[科普中國]-發(fā)電用燃料

發(fā)電用燃料一般是指火力發(fā)電廠進(jìn)行電力生產(chǎn)時所需要的燃料?；鹆Πl(fā)電廠的發(fā)電燃料按形態(tài)大致分成固體燃料、液體燃料、氣體燃料。固體燃料主要是煤。煤的成分有碳、灰分、水分和揮發(fā)物。液體燃料主要是重油，即煉油廠從石油中提煉出汽油、煤油、柴油等以后剩下的油。重油是一種優(yōu)質(zhì)發(fā)電燃料，灰分和水分都很少。氣體燃料主要是天然氣，還有焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣等1。

燃料分類發(fā)電用燃料大致可以分為三類，即固體燃料、液體燃料和氣體燃料?；鹆Πl(fā)電廠的蒸汽鍋爐一般采用固體燃料，只在鍋爐起動點火或低負(fù)荷時為了維持穩(wěn)定燃燒才燃用極少量的液體燃料。缺煤、缺水地區(qū)，個別有條件的地方，或需采用內(nèi)燃機等發(fā)電時，則亦有燃用液體或氣體燃料的2。

固體燃料固體燃料主要是煤炭。煤炭根據(jù)炭化程度的不同，大致可以分為無煙煤、煙煤、褐煤和油頁巖等幾種。當(dāng)前發(fā)電燃用最多的是煙煤。固體燃料中，除含有水分(W)和灰分(A)等不可燃物質(zhì)外，主要是由碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)構(gòu)成的燃質(zhì)，其中碳、氫和揮發(fā)性硫是可燃成分。對于煤來說，含有揮發(fā)分(V)，也是一個重要特性。

煤炭中的水分分為二種，經(jīng)30~35℃干燥而發(fā)散的稱之為表面水分，經(jīng)100℃以上干燥而蒸發(fā)的稱之為固有水分。在與空氣隔離的情況下采用高溫加熱后，其中水分和揮發(fā)分析出，殘留下來的是固定炭素和灰分。固定炭素、揮發(fā)分以及灰分的比率是衡量煤炭品質(zhì)的主要指標(biāo)。含灰多，含揮發(fā)分和固定炭素少，每單位重量的發(fā)熱量比較低的稱為劣質(zhì)煤。

灰分中主要是二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、三氧化二鐵(Fe2O3)以及生石灰(CaO)等。隨著這些成分的含量不同，灰熔點將發(fā)生變化。低灰熔點的煤在燃燒時往往導(dǎo)致爐內(nèi)結(jié)渣，受熱面粘污，甚至影響鍋爐出力。 發(fā)電用煤的灰熔點一般在1100～1500℃之間。

硫分在燃燒時將生成亞硫酸(SO2)，與煙氣中的水分結(jié)合可以生成硫酸，是造成鍋爐受熱面腐蝕的主要原因2。

液體燃料液體燃料主要為地下取出來的石油，或稱原油。原油經(jīng)過加熱精煉加工后，分餾成為汽油、煤油、柴油，最后在300℃以上分餾出以重碳?xì)浠衔餅橹饕煞值暮诤稚赜停?重油的發(fā)熱量高達(dá)10000kcal/kg,含灰量極少，是很好的燃料油。

重油與煤炭相比，同樣發(fā)熱量的重油容積僅為煤炭的一半，它具有可以利用油泵和油管輸送，勿需排灰處理，貯藏設(shè)備和燃燒裝置都比較簡單以及燃燒效率高、對負(fù)荷適應(yīng)性較強等優(yōu)點。但是，由于含硫量較大，有大氣污染和低溫腐蝕等問題。 特別是在重油中即使有極微量的釩時，由于高溫燃燒生成五氧化二釩(V2O5)，與鍋爐的過熱器或再熱器的高溫（約600℃以上）金屬表面接觸后，將引起所謂“高溫腐蝕”。此外，重油還易于著火爆炸，輸送和貯藏時要特別注意安全2。

氣體燃料氣體燃料有高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和天然氣三種。發(fā)電用的氣體燃料主要是天然氣。

天然氣是一種天然產(chǎn)出的可燃性氣體，主要成分是碳?xì)浠衔?，大致又可以分為天然煤氣、油田煤氣、煤田煤氣和水溶性煤氣四種。后三種煤氣都是伴生性質(zhì)，是油田或煤田地帶的背斜構(gòu)造所形成的構(gòu)造性煤氣。

