2.1　固體燃料的種類和性質

2.1.1　固體燃料的種類

天然的固體燃料有各種煤、可燃頁巖、木材、秸稈、谷殼以及各種植物的莖、葉等。人造固體燃料主要是煤和木柴加工后制得的焦炭、半焦與木炭。這些固態可燃物中，廣泛用作工業燃料的只有煤和焦炭（包括半焦），近年來由于環保意識的增強，生物質固體燃料正在大力推廣。

（1）煤

固體燃料主要指煤。煤是埋藏于地層內已炭化的可燃物。它作為燃料比較便宜，而且我國的儲藏量巨大，因此在煤源豐富及運輸方便的地區均以煤作為主要燃料，是使用最廣泛的一種固體燃料。

煤是棕色至黑色的可燃燒的類似巖石的固體，它由植物經過物理和化學的演變和沉積而成。最初這些植物的沉積常常是在沼澤地或潮濕的環境中進行，并逐漸腐爛風化形成泥漿或泥煤。泥煤就是煤的前身，泥煤經過埋藏沉積以及隨后的地質過程，包括壓力及溫度增高，演變成煤。在煤化過程的不同階段，除泥煤外，煤可分為褐煤、煙煤（包括高、中、低揮發分）以及無煙煤（包括半無煙煤、無煙煤、高碳化無煙煤或石墨煤）。

①泥煤是最年輕的煤，也是由植物剛剛變過來的煤，其炭化程度最低，在結構上它還保留有植物遺體的痕跡。泥煤多是由沼澤地帶的植物沉積在空氣量不足和存在大量水分的條件下生成的，其含水率高達80%～90%，因而泥煤質地疏松，吸水性強，需進行露天干燥以后才可用于燃燒。

風干后的泥煤仍含有30%～40%的水分，灰分在干燥基中約占10%，體積密度為300～400kg/m³，低位發熱量為8000～10000kJ/kg，可燃基中碳元素占55%～60%，氫占6%左右，硫通常不超過0.5%，其余為氧和氮。在化學組成上與其他煤種相比，泥煤含氧量最高，達28%～30%，含碳量較低。

使用上泥煤揮發分高，可燃性好，反應性高。它含硫低，機械性差，灰分熔點很低。工業上泥煤用于燒鍋爐和作氣化原料，但其工業價值不大，不能遠途運輸，只能作地方性燃料使用。

②褐煤是泥煤經過進一步炭化后生成的，是植物炭化的第二期產物，但煤化程度仍較低，其顏色一般為褐色或暗褐色，無光澤，含木質結構。由于能將熱堿水染成褐色，因而得名“褐煤”。

褐煤在性質上與泥煤有很大的不同。它的密度較泥煤的大，體積密度為750～800kg/m³。新開采的褐煤含水率在35%～50%，可燃基中含碳65%～78%，氫4.5%～6.5%，氧15%～25%，其余為氮和硫，揮發分在40%以上。灰分在干燥基中的含量為11%～33%。應用基低位發熱量通常只有12545～16726kJ/kg。

褐煤揮發物析出溫度較低，因此易于著火燃燒，在空氣中自燃著火溫度為250～450℃。褐煤由于灰分熔點低，燃燒時易結渣，因此需采用低溫燃燒等技術措施。褐煤可用作工業或生活燃料，也可作用汽化與低溫干餾用原料，但由于其在空氣中易生化和破碎，只能作地方性燃料，多被就近利用。

③煙煤是一種煤化程度較高的煤種，其中已完全看不見木質構造。其外觀為黑色或灰黑色，有瀝青似的光澤。煙煤質地較硬，有較高的硬度，燃燒時出現紅黃色火焰和棕青色濃煙，帶有瀝青氣味。

與褐煤相比，煙煤的含水率進一步減少（內在水分在10%以下），氧和揮發分也減少，碳分與發熱量則增加。其可燃性碳含量為80%～90%，氫4%～4.6%，含氧率一般在3%～15%之間，氮與硫含量同褐煤的相近，揮發分為10%～40%，應用基煙煤低位發熱量在20908～33453kJ/kg之間。供應狀態的煙煤原料一般含內在水分2%～5%，灰分在20%～30%。

