煤的成因、分類及煤炭燃燒中的相關(guān)問(wèn)題

煤的成因、分類及煤炭燃燒中的相關(guān)問(wèn)題吳國(guó)光教授中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院一、煤的成因煤是植物遺體經(jīng)過(guò)生物化學(xué)作用，又經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用而轉(zhuǎn)變成的沉積有機(jī)礦產(chǎn)，是多種高分子化合物和礦物質(zhì)組成的混合物。從植物死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊航?jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的演變過(guò)程，這個(gè)過(guò)程稱為成煤作用。成煤作用大致可以分為兩個(gè)階段：第一階段是植物在泥炭沼澤、湖泊或淺海中不斷繁殖，其遺體在微生物參與下不斷分解、化合、聚集的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程起主導(dǎo)作用的是生物地球化學(xué)作用。高等植物形成泥炭，因此成煤第一階段可稱為泥炭化階段。當(dāng)已經(jīng)形成的泥炭由于地殼的下沉等原因而被上覆沉積物所掩埋時(shí)，成煤作用就轉(zhuǎn)為第二階段一一煤化作用階段，即泥炭在以溫度和壓力為主的作用下變?yōu)槊旱倪^(guò)程。成煤第二階段包括成巖作用和變質(zhì)作用。在這一階段中起主導(dǎo)作用的是物理化學(xué)作用。在溫度和壓力的影響下，泥炭進(jìn)一步變?yōu)楹置海ǔ蓭r作用），再由褐煤變?yōu)闊熋汉蜔o(wú)煙煤（變質(zhì)作用）。植物遺體泥炭褐煤煙煤無(wú)煙煤超無(wú)煙煤泥炭化階段成巖作用變質(zhì)作用煤化作用成煤作用植物遺體泥炭褐煤煙煤無(wú)煙煤超無(wú)煙煤泥炭化階段成巖作用變質(zhì)作用煤化作用成煤作用圖1成煤作用的階段劃分煤與煤之間的性質(zhì)千差萬(wàn)別，不僅不同煤田的煤質(zhì)差別較大，即使是同一煤田中不同煤層的煤質(zhì)，其差異也很大。在同一煤田同一煤層不同地點(diǎn)采的煤樣，其煤質(zhì)也有較大的差別；甚至是在同一煤田同一煤層同一地點(diǎn)采樣，而采樣時(shí)，將煤層從上到下分成若干個(gè)分層采樣，各分層的煤質(zhì)也有差別。引起煤質(zhì)千差萬(wàn)別的原因，與成煤物質(zhì)、成煤環(huán)境和成煤作用有關(guān)。二、煤的分類1974年我國(guó)有關(guān)部門(mén)開(kāi)始對(duì)煤炭進(jìn)行新的分類，經(jīng)有關(guān)部委、科研機(jī)構(gòu)和高等院校的專家、教授多次會(huì)議論證，并對(duì)全國(guó)主要煤礦、煤產(chǎn)地的煤質(zhì)資料進(jìn)行了全面分析研究，基本上取得了一致意見(jiàn)。1985年1月19日通過(guò)了煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并于1989年10月1日起正式實(shí)施。所使用的主要分類指標(biāo)有兩個(gè)：一是表示煤化程度的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分（Vdf）（在900°C時(shí)測(cè)定，而原分類方案揮發(fā)分測(cè)定溫度為850C），用來(lái)區(qū)分無(wú)煙煤、煙煤和褐煤：二是表示煤的工藝性能的粘結(jié)性指標(biāo)。根據(jù)粘結(jié)性大小的不同，分別選用粘結(jié)指數(shù)G、膠質(zhì)層最大厚度Y和奧亞膨脹度b作為指標(biāo)。1、無(wú)煙煤、煙煤和褐煤的區(qū)分指標(biāo)無(wú)煙煤、煙煤和褐煤的主要區(qū)分指標(biāo)是表征煤化程度的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分（vdaf）。當(dāng)vdaf>37.0%和GW5時(shí)，利用透光率PM來(lái)區(qū)分煙煤與褐煤，見(jiàn)表1。 " "