天然煤氣幾乎能以理論空氣量達(dá)到完全燃燒。由于含灰極少，排煙清潔。 氣態(tài)形式的燃燒便于控制，可以盡快地調(diào)節(jié)燃燒溫度，且點火和滅火過程均比較簡單。同時，發(fā)熱量高，熱量的利用系數(shù)亦比其它形式的燃料高，燃燒時可以獲得極大的鍋爐效率。

氣體燃料的貯藏一般比較困難，又受地理條件的限制，燃料價格往往比其它形式的貴。 同時有在裝卸、使用和運輸過程中由于泄漏而引起爆炸等缺點2。

選用原則根據(jù)國家的能源利用政策，在選擇火力發(fā)電用的燃料時，應(yīng)該注意下列幾點：

考慮到能源的合理利用，火力發(fā)電應(yīng)盡量采用當(dāng)?shù)毓?yīng)的劣質(zhì)燃料，例如褐煤、洗中煤、矸石、油頁巖或渣油等，并充分利用其他工礦企業(yè)燃料副產(chǎn)品，不占用其他工業(yè)部門所必需的優(yōu)質(zhì)燃料。

要有足夠的燃料資源供火電廠長期使用，凡是定點供應(yīng)的煤礦，其開采量至少能保證供應(yīng)電廠100年以上的用煤量。

大型火電廠由于用煤量較多，一般應(yīng)靠近燃料基地，盡可能建成礦口電廠，以減少國家鐵路干線的運輸量。

在有多種燃料可供選擇時，必須進(jìn)行詳細(xì)的運煤和輸電的論證比較，選定最佳的燃料供應(yīng)礦點，以防止有煤電倒流現(xiàn)象2。

貯運設(shè)施選擇發(fā)電用燃料的運輸和貯存業(yè)務(wù)包括燃料運達(dá)電廠的設(shè)施和廠內(nèi)卸載作業(yè)、貯存作業(yè)及輸送作業(yè)。

對于采用鐵路、船舶運輸燃料的發(fā)電廠，其廠外運輸業(yè)務(wù)一般由鐵道、交通部門負(fù)擔(dān)，只是在與國家鐵路網(wǎng)不干擾的專用線等個別情況下才包括在電廠業(yè)務(wù)中。除此以外，例如采用管道、帶式輸送機、架空索道、汽車以及其它運輸方式時，一般均屬于電廠業(yè)務(wù)范圍，但有時也必須與燃料供應(yīng)部門協(xié)作完成。

發(fā)電采用的固體燃料，以不宜于煉焦的煙煤居多，包括洗中煤、褐煤、石煤和油頁巖等。液體燃料一般為重油和渣油，有時也燃用原油。氣體燃料主要為天然氣和工業(yè)煤氣。根據(jù)不同的燃料，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)施，發(fā)電用燃料的貯運設(shè)施可按相關(guān)要求選型。

如氣體燃料除了采用壓力管道輸送以外，還可以采用液化裝箱輸送的方式。采用這種輸送方式時，通常是在天然氣的產(chǎn)地，將天然氣壓縮液化，裝入特制的液化箱內(nèi)，然后利用火車或輪船采用集裝箱運輸?shù)姆绞剿腿腚姀S3。

未來展望隨著石油和煤儲量的減少及生態(tài)環(huán)境的惡化,能源危機和環(huán)境污染已經(jīng)成為當(dāng)今社會最受人們關(guān)注的兩大熱點。而由于石油燃料和煤使用范圍和使用量的不斷增加,能源危機和環(huán)境污染的狀況變得更加嚴(yán)重。因此石油和煤等發(fā)電用燃料的替代燃料的發(fā)展也越來越多的受到重視。甲醇由于其清潔、高效、經(jīng)濟且來源廣泛,近些年來受到了人們廣泛的推崇。目前已在車用方面得到了廣泛的應(yīng)用,但是在其他領(lǐng)域應(yīng)用相對較少，其在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用具有很好的前景。

生物質(zhì)能發(fā)電燃料也是未來發(fā)電用燃料的發(fā)展方向。其具有以下特點：

與礦物能源相比，生物質(zhì)在燃用過程中，對環(huán)境污染小。

生物質(zhì)能蘊藏量大，而且是可再生能源。

生物質(zhì)能源具有普遍性、易取性，而且廉價、易取，生產(chǎn)過程極為簡單。

生物質(zhì)能是唯一可以儲存與運輸?shù)哪茉?，對加工轉(zhuǎn)換與連續(xù)使用帶來一定的方便。

生物質(zhì)揮發(fā)組分高，炭活性高，易燃4。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉軍 - 副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所