洗选工艺的原则是：
(1)除非原煤灰分过高而不得不全粒级洗选外，一般只入洗大粒度级。洗选粒度下 限视原煤质量及用户要求而定，可以是25mm、13mm、6mm，随原煤灰分之增加而降低下 限。避免入洗末煤或粉煤的好处是,减少可燃物损失,减少煤泥,简化脱水,少用洗水,增 大处理能力,降低基建投资和加工费用;
(2)采用大能力、高效且简易洗选设备，力求提高入洗粒度上限。如大型厂可采用 块煤重介质分选机，或液压式动筛跳汰机；中小型厂可采用机械式动筛跳汰机，或螺旋 滚筒分选机;
(3)采用少水或无水选煤工艺，如动筛跳汰、复合式风选法。此点对于高寒或缺水 地区尤为重要;
(4)视条件之可能，提升厂型，并选用大能力单系统工艺。只有规模化生产，才能 降低单位成本;
(5)利用现代技术成果，适当地发展自动化选煤。
5 结语
(1)在21世纪我国的一次能源结构中，煤炭仍将保持其龙头地位。在煤炭用户构成 中，燃煤电厂仍是最大用户，而且电煤所占比例将呈增长趋势。燃煤电厂的发展方向是 高参数、大型化，同时将采取更加严格的环保措施;
(2)煤炭行业需准确地预测市场动向，不失时机地发展洗选加工，开发简易、高效 的选煤工艺，在满足电厂需求的同时，加强自身在能源市场的竞争能力。
中国煤炭选煤专业委员会副主任委员 于尔铁
近年我国电力工业发展迅速，到1997年底，全国发电装机容量已达2.5亿kW，年发 电量11350kWh，均已跃居世界第二位。我国电厂以燃煤电厂为主，约80%的发电量来自 火电。
众所周知，我国是煤炭的生产和消费大国，在一次能源构成中，煤炭占75%的高额 比重。大量煤炭转化为电力支持国民经济的需求。在1997年生产13.25亿t原煤中，有5. 23亿t用于发电。燃煤电厂消耗了全国煤炭产量的39.5%，是最大的煤炭用户。
发电依赖煤炭为主要能源的状况，在许多发达国家也是如此。例如，作为发电和产 煤大国的美国，其国内煤炭消耗总量的86%～89%是用于电厂。
据我国电力工业的发展规划，至少在21世纪前20年将保持快速发展态势。尽管发电 所需能源的构成将有所调整，由于发电总量的增长，电煤用量将以每年3000万t的速度 增加。可见，今后的煤炭市场将长期以电厂为主要供应对象。
2 煤质对电厂的影响
燃煤电厂的基建投资、经济运行、以及环境影响，在很大程度上与煤炭质量有关。 在火力发电成本中，煤炭费用占80%。因此，了解和研究煤质诸因素对燃煤电厂的影响 是至关重要的。
电厂用煤的质量特性，通常包括煤的特性和灰分特性两方面。煤炭特性包括：煤的 工业分析(水分、灰分、挥发分、硫分和固定碳)、元素分析、发热量、比热、着火温度 、燃烧分布曲线、燃烬率、可磨性、粒度、堆积密度与堆积角，等等。煤灰特性包括： 灰的化学成分及比电阻等。现就其中重要因素讨论如下。
2.1 挥发分的影响
对燃煤电厂来说，锅炉的选型及各项参数的确定，是设计的重要内容。而在设计锅 炉时，首先考虑的就是煤的可燃基挥发分含量(Vdaf)。因为炉膛结构、燃烧器型号、受热面布置等，均与煤的挥发分有关。在锅炉运行时，其操作调整也与挥发分密切相关。尽管从变质程度低的高挥发分褐煤到变质程度高的低挥发分无烟煤，都可作为锅炉 燃料，但高挥发分煤炭更适于锅炉使用。因为煤的挥发分越高，越有利于快速稳定燃烧 。在其它指标相同时，煤的着火温度随着挥发分的增高而降低，煤的着火速度随着挥发 分的增高而加快。与此同时，锅炉的机械未完全燃烧损失将随之减少。统计资料表明， 煤的挥发分每提高1%，着火温度约降低2.5℃，而着火速度约加快0.6m/s；与此同时， 熄火温度将下降10度。一些水分高、发热量低的褐煤，之所以为电厂所用，就是因为具有挥分高的优势。煤炭发挥分的高低，不是洗选所能改变的，然而却是煤矿考虑产品销路的重要因素 。
2.2 水分的影响