表1 煤炭分類總表類別符號(hào)數(shù)碼分類指標(biāo)Vdaf/%PM/%無(wú)煙煤WY01,02,03<10.0—煙煤YM11,12,13,14,15,1621,22,23,24,25,2631,32,33,34,35,3641,42,43,44,45,46>10.0—褐煤HM51,52>37.0<502、無(wú)煙煤的分類無(wú)煙煤采用Vdaf和Hdaf作為分類指標(biāo)，將無(wú)煙煤分為1號(hào)?3號(hào)3個(gè)小類，見(jiàn)表2。表2無(wú)煙煤的分類類別符號(hào)數(shù)碼分類指標(biāo)Vdaf/%Hdaf/%無(wú)煙煤一號(hào)WY1010?3.50?2.0無(wú)煙煤二號(hào)WY02>3.5?6.5>2.0?無(wú)煙煤三號(hào)2WY03>6.5?10.03.0>3.033、煙煤的分類采用干燥無(wú)灰基揮發(fā)分、粘結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度和奧亞膨脹度作為指標(biāo)把煙煤分為12大類，見(jiàn)表3。表3煙煤的分類類別符號(hào)數(shù)碼分類指標(biāo)Vdaf/%GY/mmb/%貧煤PM11>10.0?20.0<5貧瘦煤PS12>10.0?20.0>5?20瘦煤SM1314>10.0?20.0>10.0?20.0>20?50>50?65

焦煤JM152425>10.0?20.0>20.0?28.0>20.0?28.0>65>50?65>65<25.0<25.0(<150)(<150)肥煤FM162636>10.0?20.0>20.0?28.0>28.0?37.0(>85)(>85)(>85)>25.0>25.0>25.0(>150)(>150)(>150)1/3焦煤1/3JM35>28.0?7.0>65<25.0(<220)氣肥煤QF46>37.0(>85)>25.0(>220)氣煤QM34434445>28.0?37.0>37.0>37.0>37.0>50?65>35?50>50?65>65<25.0(<220)1/2中粘煤1/2ZN2333>20.0?28.0>28.0?37.0>30?50>30?50弱粘煤RN2232>20.0?28.0>28.0?37.0>5?30>5?30不粘煤BN2131>20.0?28.0>28.0?37.0<5<5長(zhǎng)焰煤CY4142>37.0>37.0<5>5?354、褐煤的分類褐煤采用透光率PM作為指標(biāo)，表示煤化程度參數(shù)，用以區(qū)分褐煤和煙煤，并將褐煤劃分小類，并采用恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量作為輔助指標(biāo)區(qū)分煙煤和褐煤。將褐煤分為2小類，見(jiàn)表4。表4褐煤的分類類別符號(hào)數(shù)碼r 分類指標(biāo)PM/%Qgr,maf/%褐煤號(hào)褐煤二號(hào)HM1HM251520?30>30?50—<245、煤炭分類的說(shuō)明在新的煤炭分類中，將我國(guó)的各種煤（從褐煤、煙煤到無(wú)煙煤）共劃分成14個(gè)大類和17個(gè)小類。其中無(wú)煙煤3個(gè)小類，主要是按照各小類工藝?yán)锰匦缘牟煌鴦澐值?。?1號(hào)年老無(wú)煙煤最適合于作炭素原料及民用煤球和蜂窩煤，02號(hào)典型無(wú)煙煤最適合于作為化肥造氣原料，03號(hào)年輕無(wú)煙煤因熱值高、可磨性好而很適合于作高爐噴吹用煤。褐煤的2個(gè)小類（51及52號(hào)）也是根據(jù)其性質(zhì)和利用特征的不同而劃分的。