煙煤較易著火，自燃著火溫度為400～500℃。煙煤的最大特點是具有黏結性，這是其他固體燃料所沒有的，因此是煉焦的主要原料。當然對煉焦的煤要有一定的選擇，并非所有的煙煤都具有黏結性，也不是所有有黏結性的煤都適合于煉焦。我國根據煤的黏結性及揮發性大小等物理化學性質進一步把煤分為長煙煤、氣煤、肥煤、結焦煤、瘦煤等不同的品種。其中長煙煤和氣煤揮發分含量高，容易燃燒和適合于制造煤氣。結焦煤具有良好的結焦性，適合于生產冶金焦炭。

④無煙煤也稱“白煤”，是煤化程度最高的煤，也是年齡最老的煤，其特點是色黑質堅，有半金屬似的光澤。它是由煙煤在炭化過程中進一步逸出揮發分與水分，相應增高碳分而形成的。可燃基中碳分一般高達90%以上（90%～97%），氫與氧均占1%～4%，揮發分在10%以下。無煙煤的內在水分多在3%以下，灰分同煙煤的相近，低位發熱量在33453kJ/kg左右（可燃基）。

無煙煤揮發分不僅析出溫度高，而且量少，因此著火困難并較難燃盡。無煙煤無結焦性，焦炭呈粉狀，灰分量少但熔點低。無煙煤燃燒時幾乎不產生煤煙，火焰很弱或無火焰，不黏結，自燃著火溫度在700℃左右。同時，由于無煙煤組織密實、堅硬、吸水性小，適合于遠途運輸、長期貯存，因此，無煙煤通常用作動力和生活用燃料，也用于制取化工用氣。

（2）焦炭

一般所說的焦炭包括焦炭和半焦，皆為煙煤經干餾后的制得物。干餾是將天然固體燃料在隔絕空氣的情況下加熱至一定溫度的一種熱化學加工方法，有高溫干餾和低溫干餾之分。煙煤經高溫干餾（900～1100℃）得到的固態產物即為焦炭（同時還制得焦爐煤氣和高溫煤焦油），經低溫干餾（500～550℃）則得到半焦（同時還得到半焦煤氣與低溫煤焦油）。

焦炭為多孔塊狀，呈銀灰色或無光澤灰黑色，低位發熱量為5400～6500kJ/kg。焦炭主要由非揮發性碳與灰分組成，主要用作冶金工業的還原劑和燃料，也用于汽化過程的化工原料，只有次焦及碎焦才用作燃料。半焦強度差，易碎，殘余揮發分與雜質較多，主要用作燃料和汽化原料。

（3）生物型煤

它是在煤粉中添加有機物、脫硫劑等，將其混合后經高壓而制成具有易燃、脫硫效果顯著、高熱效率、未燃損失小等特點的型煤。煤可選擇無煙煤、褐煤等，有機物可用麥秸、稻草、玉米秸稈、鋸末等。添加有機物降低了生物型煤的燃點，而且燃后留下的空隙增加了空氣流通量，起到膨化助燃作用。生物型煤原料配比選擇對其性能的影響如表2-2所列。

表2-2　生物型煤原料配比選擇對其性能的影響

（4）生物基有機固體燃料

秸稈和谷殼等是農業生產的副產品。我國農作物秸稈資源豐富，如何變廢為寶，將其轉化為有用的能源，還需要進一步的研究。

近年來，生物質材料成形燃料技術得到了長足的發展，具有一定粒度的生物質原料，在一定壓力作用下（加熱或不加熱），可以制成棒狀、粒狀和塊狀等各種成形燃料。原料經擠壓成形后，密度可達1.1～1.4t/m³，能量密度與中質煤相當，燃燒特性明顯改善，火力持久，黑煙少，爐膛溫度高，而且便于儲存和運輸。目前生物質致密成型工藝從廣義上可劃分為常溫壓縮成型、熱壓成型和炭化成型三種主要形式。國內外幾種生物質致密成型設備的主要性能技術指標分別見表2-3與表2-4。

表2-3　國外部分生物質成形機主要性能指標

表2-4　國內幾種生物質致密成形設備主要性能技術指標

2.1.2　固體燃料的成分分析

2.1.2.1　固體燃料的成分

固體燃料可分為可燃成分和不可燃成分兩部分。可燃成分或粗略地分為揮發分和固定碳兩部分，或精細地按元素組成。不可燃成分包括水分和灰分。

（1）可燃元素

固體燃料的可燃成分包括揮發分與固定碳，因此習慣上以這兩部分的元素構成作為可燃元素。可燃元素有碳、氫、氧、氮、硫五種，其中碳和氫是主要的發熱元素，氧只是助燃，氮不參與燃燒，硫則是有害的雜質。

