2.1　固体燃料的种类和性质

2.1.1　固体燃料的种类

天然的固体燃料有各种煤、可燃页岩、木材、秸秆、谷壳以及各种植物的茎、叶等。人造固体燃料主要是煤和木柴加工后制得的焦炭、半焦与木炭。这些固态可燃物中，广泛用作工业燃料的只有煤和焦炭（包括半焦），近年来由于环保意识的增强，生物质固体燃料正在大力推广。

（1）煤

固体燃料主要指煤。煤是埋藏于地层内已炭化的可燃物。它作为燃料比较便宜，而且我国的储藏量巨大，因此在煤源丰富及运输方便的地区均以煤作为主要燃料，是使用最广泛的一种固体燃料。

煤是棕色至黑色的可燃烧的类似岩石的固体，它由植物经过物理和化学的演变和沉积而成。最初这些植物的沉积常常是在沼泽地或潮湿的环境中进行，并逐渐腐烂风化形成泥浆或泥煤。泥煤就是煤的前身，泥煤经过埋藏沉积以及随后的地质过程，包括压力及温度增高，演变成煤。在煤化过程的不同阶段，除泥煤外，煤可分为褐煤、烟煤（包括高、中、低挥发分）以及无烟煤（包括半无烟煤、无烟煤、高碳化无烟煤或石墨煤）。

①泥煤是最年轻的煤，也是由植物刚刚变过来的煤，其炭化程度最低，在结构上它还保留有植物遗体的痕迹。泥煤多是由沼泽地带的植物沉积在空气量不足和存在大量水分的条件下生成的，其含水率高达80%～90%，因而泥煤质地疏松，吸水性强，需进行露天干燥以后才可用于燃烧。

风干后的泥煤仍含有30%～40%的水分，灰分在干燥基中约占10%，体积密度为300～400kg/m³，低位发热量为8000～10000kJ/kg，可燃基中碳元素占55%～60%，氢占6%左右，硫通常不超过0.5%，其余为氧和氮。在化学组成上与其他煤种相比，泥煤含氧量最高，达28%～30%，含碳量较低。

使用上泥煤挥发分高，可燃性好，反应性高。它含硫低，机械性差，灰分熔点很低。工业上泥煤用于烧锅炉和作气化原料，但其工业价值不大，不能远途运输，只能作地方性燃料使用。

②褐煤是泥煤经过进一步炭化后生成的，是植物炭化的第二期产物，但煤化程度仍较低，其颜色一般为褐色或暗褐色，无光泽，含木质结构。由于能将热碱水染成褐色，因而得名“褐煤”。

褐煤在性质上与泥煤有很大的不同。它的密度较泥煤的大，体积密度为750～800kg/m³。新开采的褐煤含水率在35%～50%，可燃基中含碳65%～78%，氢4.5%～6.5%，氧15%～25%，其余为氮和硫，挥发分在40%以上。灰分在干燥基中的含量为11%～33%。应用基低位发热量通常只有12545～16726kJ/kg。

褐煤挥发物析出温度较低，因此易于着火燃烧，在空气中自燃着火温度为250～450℃。褐煤由于灰分熔点低，燃烧时易结渣，因此需采用低温燃烧等技术措施。褐煤可用作工业或生活燃料，也可作用汽化与低温干馏用原料，但由于其在空气中易生化和破碎，只能作地方性燃料，多被就近利用。

③烟煤是一种煤化程度较高的煤种，其中已完全看不见木质构造。其外观为黑色或灰黑色，有沥青似的光泽。烟煤质地较硬，有较高的硬度，燃烧时出现红黄色火焰和棕青色浓烟，带有沥青气味。

与褐煤相比，烟煤的含水率进一步减少（内在水分在10%以下），氧和挥发分也减少，碳分与发热量则增加。其可燃性碳含量为80%～90%，氢4%～4.6%，含氧率一般在3%～15%之间，氮与硫含量同褐煤的相近，挥发分为10%～40%，应用基烟煤低位发热量在20908～33453kJ/kg之间。供应状态的烟煤原料一般含内在水分2%～5%，灰分在20%～30%。