如褐煤蠟高的多是年輕的51號(hào)褐煤；而52號(hào)年老褐煤普遍適合于作電廠燃料。在煙煤大類中由老到新共劃分為貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤、氣煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤和長(zhǎng)焰煤12個(gè)類別。其中除弱粘煤、不粘煤長(zhǎng)焰煤和貧煤為非煉焦煤以外，其他8個(gè)煤類均屬煉焦用煤牌號(hào)。在煤炭分類中，對(duì)每一類煤均用漢語(yǔ)拼音代號(hào)表示，每一個(gè)煤類均用兩個(gè)漢語(yǔ)拼音大寫(xiě)字母表示，如氣肥煤的漢語(yǔ)拼音代號(hào)為QF，瘦煤的代號(hào)為SM等等。其來(lái)源是取其漢語(yǔ)拼音中的第一個(gè)字母，如J代表焦（Jiao），M代表煤（Mei）。在煤炭分類中，還采用了兩位數(shù)的編碼表示不同的煤。如氣煤的數(shù)字編碼有34、43、44和45共四個(gè)，瘦煤的編碼有13、14兩個(gè)，而貧煤的數(shù)碼只有11一個(gè)。數(shù)碼越多的煤類，表示其分類指標(biāo)的變化范圍越寬。在各類煤的數(shù)碼編號(hào)中，十位數(shù)字代表?yè)]發(fā)分的高低，如無(wú)煙煤的揮發(fā)分最低，十位數(shù)字為0，褐煤的揮發(fā)分最高，十位數(shù)字為5,煙煤類的十位數(shù)字介于1-4之間；個(gè)位數(shù)字對(duì)煙煤來(lái)說(shuō)，表征其粘結(jié)性或結(jié)焦性好壞，如個(gè)位數(shù)字越大，則其粘結(jié)性越強(qiáng)。如個(gè)位數(shù)字為6的煙煤類，都是膠質(zhì)層最大厚度Y值大于25mm的肥煤或肥氣煤，個(gè)位數(shù)字為1的煙煤類，都是一些沒(méi)有粘結(jié)性的煤，如貧煤、不粘煤和長(zhǎng)焰煤。個(gè)位數(shù)字為2-5的煙煤，它們的粘結(jié)性隨著數(shù)碼的增大而增強(qiáng)。對(duì)褐煤和無(wú)煙煤來(lái)說(shuō)，每個(gè)數(shù)碼編號(hào)代表一個(gè)小類別，如01?03分別代表1?3號(hào)無(wú)煙煤，51及52各代表1號(hào)及2號(hào)褐煤。但在煙煤階段，每一數(shù)碼編號(hào)并不代表1個(gè)小類別煤，如瘦煤中的13號(hào)與14號(hào)，并不代表1號(hào)瘦煤和2號(hào)瘦煤，但也可以看出，瘦煤中的14號(hào)部分，其粘結(jié)性則要比13號(hào)高。總之，同一煙煤類中的不同數(shù)碼編號(hào)部分的性質(zhì)是有所不同的，如焦煤類中的24號(hào)部分，其粘結(jié)性就低于25號(hào)，而焦煤中的15號(hào)部分，其揮發(fā)分就比25號(hào)和24號(hào)部分低。6、各類煤的特性與主要用途（1） 無(wú)煙煤（WY）無(wú)煙煤的特點(diǎn)是固定碳高、揮發(fā)分低，純煤真密度高達(dá)1.35?1.90g/cm3,無(wú)粘結(jié)性、燃點(diǎn)高，一般達(dá)360?420°C左右，燃燒時(shí)不冒煙。其中北京、晉城和陽(yáng)泉的無(wú)煙煤分別為01、02和03號(hào)無(wú)煙煤的代表。無(wú)煙煤主要作民用燃料和合成氨造氣原料；低灰、低硫且質(zhì)軟易磨的無(wú)煙煤不僅是理想的高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石的還原劑與燃料，而且還可作為制造各種炭素材料的原料。（2） 貧煤（PM）貧煤是煙煤中變質(zhì)程度最高的一小類煤，呈不粘結(jié)或微弱的粘結(jié)，在層狀煉焦?fàn)t中不結(jié)焦。發(fā)熱量比無(wú)煙煤高，燃燒時(shí)火焰短，耐燒，但燃點(diǎn)也較高，僅次于無(wú)煙煤，一般在350?360C左右。