碳元素在煤中的含量隨煤化程度的提高而增加，氫元素含量則隨煤化程度的增加而減少。氧元素同氫相似，主要含于揮發分中，越“年輕”的煤中氧含量越多。氧不發熱，這樣就相應地降低了發熱元素的含量，并且還會使部分發熱元素氧化，所以氧含量越高，煤的發熱量就越低。另一方面，氧含量高的煤揮發分產率也高，因此氧含量高又對燃燒有利。作為工業用燃料，只要氧含量不是特別偏高的煤都可以應用。

氮在煤中多存在于復雜的有機化合物中，燃燒時呈氣態析出。氮含量很低（通常為1%～3%），原來人們并不將它作為有害成分，但隨著對氮氧化物污染的重視，氮含量的有害影響已引起人們注意，因此氮含量應以少為好。

硫在燃料中可分為有機硫和無機硫兩類，其和為全硫。無機硫又分為硫化鐵和硫酸鹽兩種，前者可燃，同有機硫合稱為可燃硫，后者不燃燒，僅存在于灰分中。可燃硫是主要的硫分，通常所說的含硫量即是指可燃硫，并常以全硫數據代替，誤差很小。

煤中含硫量一般在3%以下，其含量不多，害處卻很大。硫的燃燒產物二氧化硫是毒性氣體，既污染環境，危害農作物生長和人類健康，又污染被加熱物料，腐蝕燃燒設備。含硫多的煤不易保管，容易變質和自燃，所以硫是很有害的雜質，其含量越少越好。

①揮發分　將干燥的固體燃料在隔絕空氣的情況下加熱到高溫，逸出的氣態部分便是揮發分，亦稱揮發分產率，符號為“V”。揮發分產率一定程度上代表了煤化程度，是煤分類的重要指標。

揮發分主要含CH₄、H₂等可燃氣體和少量的O₂、N₂、CO₂等不可燃氣體。一般隨煤的炭化程度加深而減少，但揮發分的發熱量卻因其中可燃物質改變而有所提高。隨著固體燃料加熱溫度和持續時間的增加，揮發分的產量將增加，成分也發生變化，所以測定時必須說明當時的條件。

揮發分易燃，因此含揮發分高的煤容易點火，火焰長且持續時間較長，這種煤宜作火焰加熱爐燃料，燃燒效率也較高。

②固定碳　固體燃料干餾時留下的固態剩余物中除去灰分就是固定碳，以符號“C_GD”表示。在煙煤和無煙煤的可燃成分中，固定碳占有最大的質量比和最多部分的發熱量，是主要的發熱部分。

（2）不可燃部分

①水分　也稱全水分，用符號“W”表示。機械地浸附在燃料顆粒外表面及大毛細管內，可用風干方法除去的水分叫外在水分（W_WZ）；通過細毛細管吸附在燃料內部，需要加熱才能去除的水分叫內在水分（W_NZ）。外在水分與內在水分的和便是全水分。

煤的水分因煤種、開采方法而異，運輸、儲存等條件也影響煤的實際含水率。水分增多會使煤的可燃成分降低，從而既造成運輸能力的浪費，又使煤易于風化變質，所以水分是煤質與煤計價的一項重要指標。

②灰分　燃料燃燒后余下的固態殘留部分即為灰分，符號為“A”。它們中的一部分是在燃料形成過程中混雜進來的，另一部分是在燃料開采、運輸和儲存過程中帶進來的。灰分使可燃成分比率和燃燒溫度降低，是固體燃料質量分級的一項重要指標。

在燃煤裝置中，灰分的熔點對運行的經濟性和安全性有較大影響。如果灰分熔點過低，在燃燒過程中易產生裹灰，造成煤的不完全燃燒，并在爐排上結塊，影響通風，惡化燃燒，還給清灰除渣帶來困難。

我國煤的灰分一般在10%～30%。

2.1.2.2　固體燃料的成分表示方法

根據各種實際需要，固體燃料和液體燃料的元素分析采用以下幾種基準組成來表示。

（1）應用基組成

煤用C、H、O、N、S、灰分（A）、實際水分（W）七種組分的百分數表示時叫“應用基成分”，以上角標y表示。此時有：

C^y%+H^y%+O^y%+N^y%+S^y%+A^y%+W^y%=100%　　        

按應用基組成表示的燃料組成反映了燃料在實際應用時的成分，它相當于即將送入燃燒設備進行燃燒的燃料。這種狀態的燃料有時也稱為工作燃料（對固體燃料，或稱為原煤）。

燃料的燃燒計算，應按應用基組成來進行。

由前述可知，燃料中水分和灰分的含量常受外界條件的影響而波動，而燃料的元素組成卻是以其相對含量百分比來表示的，因此，當其中某一項含量發生改變時，則所有各項所占的百分比都要相應地改變，這樣在理論分析或實驗研究中引用燃料分析資料時就顯得不方便，此時應用基組成就不能正確地反映燃料的特性。因此就有所謂分析基、干燥基與可燃基等組成表示法。這些都是實驗室分析、進行燃料分類和研究燃料特性時所采用的。