煤炭水分有内在水分与表面水分之分，二者之和为全水分。不论何种形态的水分， 都使煤的发热量下降，热量损失增加。煤中水分的增高，自然要使发热量相应下降。不 仅如此，在燃烧过程中，为了蒸发水分，还要消耗热量和带走热量，每蒸发1kg的水， 约需600kcal的热量。
煤的内在水分通常不能在洗选过程中改变，但表面水分大部分可以脱除。煤炭过高 的表面水分不仅影响其使用价值，而且会给电厂的安全运行造成威胁。因此电厂对表面 水分过高的煤炭产品是难于接受的。
2.3 灰分的影响
煤炭燃烧后，不可燃的各种矿物残渣是煤的灰分。显然，灰分直接决定煤炭发热量 的高低。各种煤炭的灰分变动范围很大，而燃煤电厂对煤炭灰分也有较强的适应能力( 在锅炉选型前)。尽管如此，灰分对电厂运行的经济性和可靠性的影响还是极大的。具 体地说，有以下几个方面：
(1)影响燃烧过程。对于一定挥发分的煤炭来说，随着灰分的增高，着火速度推迟 ，燃烧温度下降，熄火温度上升，燃烧稳定性变差。
(2)影响锅炉热损失的大小。随着灰分的增高，锅炉的机械不完全燃烧损失、飞灰 和炉渣带走的物理热损失、排烟热损失等都将增加。
(3)影响排灰量的多寡。随着灰分的增高，除尘设备和排渣设备的能力、储灰场容 量均需增加。
(4)影响锅炉热效率。随着灰分的增高，锅炉热效率降低，特别是当灰分超过40%时 ，热效率与灰分将以反比线性关系急剧下降。
(5)影响安全运行。随着灰分的增高，备煤系统、锅炉设备以排灰系统的部件磨损 几乎正比增加，同时使受热面的沾污和结渣以及管路的腐蚀加剧，从而造成安全隐患。 2.4 硫分的影响
煤中硫分是电厂排烟中SOx的直接来源。使用高硫煤的电厂，为符合环保要求， 要为除硫、固硫额外增加大笔投资和运行费用。与此同时，还将造成设备腐蚀、堵灰和 泄漏，严重影响锅炉运行的经济性和安全性。
2.5 发热量的影响
发电耗煤量直接取决于实物煤的发热量是不言而喻的，发热量每降低4.18MJ/kg， 标准煤耗将增加80～100g/kWh。发热量同时还影响锅炉的热效率，而且质量越差的煤， 影响越是显著。例如，发热量小于14.63MJ/kg的低质烟煤，Qnet.ar每下降100kc al/kg，锅炉热效率将降低0.9%［１］。
2.6 煤质对备煤系统的影响
现代电厂通常都使用煤粉炉悬浮燃烧，要在燃料入炉前将煤磨制成粉状。煤炭的粒 度、可磨性、磨损性等对备煤系统的基建投资、电耗、运行成本等有重大影响。
2.7 煤灰熔融性(煤灰熔点)的影响
煤灰熔融性决定于煤灰成分。当煤灰熔点低时，易引起受热面结渣，不但严重危及 锅炉安全经济运行，还可能迫使锅炉降低出力运行，甚至被迫停炉。当然，煤灰结渣现 象还与灰分含量有关，灰分增高将加剧结渣。因此，电厂通常欢迎使用煤灰熔点不小于 1350℃(发热量大于12.5MJ/kg)煤炭。
2.8 煤质对发电成本及基建投资的影响
如上所述，煤质对电厂的影响是多方面的，综合表现为对发电成本和基建投资的影 响。据电力专家测算，烟煤发热量由18.81MJ/kg降至12.54MJ/kg 时，电厂的总投资约 增加22%，供电煤耗约增加24%，厂自用电率约增加33%，锅炉的热效率约下降4.5%，最 终导致供电成本提高66%。
3 大型燃煤电厂对煤质的需求
我国电力工业规模已居世界第二位，然而其技术经济指标尚不理想。例如，燃煤电 厂的供电煤耗410g/kg标煤(1996)，比发达国家高出80～100g/kg。按当胆发电量计算， 煤耗若降低60g/kg，一年即可节约标准煤5500万t，折成原煤是7700万t。煤耗较高的原 因虽多，其主要原因一是火电机组构成中，高参数大型机组所占比例小；二是煤质较差 和煤质不稳。
为了提高火力发电的技术经济水平，今后的发展方向是：新建电厂以高参数大型电 厂为主,国家要求新投的凝气式机组的供电煤耗不超过330g/kg，供热机组不超过270～2 80g/kg；淘汰中低压机组；改造现有的高压机组；发展热电联营；加强电网的经济调度 ，提高大机组的发电比例。