主要作為電廠燃料，尤其與高揮發(fā)分煤配合燃燒更能充分發(fā)揮其熱值高而又耐燒的優(yōu)點(diǎn)。（3） 貧瘦煤（PS）貧瘦煤是煉焦煤中變質(zhì)程度最高的一種，其特點(diǎn)是揮發(fā)分較低。在配煤煉焦時(shí)起到瘦化劑的作用，也是發(fā)電、機(jī)車、民用及其他工業(yè)窯爐的燃料。（4） 瘦煤（SM）瘦煤是具有中等粘結(jié)性的低揮發(fā)分煉焦煤。主要用作煉焦配煤。高硫、高灰的瘦煤一般只作為電廠及鍋爐的燃料。（5） 焦煤（JM）焦煤是一種結(jié)焦性較好的煉焦煤。一般主要用作煉焦配煤。（6） 肥煤（FM）肥煤是中等揮發(fā)分及中高揮發(fā)分的強(qiáng)粘結(jié)性煉焦煤。它是配煤煉焦中的基礎(chǔ)煤。（7） 1/3焦煤（1/3JM）1/3焦煤是中等偏高揮發(fā)分的較強(qiáng)粘結(jié)性煉焦煤，是一種介于焦煤、肥煤和氣煤之間的過(guò)渡煤。它是配煤煉焦中的基礎(chǔ)煤。（8） 氣肥煤（QF）氣肥煤是一種揮發(fā)分和膠質(zhì)體厚度都很高的強(qiáng)粘結(jié)煉焦性煤，其結(jié)焦性優(yōu)于氣煤而低于肥煤，膠質(zhì)體雖多但較稀。它最適合于高溫干餾制造城市煤氣，也可用于配煤煉焦以增加化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率。（9） 氣煤（QM）氣煤是一種變質(zhì)程度較低、揮發(fā)分較高的煉焦煤。配煤煉焦時(shí)多配入氣煤可增加煤氣和化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率。有的氣煤也可單獨(dú)高溫干餾來(lái)制造城市煤氣，也可作動(dòng)力用煤。（10） 1/2中粘煤（1/2ZN）1/2中粘煤是一種揮發(fā)分變化范圍較寬、中等結(jié)焦性的煉焦煤。它主要作為氣化或動(dòng)力用煤，也可作配煤煉焦的原料。（11） 弱粘煤（RN）弱粘煤是一種粘結(jié)性較弱的從低變質(zhì)到中等變質(zhì)程度的非煉焦用煙煤。一般適用于氣化及動(dòng)力燃料。（12） 不粘煤（BN）不粘煤是一種在成煤初期就已經(jīng)受到相當(dāng)程度氧化作用的低變質(zhì)到中等變質(zhì)程度的非煉焦用煤。主要用作發(fā)電和氣化用煤，也可作為動(dòng)力及民用燃料，但由于這類煤的灰熔點(diǎn)較低，最好與其他煤類配合燃燒，可充分利用其低灰、低硫、高發(fā)熱量的優(yōu)點(diǎn)。（13） 長(zhǎng)焰煤（CY）長(zhǎng)焰煤是變質(zhì)程度最低的高揮發(fā)分非煉焦煙煤。煤的燃點(diǎn)低、純煤熱值也不高。多作為電廠、機(jī)車燃料以及工業(yè)窯爐燃料，也可作氣化用煤。（14） 褐煤（HM）褐煤是煤化程度最低的礦產(chǎn)煤，其特點(diǎn)是水分大、孔隙度大、揮發(fā)分高、不粘結(jié)、熱值低，含有不同數(shù)量的腐植酸。氧含量高達(dá)15%?30%左右，化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性差。主要用作發(fā)電。三、煤炭燃燒中的相關(guān)問(wèn)題煤燃燒是指煤中的可燃有機(jī)質(zhì)，在一定溫度下，與空氣中的氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，放出光和熱，并轉(zhuǎn)化為不可燃的煙氣和灰渣的過(guò)程。常溫下，煤在空氣中也能發(fā)生氧化反應(yīng)，但氧化速度很慢，只有當(dāng)溫度達(dá)到煤的燃點(diǎn)時(shí)，才能有劇烈的氧化反應(yīng)，形成燃燒。煤在爐子中燃燒的目的，是使煤得以均勻完全的燃燒，放出全部熱量，并傳遞到爐子的受熱面上，最大限度地利用熱能。為使煤炭燃燒過(guò)程順利進(jìn)行，將全部熱量釋放出來(lái)，得到完全燃燒，其必要條件是：（1） 有適宜的燃料（煤、油及可燃?xì)獾龋唬?） 