（2）分析基組成

當煤樣在實驗室正常條件（即室溫20℃，相對濕度60%）下放置，煤樣會失去一些水分，留下的穩定的水分稱為實驗室正常條件下的空氣干燥水分，以該空氣干燥過的煤樣各組分的百分數表示煤的成分，稱為“分析基成分”，以上角標f表示。此時有：

C^f%+H^f%+O^f%+N^f%+S^f%+A^f%+W^f%=100%　　        

分析基組成之所以被采用是由于燃料的分析都是在試驗室進行的，但為了避免水分在分析過程中發生變動，燃料試樣必須先經過空氣風干，這樣一部分不很穩定的外在水分就先蒸發消失，余下的是穩定不變的內在水分。所以一般煤質分析資料和礦山所提供的煤質資料中的水分往往都是這種分析基水分。

（3）干燥基組成

但正如已提到的，煤中的含水率很容易受到溫度、運輸、貯存狀況變化的影響，所以應用基成分會隨水分的變動而改變，但此時煤的燃燒組成其實并沒有變化，這樣比較起來就不方便。為方便計，可以用不含水分的干燥的煤來表示各組分的百分數，稱為“干燥基成分”，以上角標g表示。此時有：

C^g%+H^g%+O^g%+N^g%+S^g%+A^g%=100%　　        

因為燃料中的灰分含量如同水分一樣易受外界因素的影響，變動較大，故若把水分和灰分這類不穩定性較大的成分去掉，不計在燃料的組成內，則可得到不受外界影響的可燃基組成。

（4）可燃基組成

煤中的灰分也是會變動的。為了更明確地說明煤的化學組成特點，可以只用C、H、O、N、S五種元素在可燃組成中的百分數來表示煤的成分，這叫“可燃基成分”，以上角標r表示。此時有：

C^r%+H^r%+O^r%+N^r%+S^r%=100%　　        

可燃基組成不受水分、灰分變化的影響，它能較真實地反映燃料的特性。一般同一礦井的煤的可燃基組成變化不大，至多隨著煤層的轉移有稍許的變化，因此以可燃基組成來表示燃料的元素組成是較為合理的。所有煤礦中的煤質資料都是以可燃基組成表示的，且可用它來判別煤種（如褐煤、煙煤和無煙煤）及其屬性。

各種表示方法同成分項目之間的關系如表2-5所列。

表2-5　燃料成分與計算基準的關系

　　上述各種成分的表示方法可以相互換算，換算系數如表2-6所列。

表2-6　燃料組成換算系數

2.1.2.3　固體燃料的工業分析

工業分析又稱實用分析或技術分析，主要用于測定固定碳、揮發分、灰分、水分、硫分和發熱量。一般將只作前四項分析的稱作半工業分析，六項全作的叫全工業分析。水分、灰分與揮發分等項目的測定方法由國家標準規定。對固定碳通常不直接測定，而以煤樣減水分、灰分和揮發分計算得出。

工業分析時各基準的項目成分含量（質量分數）之和應為100%。

2.1.2.4　固體燃料的元素分析

元素分析即指可燃基的元素含量的測量。在硫分已知后，通常只測定碳、氫、氮的含量，氧的含量由差減法求得。元素分析時各基準的項目元素含量之和應為100%。

各類煤的成分見表2-7。

表2-7　煤類燃料的成分（應用基）　　　　　　%

幾種固體有機燃料的成分見表2-8。

表2-8　幾種固體有機燃料的成分（應用基）　　　　　　%

　　部分農業和木材垃圾的工業分析和元素分析見表2-9。

表2-9　部分農業和木材垃圾的工業分析和元素分析的主要數據

2.1.2.5　煤的化學組成

固體燃料主要指煤。煤是由極其復雜的有機化合物組成的。一般由煤的C、H、O、N、S各元素的分析值及水分、灰分的百分含量來表達煤的化學組成。

（1）碳

碳是煤中的主要可燃元素。隨著煤的形成年代的增長，由于一些不穩定的成分逐漸析出，碳的含量將逐步增高，這一過程稱為煤的碳化過程。碳化程度低的泥煤含碳量為60%～70%，碳化程度高的無煙煤可達90%～98%。煤的可燃質中含碳量大致如下：

