2.7　燃料

烧结厂和球团厂所用的燃料有气体、液体和固体。对它们的要求总的原则是价廉质优，来源广泛，易于调节，发热值高，有害杂质（硫、挥发分、酸性脉石等）含量少。因为燃料带入较高灰分而引起焙烧设备结圈结块的问题，已成为制约球团焙烧设备大型化的障碍之一。球团用煤的质量要求见表2-7。

2.7.1　煤

2.7.1.1　煤的水分

（1）外在水分　外在水分（Wwz）是指煤在开采、运输和洗选过程中润湿在煤的外表以及大毛细孔（直径>10-5cm）中的水。它以机械方式与煤相连接着，较易蒸发，其蒸气压与纯水的蒸气压相等，在空气中放置时，外在水分不断蒸发，直至煤中水分的蒸气压与空气的相对湿度达到平衡时为止，此时失去的水分就是外在水分。含有外在水分的煤称为应用煤，失去外在水分的煤称为风干煤。外在水分的多少与煤粒度等有关，而与煤质无直接关系。

（2）内在水分　吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔（直径<10-5cm）中的水，称为内在水分（Wnz）。内在水分指将风干煤加热到105～110℃时所失去的水分，它主要以物理化学方式（吸附等）与煤相连接，较难蒸发，故蒸气压小于纯水的蒸气压。失去内在水分的煤称为绝对干燥或干煤。

2.7.1.2　煤的灰分

（1）灰分的来源和种类　煤灰几乎全部来源于煤中的矿物质，但煤在燃烧时，矿物质大部分被氧化，分解，并失去结晶水，因此，煤灰的组成和含量与煤中矿物质的组成和含量差别很大。我们一般说的煤的灰分实际上就是煤灰产率，煤中矿物质和灰分的来源，一般可分三种：

①原生矿物质　它是原来存在于成煤植物中的矿物质，物质紧密地结合在一起，极难用机械的方法将其分开。它燃烧后形成母体灰分，这部分数量很小。

②次生矿物质　当死亡植质堆积和菌解时，由风和水带来的细黏土、砂粒或由水中钙、镁、铁等离子生成的腐殖酸盐及FeS2等混入而成，在煤中成包裹体存在。用显微镜观察煤的光片或薄片时，它们均匀分布在煤中，并且颗粒很细，则很难与煤分离；如它们颗粒较大，密度差别很大，并在煤中分布不均，则把煤破碎后尚可能将它们洗选掉。

煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质，来自于内在矿物质的灰分，称为内在灰分。一般次生矿物质在煤中的含量也不多，仅有少数煤层中次生矿物质较多，如迁移堆积形成的煤层即如此。

③外来矿物质　这种矿物质原来不含于煤层中，它是由在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。

灰分的测定：称取一定量的空气干燥煤样，放入马弗炉中，以一定的速度加热到（815±10）℃，灰化并灼烧到质量恒定。以残留物的质量占煤样质量的百分数作为煤样的灰分。

（2）煤灰熔融性　煤灰熔融性和煤灰黏度是动力用煤的重要指标。煤灰熔融性习惯上称作煤灰熔点，但严格来讲这是不确切的，因为煤灰是多种矿物质组成的混合物，这种混合物并没有一个固定的熔点，而仅有一个熔化温度的范围，开始熔化的温度远比其中任一组分纯净矿物质熔点为低。这些组分在一定温度下还会形成一种共熔体，这种共熔体在熔化状态时，有熔解煤灰中其他高熔点物质的性能，从而改变了熔体的成分及其熔化温度。

煤灰的熔融性和煤灰的利用取决于煤灰的组成。煤灰成分十分复杂，主要有SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，SO3等，如下所示：

我国煤灰成分的分析：

大量试验资料表明：SiO2含量在45%～60%时，灰熔点随SiO2含量增加而降低；SiO2在其含量<45%或>60%时，与灰熔点的关系不够明显。Al2O3在煤灰中始终起增高灰熔点的作用。煤灰中Al2O3的含量超过期30%时，灰熔点在1500℃。灰成分中Fe2O3，CaO，MgO均为较易熔组分，这些组分含量越高，灰熔点就越低。灰熔点也可根据其组成用经验公式进行计算。