有充足的空氣供給；（3） 保持高溫的環(huán)境；（4） 有足夠的燃燒時(shí)間；（5） 有適當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC空氣和燃料良好接觸和混合。一般煤的燃燒，根據(jù)不同的燃燒方式在鍋爐、窯爐和其他燃燒器中進(jìn)行。（一）煤燃燒的基本過(guò)程煤的燃燒是固體與氣體之間進(jìn)行多相擴(kuò)散燃燒過(guò)程，這是一個(gè)極其復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程。煤燃燒的實(shí)質(zhì)，就是在空氣中氧氣參與下，進(jìn)行復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。在燃燒過(guò)程中，煤的可燃物在受熱下，形成與原始結(jié)構(gòu)不同的可燃組成物，將煤中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，形成燃燒產(chǎn)物一一煙氣；煤中所含的礦物質(zhì)最后形成灰渣。一般燃燒過(guò)程可劃分為三個(gè)階段：煤著火前的準(zhǔn)備階段（包括煤的預(yù)熱、干燥、析出揮發(fā)分和形成焦炭）：揮發(fā)分和焦炭的燃燒；爐渣爐灰中殘余焦炭燃盡。煤燃燒各階段順序如圖2。圖2煤燃燒各階段順序示意圖1、 燃燒的準(zhǔn)備階段煤在爐中加熱、干燥、蒸發(fā)水分。隨溫度增高，煤中有機(jī)質(zhì)開(kāi)始熱分解，熱分解形成兩種產(chǎn)物：一種是從煤大分子上斷裂下來(lái)的側(cè)鏈和官能團(tuán)所形成的揮發(fā)分，在揮發(fā)分氣體中主要有CO、CO2、H2、h2o、CH4及各種烴類化合物、含硫、含氮化合物等，另一種是稠環(huán)芳香核縮聚為焦炭（固定碳）。這一階段煤要吸收熱量，其熱源由火種或原燃燒著的煤供給。2、 燃燒階段當(dāng)溫度達(dá)到煤的燃點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始著火，然后可燃揮發(fā)分氣體和焦炭開(kāi)始燃燒，這是過(guò)程的主要階段。1）揮發(fā)分的燃燒煤粒受熱分解析出揮發(fā)分與氧作用，在煤粒周圍著火燃燒，并放出熱量，主要反應(yīng)如下：CO+丁O2—CO2+QH+丁O—HO+QCH+（m+n）O—mCO+nHO+Q揮發(fā)分燃燒時(shí)，一方面把熱量傳給焦炭，一方面被擴(kuò)散來(lái)的氧氣先行燒掉。對(duì)于揮發(fā)分的析出過(guò)程現(xiàn)在有兩種不同的見(jiàn)解：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，揮發(fā)分的析出只是燃燒開(kāi)始階段的一個(gè)短暫過(guò)程，還不到煤粒燃燒時(shí)間的10%;另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，在煤粒燃燒過(guò)程中，揮發(fā)分不斷地析出，析出過(guò)程與焦炭燃燒交叉平行進(jìn)行，幾乎延續(xù)到燃盡階段。通常，煤的揮發(fā)分愈高，燃燒速度就愈快。）焦炭的燃燒固定碳的燃燒在燃燒過(guò)程中起決定性作用，其主要是因?yàn)椋海?） 在煤的可燃成分中，碳的重量百分?jǐn)?shù)是主要的（表5）。（2） 碳的燃燒時(shí)間占全部燃料燃燒時(shí)間的90%左右。（3） 碳的發(fā)熱量占煤發(fā)熱量的主要部分，因而爐內(nèi)的溫度也主要取決于碳的燃燒速度。表5 碳在煤的可燃部分中的比例煤的種類碳占可燃成分的重量％發(fā)熱量占總發(fā)熱量％無(wú)煙煤96.595煙煤57?8857.5?83.5褐煤5566泥煤3040.5碳的燃燒過(guò)程主要是碳和氧的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。