煤中的碳是以與氫、氧化合成有機化合物狀態存在的。在碳化程度高的煤中也可能存在結晶狀態的碳。碳是一種較難燃燒的元素，碳化程度高的煤著火與燃燒均較困難。

（2）氫

氫也是煤的主要可燃元素，煤中含氫量為2%～6%。在可燃質中含碳量為85%時，有效氫含量最高，約為5%。在此之后氫含量又隨碳化程度提高而減少。氫在煤中以兩種形式存在，一種是與碳、硫等化合為各種可燃有機化合物，稱為有效氫，也稱自由氫，這些可燃有機化合物在煤受熱時易裂解析出，且易于著火燃燒，并放出熱量。另一種是和氧結合在一起的，叫化合氫，它不能放出熱量。在計算發熱量和理論空氣需要量時，以有效氫為準。

含氫量高的煤種燃燒時易生成帶黑頭的火焰，即燃燒時易生成炭黑。此外含氫量高的煤種在儲存時易風化而失去部分可燃物質，故在儲存與使用時都應加以注意。

（3）氧和氮

煤中的氧和氮都是不可燃成分。氧在煤中是一種有害物質，氧和碳、氫等結合生成氧化物而使碳、氫失去燃燒的可能性。可燃物質中碳含量越高，氧含量越少。

一般情況下氮不能參加燃燒，也不會氧化，而是以自由狀態轉入燃燒產物。但在高溫下或有催化劑存在時，部分氮可和氧形成NO_x而污染大氣。煤中含氮0.5%～2%。

（4）硫

硫是燃料中最有害的可燃元素。硫在燃燒后會生成SO₂和SO₃氣體，這些氣體會與燃燒產物中的水蒸氣結合，形成對燃燒裝置金屬表面有嚴重腐蝕作用的亞硫酸和硫酸蒸氣。SO₂與SO₃排入大氣還會嚴重污染大氣。發電廠的排氣中含有硫化物，出于環境保護的需要，應加設除硫裝置，但這會使發電廠的設備費用增加20%左右。所以煤中的硫是合理干凈地使用煤的大問題。我國煤的硫含量為0.5%～3%，亦有少數煤超過3%。

硫在煤中有三種存在形式：①有機硫，來自母體植物，與煤呈化合態均勻分布；②黃鐵礦硫，以FeS₂形式存在；③硫酸鹽硫，以CaSO₄·2H₂O和FeSO₄等形式存在于灰分中。

（5）灰分

灰分是指煤中所含礦物質（硫酸鹽、黏土礦物質及稀土元素）在燃燒過程中高溫分解和氧化后生成的固體殘留物。大體上灰分的成分為SiO₂：40%～60%；Al₂O₃：15%～35%；Fe₂O₃：5%～25%；CaO：1%～1.5%；MgO：0.5%～8%；Na₂O+K₂O：1%～4%。煤中灰分是一種有害成分。對工業鍋爐來說，灰分高的煤熱值低，不好燒，給設備維護帶來困難。對燃氣輪機用煤，更是要求灰分非常低。灰分給渦輪葉片帶來腐蝕、沉積、侵蝕。現在國際上已經研究出可將煤中灰分精洗到1%以下供燃氣輪機使用，但價格很貴，難以工業化。煤中的灰分可分為兩種：一種是煤化過程中由土壤等外界帶入的礦物質，稱為外來灰分。這種灰分可以用浮選等物理選礦方法來清除。一般工業用的洗凈煤含灰量在8%左右。特別仔細的物理洗煤技術可將煤中灰分洗到3%左右。再要降低灰分就得用化學方法了。另一種灰分是原來成煤植物中固有的，稱之為內在灰分。減少內在灰分必須將煤磨細后，用化學液體（如氫氟酸）去與灰分作用，然后再用堿液洗掉酸，最后用水洗。這一過程成本昂貴，對環境污染嚴重。