2.7.1.3　煤的挥发分和固定碳

煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态（此时为蒸气状态）和气态产物，这些产物称为挥发物。挥发物占煤样质量的分数称为挥发分产率或简称为挥发分。挥发分主要是煤中所含的水、二氧化碳、氟、氯、硼、硫等物质热分解的产物，评价煤质时为了排除水分、灰分变化的影响，须将分析煤样挥发分换算为以可燃物为基准的挥发分，以符号Vr表示。换算分式为：

Vr=Vf×100/（100-Wf-Af）

式中　Vr——可燃基（无水无灰基）挥发分，%；

Vf——分析基挥发分，%；

Wf——分析煤样水分，%；

Af——分析煤样灰分，%。

挥发分随煤化程度升高而降低的规律性十分明显，可以初步估计煤的种类和化学工艺性质，而且挥发分的测定简单、快速。几乎世界各国都采用可燃基挥发分（Vr）作为煤炭工业煤分类的第一分类指标。挥发分高可以说明煤里含的可燃气体和液体多少。

根据煤中含有的挥发性成分多少来分类，可以分为：

①贫煤，无烟煤（含挥发分低于12%）；

②瘦煤（含挥发分为12%～18%）；

③焦煤（含挥发分为18%～26%）；

④肥煤（含挥发分为26%～35%）；

⑤气煤（含挥发分为35%～44%）；

⑥长焰煤（含挥发分超过42%）。

挥发分的分析结果常受煤中矿物质的影响。所以当煤中碳酸盐含量较高时，矿物质在高温下分解出来CO2，结合水等也包括在挥发分内。所以当煤中碳酸盐含量较高，分解出来的CO2产率大于2%时，需要对煤的挥发分进行校正。也可在测定挥发分之前，用盐酸处理分析煤样，使煤中碳酸盐事先分解。在我国大多数煤中，黏土矿物，高岭土在560℃析出的结合水也算入挥发分，因此黏土矿物含量高的煤所测出的挥发分通常偏高。

称取一定量的空气干燥煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在（900±10）℃下，隔绝空气加热7min。以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样的水分含量作为煤样的挥发分。

固定碳就是测定挥发分后残留下来的机物质的产率，可按下式算出：Cgd=100%-（Wf+Af+Vf）。

根据挥发分测定后的焦渣可知，泥炭、褐煤、烟煤中长焰煤、贫煤及无烟煤没有粘结性；烟煤中气煤、肥煤、焦煤、瘦煤都有粘结性，可作为炼焦煤，而其中肥煤和焦煤没有粘结性最好，其坩埚焦熔融，粘结良好且具有膨胀性。

在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55%～62%；成为褐煤以后碳含量就增加到60%～76.5%；烟煤的碳含量为77%～92.7%；一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98%。个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90%以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95%～98%。

根据碳含量的多少，可以把煤分为如下几类：无烟煤（含碳95%左右）、烟煤（含碳70%～80%）、褐煤（含碳50%～70%）、泥煤（含碳50%～60%）。煤的碳含量越高，燃烧热值也越高，质量越好。

褐煤又名柴煤，它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、密度小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，由于它富含挥发分，所以易于燃烧并冒烟，含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料。

烟煤：该种煤含碳量为75%～90%，不含游离的腐殖酸，大多数具有粘结性；发热量较高，燃烧时火焰长而多烟，多数能结焦，挥发物为10%～40%。相对密度1.25～1.35，热值为27170～37200kJ/kg（6500～8900kcal/kg）。

挥发分含量中等的称作中烟煤；较低的称作次烟煤。烟煤燃烧时火焰较长而多烟，煤化程度较大，外观呈灰黑色至黑色，粉末从棕色到黑色。

根据挥发分含量、胶质层厚度或工艺性质，可分为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤等。

肥煤：具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分，加热时能产生大量的胶质体，形成大于25mm的胶质层，结焦性最强。用这种煤来炼焦，可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小块。由于粘结性强，因此，它是配煤炼焦中的主要成分。