由于焦炭被揮發(fā)物所包圍，氧首先和可燃?xì)怏w反應(yīng)燃燒，因此，焦炭的燃燒一般要落后于揮發(fā)物，只有當(dāng)爐中的氧擴(kuò)散到熾熱的焦炭表面時(shí)，焦炭才能燃燒。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，煤粉火炬燃燒時(shí)，懸浮在氣流中的粉煤粒加熱速度很快，在很高的升溫速度下，揮發(fā)分和焦炭幾乎同時(shí)著火。氧氣與煤粒表面發(fā)生的多相反應(yīng)，大體上按如下緊密相連的五個(gè)步驟進(jìn)行：（1） 氧氣擴(kuò)散到碳的反應(yīng)表面；（2） 氧被碳表面吸附；（3） 在碳表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；（4） 燃燒產(chǎn)物由碳表面解吸；（5） 燃燒產(chǎn)物向周圍擴(kuò)散。煤粒與氧在相界面上的化學(xué)反應(yīng)，現(xiàn)在多數(shù)研究認(rèn)為：碳與氧作用同時(shí)生成CO2和CO,不僅存在一次反應(yīng)，而且還伴隨有二次反應(yīng)。一次反應(yīng)：C+OtCO+Q2C+O2t2CO+Q2一次反應(yīng)：2CO+O2t2CO2+Q3CO2+Ct2CO-Q4生成CO和CO2兩種氣體的多少，主要取決于溫度。在1200°C左右使，兩種氣體的百分量相等，當(dāng)溫度更高時(shí)，CO增多。表面的CO和CO2生成后，要向碳粒周圍擴(kuò)散。而較遠(yuǎn)外層的氧又向碳表面擴(kuò)散。因此，在碳粒周圍不同距離各種氣體濃度不同。當(dāng)濃度較高的CO向外擴(kuò)散時(shí)，遇到空氣中的氧，生成CO2，在離碳粒某距離處，CO2達(dá)到最高濃度，更遠(yuǎn)的地方，由于和空氣混合，CO2的濃度又降低。高濃度CO2的一部分也向碳粒擴(kuò)散，在表面上與碳進(jìn)行還原反應(yīng)，生成CO,因此，碳表面處CO濃度最高。當(dāng)爐子介質(zhì)中有水蒸氣時(shí)，也要向碳粒表面擴(kuò)散，使碳粒氣化：C+HOtCO+H由上述反應(yīng)看出，碳表面上的反應(yīng)不僅是單純的氧化反應(yīng)，而且還存在同水蒸氣和二氧化碳的還原反應(yīng)。過(guò)程中的還原反應(yīng)對(duì)碳粒的迅速氣化、燃燒是極為有利的。在高溫火焰中，氧氣、二氧化碳和水蒸汽均是焦炭的氣化劑。其中水蒸汽的氣化作用很快，一般水蒸汽分子的速度為二氧化碳的1.5倍，當(dāng)二氧化碳在焦炭表面氣化一個(gè)碳原子時(shí)，水蒸汽可氣化若干個(gè)碳原子，而且水蒸汽對(duì)熾熱的碳?xì)饣a(chǎn)生中間活性氫，氫分子的擴(kuò)散速度比一氧化碳大很多，所以爐子介質(zhì)中有水蒸汽存在，將加速燃燒過(guò)程。如果只有氧向焦炭表面擴(kuò)散進(jìn)行燃燒時(shí)，燃燒速度將決定于氧的擴(kuò)散速度，當(dāng)焦炭氣化，生成一氧化碳和氫時(shí)，燃燒反應(yīng)不只是氧的擴(kuò)散，而且還有一氧化碳和氫的擴(kuò)散，因而其空間反應(yīng)進(jìn)行很快。眾所周知，煤的內(nèi)孔隙和內(nèi)裂縫比較發(fā)達(dá)，因此，多相反應(yīng)不僅可在煤的外表面進(jìn)行，亦可在那表面進(jìn)行。煤的燃燒或氣化在內(nèi)部反應(yīng)時(shí)，氧氣的擴(kuò)散方式是通過(guò)內(nèi)部孔隙滲透到內(nèi)部表面。從整體來(lái)講，煤粒的燃燒速度即與界面上進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的速度有關(guān)，也與氧擴(kuò)散到界面上的速度有關(guān)。而這些速度主要取決于溫度。