在工業上解決灰分的方法大體是：①在入爐前減少煤中灰分，即采取洗煤措施。除了燃氣輪機要求非常高外，煉焦用煤規定入爐前煤中灰分不超過10%。②在燃燒過程中排渣（液體排渣）或在燃燒之后的排氣中除灰（固體除塵）。為了達到液體排渣或固體除塵，都要知道灰分的熔點。要液體排渣的，希望灰分熔化造渣。相反，不是液體排渣的，希望灰分不熔化，這時灰分熔點不能太低，以免引起熔化結渣，阻礙流路，破壞爐體。燃燒排氣除塵可以采用旋風分離器或布袋除塵器。

灰分在低溫下呈固體狀態，當加熱到一定溫度時，灰分將會軟化并帶有黏性，再繼續加熱將達到灰分熔點，這時灰分將呈流體狀態。在燃煤裝置中，灰分的熔點對運行的經濟性與安全性有很大影響，如灰分熔點過低，則灰分易產生裹灰（熔化的灰分包在尚未燒透的焦炭之外），造成煤的不完全燃燒，并在爐柵結塊，影響通風，惡化燃燒，還給清灰除渣帶來困難。所以一般要求灰分的熔點不低于1200℃，在設計燃燒裝置時必須要考慮灰分的熔點。

灰分熔點與灰分的組成及爐內的氣氛有關，在1000～1500℃之間。用于燃燒的煤（除液體排渣外）大多希望高熔點灰分。大體上熔點在1093℃以下的為低熔點，在1316℃以上者為高熔點灰分。灰分的組成對熔點影響極大。一般來說，含硅酸鹽（SiO₂）和氧化鋁（Al₂O₃）等酸性成分多的灰分，熔點較高。含氧化鐵、鈣、鎂、鉀等堿性成分多的灰分，熔點較低。灰分在還原性氣氛中的熔點比氧化性氣氛中的低。灰分的熔點、組成對燃燒裝置（如鍋爐排管）上的沉積和腐蝕有很大關系，煤中含堿金屬及堿金屬氯化物的腐蝕嚴重。

（6）水分

水分是燃料中無用的成分。煤中水分包括兩部分：①外部水分或濕成分。這是機械地附著在煤表面的水分，它與大氣溫度有關。把煤磨碎后在大氣中自然干燥到風干狀態，這部分水分就可除去。外部水分隨運輸和儲存條件的變動很大。②內在水分。這是煤達到風干狀態后所殘留的水分，它包括被煤吸收并均勻分布在可燃質中的化學吸附水和存在于礦物質中的結晶水。內在水分只有在高溫分解時才能除掉。通常作分析計算和燃燒評價時所說的水分就是指這部分水。

煤的成分通常用各組分的質量百分數表示。由于燃料中水分和灰分常受季節、運輸和貯存等外界條件變動的影響，數值會有很大的波動。同一種燃料由于取樣時條件不同，或者在同一實驗條件下由于所采用的分析基準不一樣，所得結果亦會不相同。所以固體燃料和液體燃料的元素分析值都必須標明所采用的基準，否則就毫無意義。

2.1.3　固體燃料的特性

2.1.3.1　煤的特性

（1）煤的氧化與自燃

煤在同空氣接觸時會吸附氧氣從而進行緩慢的氧化，若存在較多的水分和硫化鐵，則會加速這種反應。氧化產生熱量，煤堆如散熱不好，內部溫度就會增高并達到著火溫度，這時煤就會燃燒，這種現象稱為煤的“自燃”。為了避免煤堆自燃，要特別注意煤的堆放方式和對煤的管理。

圖2-1所示為煤的揮發分與固定碳和煤的碳化程度的關系。可以看出，隨著煤的碳化程度的提高，煤中的固定碳含量增多，揮發分減小，因而其著火點提高。因此，對于碳化程度不夠的泥煤、褐煤等，在堆放過程中尤其要注意避免自燃的發生。

圖2-1　揮發分與固定碳和煤的碳化程度的關系

煤在存放過程中即使不發生自燃，長期的緩慢氧化也會產生重要影響，如煙煤存放一年后，其發熱量可降低1%～5%，有的達10%，結焦性和焦油產率也相應降低，所以煤不宜存放過久，長期存放時應采取防氧化措施。

（2）煤的發熱量

發熱量大小是評價煤好壞的一個重要指標，也是計算燃燒溫度和燃料消耗量的依據。

1kg煤完全燃燒后所放出的燃燒熱叫做發熱量，單位為kJ/kg。通常用的是低熱值，即不包括水蒸氣凝結成水時的冷凝熱。發熱量可以用氧彈式量熱計直接測定，也可以根據元素分析值近似計算。

　　        