煤炭行业应跟踪燃煤电厂的发展趋势，制定为大电厂供煤的产品方向。
3.1 关于电煤的煤种
高挥发分煤炭，即动力用烟煤和褐煤是电厂的首选煤种。褐煤因其热值低，以供应 矿区或矿区附近的电厂为宜。
3.2 关于电煤的灰分
视电厂要求、原煤质量和可选性而定。通常灰分不超过25%的烟煤原煤，可经筛选 处理，尽可能将末煤供电厂。灰分大于25%的原煤，应洗选加工，排除矸石。动力煤洗 选以不出中煤且不洗粉煤为宜，在此条件下，易洗煤的产品灰分可在15%上下或更低， 难洗煤产品灰分可能在20%～24%之间。从有效利用能源角度宏观分析，对难选的动力用 煤要求过多降低灰分是得不偿失的，因为电厂所得补偿不了选煤所失［２］?。
3.3 关于电煤的硫分
电厂宜使用硫分不大于1%的低硫煤。硫分1%～3%的中硫煤，通常应洗选降硫(如果 硫分构成以黄铁矿硫为主，洗选可有效排硫)，力求产品全硫分不超过1%。硫分大于3% 的高硫煤，需采用高效选硫工艺，以求最大限度排硫。通过洗选过程除硫，其费用要比 电厂采取固硫、脱硫措施少得多。对于高硫煤从源头上进行脱硫最为合理。
3.4 关于电煤水分
不论是原煤、筛选煤或洗选煤，表面水分M?f均不得超过8%。
3.5 关于电煤的发热量 大型电厂宜使用发热量Qnetar大于20.9MJ/kg(22.99MJ/kg)的煤炭。褐煤不在此限。当然Qaetar值与灰分、水分相关。
3.6 关于煤质的稳定性
保证电厂经济安全运行，煤质的稳定性十分重要。电厂对煤质稳定性的要求如下： 煤质允许变动范围(偏差值%) 煤种 可燃基挥发分% 收到基灰分% 收到基水分% 收到基低位发热量MJ/kg 无烟煤 -1 ±4 ±3 贫煤 -2 ±5 ±3 低挥发分烟煤 ±5 ±5 ±4±10 高挥发分烟煤 ±5 -10～+5 ±4 褐煤 ±5 ±5 ±7 注：发热量为与设计值比较的相对偏差值；其余各项指标是与设计值比较的绝对偏差值。 从供方来说，通过洗选加工较易保证煤炭产品质量稳定。
4 电煤的选煤工艺
为适应电力工业的发展，特别是为满足大型电厂的需求，21世纪初期煤炭行业需大力发展选煤。从一次能源市场来看，水电、核电等其它能源份额将呈增长趋势。这意味着，煤炭 企业不仅面临本行业的竞争，同时还必须接受来自能源大市场的挑战。为此更须利用加 工手段，以适销对路的优质产品进入市场。
电煤洗选就是动力煤洗选，宜采取低投入、低成本的简易高效选煤工艺。这是因为 :
①为了减少洗选过程中可燃物损失，通常不进行深度加工；
②动力煤是低价产品，力 求降低加工费用；
③只有低成本，才有市场竞争力。由此思路出发，
选择动力煤洗选工艺的原则是：
(1)除非原煤灰分过高而不得不全粒级洗选外，一般只入洗大粒度级。洗选粒度下 限视原煤质量及用户要求而定，可以是25mm、13mm、6mm，随原煤灰分之增加而降低下 限。避免入洗末煤或粉煤的好处是,减少可燃物损失,减少煤泥,简化脱水,少用洗水,增 大处理能力,降低基建投资和加工费用;
(2)采用大能力、高效且简易洗选设备，力求提高入洗粒度上限。如大型厂可采用 块煤重介质分选机，或液压式动筛跳汰机；中小型厂可采用机械式动筛跳汰机，或螺旋 滚筒分选机;
(3)采用少水或无水选煤工艺，如动筛跳汰、复合式风选法。此点对于高寒或缺水 地区尤为重要;
(4)视条件之可能，提升厂型，并选用大能力单系统工艺。只有规模化生产，才能 降低单位成本;
(5)利用现代技术成果，适当地发展自动化选煤。
5 结语
(1)在21世纪我国的一次能源结构中，煤炭仍将保持其龙头地位。在煤炭用户构成 中，燃煤电厂仍是最大用户，而且电煤所占比例将呈增长趋势。燃煤电厂的发展方向是 高参数、大型化，同时将采取更加严格的环保措施;
(2)煤炭行业需准确地预测市场动向，不失时机地发展洗选加工，开发简易、高效 的选煤工艺，在满足电厂需求的同时，加强自身在能源市场的竞争能力。
中国煤炭选煤专业委员会副主任委员 于尔铁