當(dāng)溫度低(V900?1000°C)時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速度小于氧氣向反應(yīng)表面的擴(kuò)散速度，這時(shí)煤粒表面即使吸附很多氧分子，也不能加速化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，使燃燒速度加快，而加速反應(yīng)速度的關(guān)鍵是提高溫度，此時(shí)的燃燒工況屬于動(dòng)力學(xué)燃燒區(qū)。在實(shí)際操作中，例如層狀燃燒的點(diǎn)火升溫時(shí)，就不能大力鼓風(fēng)，以免降低爐溫，而應(yīng)該采取措施使溫度升高。當(dāng)溫度增高時(shí)，燃燒速度也隨著增高，其速度增加到化學(xué)反應(yīng)速度與氧反應(yīng)表面擴(kuò)散速度相差不大，則燃燒速度即取決于擴(kuò)散速度，又取決于化學(xué)反應(yīng)速度，此時(shí)的燃燒工況屬于過(guò)渡燃燒區(qū)。多數(shù)鍋爐的燃燒設(shè)備中，煤的燃燒反應(yīng)處在過(guò)渡區(qū)內(nèi)。當(dāng)溫度增加很高時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速度大于氧向反應(yīng)表面的擴(kuò)散速度，化學(xué)反應(yīng)速度已經(jīng)大到立刻能把擴(kuò)散到反應(yīng)表面上的氧全部消耗掉，此時(shí)反應(yīng)表面的氧濃度已接近零。此時(shí)主要取決于流體動(dòng)力因素：氣流的相對(duì)速度和煤粒的大小。如氣流的相對(duì)速度W1VW2VW3，煤粒大小di<d2<d3時(shí)，同一溫度情況下，W3(di)的燃燒速度為最快，此時(shí)的燃燒工況屬于擴(kuò)散燃燒區(qū)。在實(shí)際操作中，例如層燃爐要提高出力，就可以加強(qiáng)鼓風(fēng)。3、燃盡階段該階段可燃物剩下很少了，灰分占優(yōu)勢(shì)，灰分掩蓋了剩余焦質(zhì)，尤其是灰分熔融時(shí)，使焦質(zhì)和空氣接觸十分困難，因此在粒度等條件一定時(shí)，需要有一定的時(shí)間才能保證使焦質(zhì)燃盡，該階段空氣量減少，放熱急降，灰中碳不完全燃燒損失的大小主要取決于此階段燃燒完成的程度。(二)影響燃燒過(guò)程的基本因素欲使燃料煤能完全燃燒，得到理想的燃燒效率，把釋放出來(lái)的熱量盡可能地有效利用，得到理想的熱效率，就必須在燃燒過(guò)程中控制一些基本的影響因素。1、燃料煤的性質(zhì)除了煤的組成(灰分、水分及元素組成)對(duì)燃燒過(guò)程有影響外，煤的性質(zhì)對(duì)燃燒過(guò)程也有影響如發(fā)熱量、燃料比、粘結(jié)性、灰熔點(diǎn)和粒度等。發(fā)熱量它是鍋爐設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。不同的鍋爐對(duì)發(fā)熱量的要求不同，高的可達(dá)25000?30000kJ/kg，低的4000?8000kJ/kg。但是對(duì)以選定使用的鍋爐，燃料煤的發(fā)熱量必須符合設(shè)計(jì)要求，過(guò)高過(guò)低都不利。過(guò)低時(shí)要投油補(bǔ)熱。相反，煤的發(fā)熱量比設(shè)計(jì)的要求高，則飛灰中可燃物量就大，機(jī)械不完全燃燒損失增加。發(fā)熱量超過(guò)設(shè)計(jì)值過(guò)高，還會(huì)引起鍋爐管壁大量結(jié)渣，噴嘴變形、爐內(nèi)部件損壞加劇，嚴(yán)重時(shí)造成停產(chǎn)事故。因此設(shè)計(jì)要求不同的鍋爐穩(wěn)定供應(yīng)一定發(fā)熱量的燃料煤對(duì)提高效率、使煤完全燃燒是一項(xiàng)重要因素。燃料比燃料比是指固定碳(％)和揮發(fā)分(％)的比值，以FR值表示。它直接關(guān)系到燃煤的著火點(diǎn)、火焰長(zhǎng)度和火力強(qiáng)弱。