煤的發熱量與碳化程度有一定關系，隨著碳化程度的提高，發熱量不斷增大，當碳含量達到87%時，發熱量達到最大值，以后則開始下降。所以煤的發熱量大小通常作為煤分類的依據。

（3）煤的黏結性

煤的黏結性是指粉碎后的煤在隔絕空氣情況下加熱到一定溫度時，煤的顆粒相互黏結形成焦塊的性質。這種黏結是高溫下熱分解析出膠凝性物質的結果。這種膠凝性物質主要是瀝青質，煙煤中含量較多。

黏結性不僅影響選擇煤種是否可以煉焦，對于煤的氣化和燃燒性也有很大影響。例如強黏結性的煤氣化和燃燒時，容易形成大塊，嚴重影響氣流的均勻分布。

含瀝青質的煤干餾加熱至一定溫度時，受熱表面會逐層分解，形成膠體狀態，再逐漸轉變為焦炭。這種不斷形成的膠質層的厚度就稱為膠質層厚度（通常取最大厚度）。厚度值越大，黏結性越高。

在實驗室條件下用坩堝法測定揮發分之后，對所形成的焦塊根據外形分為八個等級，稱為黏結序數，以此來評定黏結性的強弱。各黏結序數的代表特征如下。

①粉狀　焦炭殘留物全部為粉狀，沒有互相黏著的顆粒。

②黏結　焦炭殘留物黏著，以手輕壓即成粉狀。

③弱黏結　焦炭殘留物黏結，以手輕壓即碎成小塊。

④不熔融黏結　用手指用力壓才成小塊。

⑤不膨脹熔融黏結　焦炭殘留物呈扁平的餅狀，表面有銀白色金屬光澤，煤粒界限不易分清。

⑥微膨脹熔融黏結　焦炭殘留物用手指壓不碎，表面有銀白色金屬光澤和較小的膨脹泡。

⑦膨脹熔融黏結　焦炭殘留物表面有銀白色金屬光澤，明顯膨脹，但高度不超過15mm。　

⑧強膨脹熔融黏結　焦炭殘留物表面有銀白色金屬光澤，明顯膨脹，高度超過15mm。

（4）煤的結焦性

煤的結焦性是指煤粒在隔絕空氣受熱后能否生成優質焦炭的性質。結焦性同黏結性既有聯系又有區別。一般來說，結焦性好的自然黏結性好，但黏結性好的煤不一定結焦性就好。如有的煤黏結性好，能結焦，但焦炭裂縫多、強度差，其結焦性并不好。

（5）煤的灰分軟化溫度和結渣性

灰分是多種無機礦物質的混合物，受熱會軟化和熔融為液態。不同的灰分，其軟化溫度和熔點不同。軟化溫度和熔點低的灰分可能在燃燒室內呈黏稠或熔融狀，從而阻礙空氣流通，影響燃燒或汽化的正常進行。

通常將灰渣開始變軟的溫度稱為變形溫度，完全軟化的溫度稱為軟化溫度，熔融呈流體狀的溫度稱為熔化溫度。軟化溫度同熔點有一定關系。根據灰分軟化溫度的高低，可將灰分分為易熔（熔點小于1100℃）、低熔（熔點在1100～1250℃）、高熔（熔點在1250～1500℃之間）和難熔（熔點大于1500℃）四種。我國煤的灰分軟化溫度在1100～1700℃之間。

煤的結渣性是指煤在燃燒或氣化過程中灰渣是否容易結塊的性質。結渣性的強弱以結渣率表示，結渣率大的不利于燃燒及氣化的進行。

結渣性同灰分含量、灰分軟化溫度、硫含量和碳酸鹽含量等有關。灰分重、熔點低、硫和碳酸鹽含量高的就容易結渣。從燃燒角度來選擇燃料時，應綜合考慮結渣性與灰分軟化溫度的影響。

（6）煤的流散性和堆積角

流散性是指固體燃料粒、塊之間在重力作用下彼此的相對移動性，它主要取決于顆粒之間的摩擦力與附著力。流散性大的煤不易堆積，會像流體似的向四周流散，堆積角度小；流散性小的煤就容易堆積，堆積角大。當煤堆的堆積角等于或大于90°時，可認為失去了流散性。因此，堆積角在一定程度上反映了流散性的大小。煤所吸附的機械水分增多會使流散性惡化，達到極限水分時流散性就會消失。