焦煤：具有中低等挥发分和中高等粘结性，加热时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，故一般都作为炼焦配煤使用。

瘦煤：具有较低挥发分和中等粘结性。单独炼焦时，能形成块度大、裂纹少，抗碎强度较好，但耐磨性较差的焦炭。因此，用它加入配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。

贫瘦：煤挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料。

贫煤：具有一定的挥发分，加热时不产生胶质体，没有粘结性或只有微弱的粘结性，燃烧火焰短，炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区，也可充当配煤炼焦的瘦化剂。

无烟煤：含碳量为95%左右，它是煤化程度最高的煤。挥发分低、密度大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强，通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料，以及用于制造电石、电极和碳素材料等。

2.7.2　焦炭

烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950～1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。

冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。铸造焦是专用于化铁炉熔铁的焦炭。铸造焦是化铁炉熔铁的主要燃料，其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。

焦炭的工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、硫分、磷分等；焦炭的热性质：高温转鼓、焦炭的CO2反应性。不同用户对焦炭块度有不同的要求。

60～80mm：用于铸造；

40～60mm：用于大型高炉；

25～40mm：用于高炉、耐火竖窑；

10～25mm：用于小高炉、发生炉等；

5～10mm：用于铁合金；

0～5mm：用于烧结。

为适应不同用户要求，必须将焦炭通过筛分进行分级。

2.7.3　气体燃料

（1）焦炉煤气　经清洗过滤后的焦炉煤气，其焦油含量为0.005～0.02g/m3（煤气温度为25～30℃时），干煤气的发热值为4000～4200kcal/m3。

（2）高炉煤气　高炉煤气是炼铁过程的副产品，含有大量的氮、二氧化碳等惰性气体（占63%～70%），因此，它的发热值不高，一般为850～1100kcal/m3。一般要求高炉煤气的含尘量不大于30mg/m3，煤气温度在40℃以下。煤气压力取决于高炉构造特点及其操作制度，在一般情况下，输送到球团厂的煤气压力在250～300mmH2O（1mm H2O=9.80665Pa）。

（3）混合煤气　混合煤气一般由焦炉煤气和高炉煤气混合组成。它的发热值取决于高、焦炉煤气混合比例，一般在1200～3000kcal/m3范围内。

（4）天然气　天然气是一种发热值很高的气体燃料，它的主要可燃物质是甲烷（CH4），含量达90%以上，发热值为8000～9000kcal/m3。

石油液化气发热量为92100～121400kJ/m3。

高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气是炼钢、炼铁和炼焦生产中的副产品，每生产1t生铁可产生2100～2200m3高炉煤气；每炼1t钢可产生50～70m3转炉煤气；每炼1t焦炭可产生300～320m3焦炉煤气。

（5）标煤　标煤是标准煤（standard coal）的简称，由于各种燃料燃烧时释放能量存在差异，国际上为了使用方便，统一标准，在进行能源数量、质量的比较时，将煤炭、石油、天然气等都按一定的比例统一换算成标准煤来表示（1kg标准煤的热值为29270kJ，即每千克标准煤热值为29270000J）。

标煤换算：

1t原油=1.43t标准煤

1000m3天然气=1.33t标准煤

1t原煤=0.714t标准煤

2.7.4　液体燃料

常用的液体燃料为重油，是石油加工后的一种残油，呈暗黑色，密度为0.9～0.96cm3/g，具有发热值高（大于9000 kcal/kg）、黏性大等特点。

重油作为燃料有运输便利、使用安全等优点，但需一套供油系统，与气体燃料比较，操作管理较不方便。

重油的黏度对油泵、喷油嘴的工作效率和耗油量都有影响。黏度太大，则油泵及喷嘴的效率低，喷出油的速度慢，雾化不良，燃烧不完全，影响喷嘴使用寿命，增加油的消耗量。重油黏度随温度升高而降低，加热温度一般在60～90℃，即黏度在7～10°E之间。

存在于重油中的硫，主要以有机硫化物的形态存在，如硫醇、硫醚、二硫化物等。这些硫化物气体在点火时，会残留于球团矿内，影响球团矿的质量，故重油中的含硫量越低越好。