如果FR值過(guò)高，會(huì)使燃點(diǎn)提高不易著火；在發(fā)熱量相同情況下，也使機(jī)械不完全燃燒損失增大。如果FR值太小，又增加化學(xué)不完全燃燒損失和排煙損失。FR值過(guò)大過(guò)小均可能降低熱效率，同時(shí)增加環(huán)境污染。因此，須根據(jù)燃燒設(shè)備的大小和類型確定合理的燃料比。一般層燃爐的FR值1.5?2.00較為合適，機(jī)車在0.75?2.0范圍之內(nèi)。這就要求選擇揮發(fā)分合適的煤種，或進(jìn)行人工調(diào)整，例如進(jìn)行配煤燃燒或制造工業(yè)型煤。粘結(jié)性粘結(jié)性過(guò)大過(guò)小對(duì)燃燒均不利。例如層燃鍋爐，粘結(jié)性過(guò)小，呈粉末狀，會(huì)堵住空隙妨礙空氣流動(dòng)，使燃燒惡化，從而增加飛灰損失和爐渣損失；粘結(jié)性過(guò)大，造成熔融粘結(jié)成塊，雖然飛灰損失低了，但爐渣損失將增大。因此，一般采用弱粘結(jié)性煤。灰熔點(diǎn)它對(duì)鍋爐的熱效率、運(yùn)行及安全性均有很大影響?；胰埸c(diǎn)低，燃燒時(shí)易產(chǎn)生結(jié)渣現(xiàn)象，對(duì)層燃爐來(lái)說(shuō)，結(jié)渣后阻礙通風(fēng)，破壞正常燃燒，灰渣裹住未燃完的碳，增加爐渣碳的損失；灰熔點(diǎn)過(guò)高，使?fàn)t灰呈粉末狀，渣塊小，難以保持透氣性良好的渣層，也會(huì)增加爐渣碳的損失。因此，層燃爐的灰熔點(diǎn)一般要求在1250°C以上。對(duì)于粉煤鍋爐，灰熔點(diǎn)低，易使?fàn)t壁爬渣，對(duì)高溫對(duì)流過(guò)熱器的管子上搭橋，嚴(yán)重時(shí)使?fàn)t內(nèi)燃燒狀況惡化，一般灰熔點(diǎn)要大于1350C。對(duì)熔點(diǎn)特低的煤可采用液態(tài)排渣。（5）粒度不同類型的鍋爐應(yīng)當(dāng)采用不同粒級(jí)的燃料煤，并且級(jí)別愈窄愈理想。這對(duì)減少各種熱損失，尤其是減少機(jī)械不完全燃燒損失最有利。例如我國(guó)機(jī)車采用中塊、小塊或粒煤、煤球作燃料，就可減少飛揚(yáng)和漏落損失。2、 爐溫煤只有加熱到一定溫度（著火點(diǎn)）時(shí)，才能燃燒。在燃燒過(guò)程中提高爐溫，將加速燃燒反應(yīng)，有利于煤燃燒著火穩(wěn)定性，減少化學(xué)和機(jī)械不完全燃燒損失，從而強(qiáng)化燃燒過(guò)程。但爐溫太高，對(duì)于固態(tài)排渣爐，在爐內(nèi)容易結(jié)渣，影響燃燒。因受煤灰熔點(diǎn)限制，所以不同燃燒方式的鍋爐的爐溫應(yīng)控制在合適的范圍內(nèi)，一般懸浮燃燒爐的爐溫可達(dá)1300C以上，層燃爐要求達(dá)到1100?1300C，沸騰爐的床溫在900C左右為宜。3、 空氣量燃燒一定量的煤，就需要有一定量的空氣。如果空氣量不夠，就會(huì)使有些可燃物得不到氧氣而燃燒不完全。確定必須得空氣量，從理論上，應(yīng)該使供給的空氣中氧和煤的可燃物燃燒時(shí)，空氣中的氧剛好消耗盡。每公斤收到基煤完全燃燒時(shí)，所必須的理論空氣量，可用燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算。計(jì)算中認(rèn)為所有的氣體都與理想氣體一樣，均在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行。實(shí)際生產(chǎn)中供給的空氣量（V）要大于理論空氣量，因?yàn)樗腿霠t內(nèi)的空氣，總有一部分沒(méi)有和煤進(jìn)行燃燒反應(yīng)，而隨煙氣排出爐外。此理論空氣量多出的這部分空氣量稱為過(guò)量空氣（V-V0），而實(shí)際供給的空氣量與理論空氣量的比值a（a=V/V0）稱為過(guò)量空氣系數(shù)。一臺(tái)工作