煤的流散性變差會給輸送、裝卸等造成困難。燃燒工作中可利用堆積角大致估計煤的含水率。

（7）煤的可磨性

煤的可磨性是指煤粉碎的難易程度，是制備煤粉應了解的一種性質。我國煙煤、無煙煤的可磨性以哈氏可磨指數表示。其測定方法是：先將煤破碎、篩分，制取粒度為0.63～1.25mm的煤樣50g（±0.01g），在哈氏可磨性實驗儀上研磨，然后再篩分、稱量，并按規定公式計算哈氏可磨指數。該指數越高則可磨性越好。

（8）煤的燃燒特性

通過煤的工業分析雖然可以大致了解一些煤的燃燒特性，但為了更合理利用燃料，還需進一步了解煤的燃燒特性。近年來通過大量研究提出了一些可以更直接反映煤燃燒特性的指標，其中主要有以下幾種。

①煤的燃燒圖　所謂煤的燃燒圖，是指測定煤樣在一定的條件下（諸如升溫速率、試樣顆粒大小、試樣質量、空氣供應量等），煤樣的燃燒速率（以失重率dW/dτ表示）隨溫度變化的曲線。這種曲線是利用“熱天平”儀器測出的，在儀器中可以精確的設置實驗條件并測出煤樣失重率。

通過煤的燃燒圖可以對煤的著火和燃燒過程進行綜合評價，并可比較不同煤種的燃燒。研究表明，如煤的燃燒圖相似，則在爐中的燃燒情況也基本相似。

②反應指數　反應指數是指煤樣在氧中加熱時，當升溫速率達到15℃/min時所需的加熱溫度，以T₁₅表示。T₁₅數值越高，則表明該煤越難著火燃燒。顯然煤的揮發分越低，則T₁₅數值越高，但不同煤種揮發分的影響程度有差異，故用T₁₅判斷煤的著火燃燒特性比用揮發分判斷更為直接和準確。

③熄火溫度　熄火溫度是指將煤加熱至著火點，然后停止加熱測出的煤熄火溫度。煤的揮發分越高，則著火燃燒后的釋熱量也越高，燃燒穩定性也就越高（即不易熄火），其相應的熄火溫度就越低。故根據熄火溫度的高低，可判斷不同煤種著火后的燃燒穩定性，這也是一種說明煤燃燒特性的指標。

2.1.3.2　生物質固體燃料的特性

生物質固體燃料（包括秸稈、稻殼等有機廢料）基本上由有機物組成，其主要成分是粗纖維（包括纖維素、半纖維素和木質素），還有少量的蛋白質、糖類和脂類物質，因此燃燒著火點低。

秸稈密度小，體積大，如谷子秸稈的密度為185kg/m³，稻草的密度為59.3～59.6kg/m³，稻殼的密度為100kg/m³，搗實后為160kg/m³，而無煙煤的密度為1500kg/m³。因此燃料熱值低，運輸和堆放都比較困難，而且要考慮進料機構及爐膛的結構，以適應其特殊要求。

生物質固體燃料中含水率大，而且成分復雜，變化大，隨機性大，不同品種、不同地區、不同季節的秸稈成分不會完全一致，這就給燃燒裝置的適應性提出了更高的要求。

此外，原料比較分散，而且不均衡。雖然全國的秸稈產量非常大，但各地區分布很不均衡，如有的地區有稻草，有的地區有玉米秸稈。

另外，秸稈的季節性很強，糧食收獲季節，秸稈集中生產出來，數量大，濕度也大，無處堆放。

因為生物質固體燃料多數是工農業生產中產生的有機廢料，因此價格低廉，如稻殼的價格僅為煤的1/6、柴油的1/20，而稻殼的熱值則是煤的1/2、柴油的1/3。

生物質固體燃料供應的有限性及其分布散、體積大、運輸費用高等特點決定了生物質利用系統不宜大型化。另外，有些生物質燃料帶有異味，它們的收集、運輸會受到較大的社會壓力，宜就地處理。

和煤炭相比，生物質固體燃料的揮發分含量要高得多，材料中焦炭的燃燒著火很大程度上是依靠揮發分燃燒放出的熱量來實現的，這與煤粒的著火有很大區別。研究表明，生物質材料的揮發分析出迅速猛烈，而且在揮發分幾乎燃燒完全后焦炭才開始燃燒。

值得注意的是，生物質固體燃料在燃燒過程中可能發生燒結現象，影響燃燒裝置的正常運行。燒結與溫度、風速和氣氛有關，但溫度是影響燒結的最主要因素。稻草、玉米秸稈、高粱稈、玉米芯的燒結溫度分別為680℃、740℃、680℃、790～815℃。