煤中水分在电力生产中的重要性

汪奎++盛立宁++王晓娟

[摘 要] 根据GB/T 18666——2002《商品煤质量抽查和验收方法》的规定，商品煤的质量验收检验项目为干燥基高位发热量（或干燥基灰分）和干燥基全硫。而水分的分析结果与发热量和干基全硫有直接的关系，并且对电力生产的某些方面有重要影响。本文重点分析煤中的水分含量对燃煤各项指标、发电厂运行状况以及煤炭供需双方贸易的影响，说明煤中水分在电力生产过程中的重要性。

[关键词] 水分；煤场自燃；煤炭贸易；电力生产

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 21. 065

[中图分类号] TK01+9 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2016）21- 0128- 02

0 引 言

煤中的水分是体现煤炭经济价值最基本的指标之一。水分含量既是质量指标也是数量指标，其含量的大小直接影响到锅炉的燃烧状况、煤场存储的安全和发电厂燃料运输成本等。

1 煤中水分的基本概念

煤中的水分是煤炭的基本组成部分，水分含量的大小与煤的变质程度和结构有关系。一般情况下，煤的变质程度越低，煤中水分的含量就越大。

1.1 煤中水分的存在形态

煤中的水分按结合形态可分为游离水和化合水两大类。游离水以吸附、附着等机械方式与煤结合；化合水则以化合方式同煤中的矿物质结合，是矿物质晶格的一部分，在实际测定中，是除去全水分后仍留存于煤样中的水分，化合水通常在200℃以上方能分解逸出。游离水按其附着状态又可以分为外在水分和内在水分。外在水分是指煤样与周围空气湿度达到平衡状态时失去的水分；内在水分是指煤样与周围空气湿度达到平衡状态时保留的水分。内水和外水之和称为全水分。

1.2 全水分与收到基水分

全水分是煤中水分的全部，即内在水分和外在水分的和。收到基水分实际上是指在计量、计质之前煤中的全水分。就收到状态而言，煤中的全水分和收到基水分的测定方法和结果都是相同的。

1.3 空气干燥基水分和一般分析煤样水分

空气干燥基水分是指粒度为0.2mm以下的煤样在与空气湿度达到平衡状态时所测得的水分，它和一般分析煤样的水分是相同的概念。空气干燥基水分的大小通常与煤的变质程度有关，变质程度越深的煤，其空气干燥基水分含量越小。

在目前执行的国家标准中，除结晶水和收到基水分以外，煤中的各种水分均有不同的测定方法，它们的数值均与煤样的状态、操作规范程度和测定方法有关。

2 水分对煤场自燃的影响

煤炭自燃是一个复杂的物理化学过程。煤在堆放过程中，堆积的煤和空气接触而被氧化放出热量。当这部分热量不能及时散失，在煤堆中积存起来便会引起煤堆内部温度的升高。而煤堆内部温度的升高又会导致煤的氧化速度进一步加快，放出的热量就更多。经研究表明，温度每增加9℃左右，煤的氧化速率可以增加一倍。当煤堆内部热量积蓄到一定程度，温度升高到煤的着火点时，煤就会燃烧。

煤中的水分是露天储存的煤堆引起自燃和氧化的主要原因。煤在氧化过程中，煤中水分吸收大量的氧化热，使热量在煤堆较高部位出现聚集，加剧其氧化作用和自燃倾向。特别是高硫煤，其中硫先氧化成硫的氧化物，遇水生成稀硫酸，此过程属于放热反应，热量在煤堆内聚集，促使煤堆温度升高，更加速了煤的氧化自燃过程，造成燃煤质量损失，也对煤场管理构成极大安全隐患。

3 煤中水分对电力生产的影响

我国发电锅炉用煤的全水分少的为2.0%，多的可达50%～60%，水分含量差别很大。全水分相对于发电锅炉的最佳值是6%～12%，也就是说，发电燃用煤的水分很多时候都不能满足锅炉需要的最佳值，尤其是当煤中水分过大时，将给电力生产过程带来很大的负面影响。

3.1 降低磨煤机出力，堵塞给煤系统

入炉煤含有大量水分时，原煤流散性变弱，湿煤会黏结在一起，附在磨煤机入口处，从而降低磨煤机出力、增加煤粉制备的困难、不正常地使煤粉中的湿度增大，常会引起煤仓、输煤管道及给煤机堵塞、延迟煤粉着火、炉膛温度降低。对于灰分较多的煤种，这种情况尤其严重。

3.2 消耗煤的有效热能

水分不能燃烧，因此，煤的含水量越高，可燃物质的相对含量就越少，发热量也就相对越低。在燃烧时，水分蒸发需要吸收部分热量，导致煤的有效热能降低。一般情况下，煤中1kg水分的蒸发，约需要2500kJ的热量。由于水分的蒸发吸热量很大，煤中水分耗热量比灰分高的很多，所以，水分对理论燃烧温度的影响比灰分更大。另外，发热量一定时，水分较大，烟气体积也相对较大，则通风设备的规模相对需要增大，增加了烟气带走的热量损失，同时也增加了通风设备的能量消耗。

3.3 损坏锅炉尾部低温段

煤中水分含量大，则燃烧所生成的烟气中的水蒸气分压力就高，给煤中三氧化硫与水蒸气的化学反应创造了方便条件，生成的硫酸在锅炉尾部低温段凝结和沉积，造成空气预热器的严重腐蚀、堵灰和烟囱内衬剥落。

3.4 增加燃料成本

煤中水分含量大，增加运输载重，相对消耗运输能力，造成标煤运价的提高，无形中增加燃料成本。

4 结 语

水分值在电力生产中虽然不像发热量一样作为合同必须约定项目，但是它的大小与发热量、氢值和挥发分结果环环相扣，有着直接的联系。水分测定结果不准确，将导致发热量、氢值和挥发分结果偏离真值。在电力企业中，影响生产成本的因素很多，其中燃料成本占整个发电成本的70%～80%，而水分值是否准确，也直接关系到燃料的成本核算问题。总之，了解煤的各种水分概念以及它对其他指标的影响，掌握水分测定方法，熟知相关国家标准，准确确定煤中水分的量值，对合理调整锅炉运行工况、煤场安全管理有指导意义，同时对在煤炭贸易中坚持公平、公正和公开的交易原则，维护供需双方的经济权益，合理合法的降低发电厂经济成本也是非常重要的。