烟煤较易着火，自燃着火温度为400～500℃。烟煤的最大特点是具有黏结性，这是其他固体燃料所没有的，因此是炼焦的主要原料。当然对炼焦的煤要有一定的选择，并非所有的烟煤都具有黏结性，也不是所有有黏结性的煤都适合于炼焦。我国根据煤的黏结性及挥发性大小等物理化学性质进一步把煤分为长烟煤、气煤、肥煤、结焦煤、瘦煤等不同的品种。其中长烟煤和气煤挥发分含量高，容易燃烧和适合于制造煤气。结焦煤具有良好的结焦性，适合于生产冶金焦炭。

④无烟煤也称“白煤”，是煤化程度最高的煤，也是年龄最老的煤，其特点是色黑质坚，有半金属似的光泽。它是由烟煤在炭化过程中进一步逸出挥发分与水分，相应增高碳分而形成的。可燃基中碳分一般高达90%以上（90%～97%），氢与氧均占1%～4%，挥发分在10%以下。无烟煤的内在水分多在3%以下，灰分同烟煤的相近，低位发热量在33453kJ/kg左右（可燃基）。

无烟煤挥发分不仅析出温度高，而且量少，因此着火困难并较难燃尽。无烟煤无结焦性，焦炭呈粉状，灰分量少但熔点低。无烟煤燃烧时几乎不产生煤烟，火焰很弱或无火焰，不黏结，自燃着火温度在700℃左右。同时，由于无烟煤组织密实、坚硬、吸水性小，适合于远途运输、长期贮存，因此，无烟煤通常用作动力和生活用燃料，也用于制取化工用气。

（2）焦炭

一般所说的焦炭包括焦炭和半焦，皆为烟煤经干馏后的制得物。干馏是将天然固体燃料在隔绝空气的情况下加热至一定温度的一种热化学加工方法，有高温干馏和低温干馏之分。烟煤经高温干馏（900～1100℃）得到的固态产物即为焦炭（同时还制得焦炉煤气和高温煤焦油），经低温干馏（500～550℃）则得到半焦（同时还得到半焦煤气与低温煤焦油）。

焦炭为多孔块状，呈银灰色或无光泽灰黑色，低位发热量为5400～6500kJ/kg。焦炭主要由非挥发性碳与灰分组成，主要用作冶金工业的还原剂和燃料，也用于汽化过程的化工原料，只有次焦及碎焦才用作燃料。半焦强度差，易碎，残余挥发分与杂质较多，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机物、脱硫剂等，将其混合后经高压而制成具有易燃、脱硫效果显著、高热效率、未燃损失小等特点的型煤。煤可选择无烟煤、褐煤等，有机物可用麦秸、稻草、玉米秸秆、锯末等。添加有机物降低了生物型煤的燃点，而且燃后留下的空隙增加了空气流通量，起到膨化助燃作用。生物型煤原料配比选择对其性能的影响如表2-2所列。

表2-2　生物型煤原料配比选择对其性能的影响

（4）生物基有机固体燃料

秸秆和谷壳等是农业生产的副产品。我国农作物秸秆资源丰富，如何变废为宝，将其转化为有用的能源，还需要进一步的研究。

近年来，生物质材料成形燃料技术得到了长足的发展，具有一定粒度的生物质原料，在一定压力作用下（加热或不加热），可以制成棒状、粒状和块状等各种成形燃料。原料经挤压成形后，密度可达1.1～1.4t/m³，能量密度与中质煤相当，燃烧特性明显改善，火力持久，黑烟少，炉膛温度高，而且便于储存和运输。目前生物质致密成型工艺从广义上可划分为常温压缩成型、热压成型和炭化成型三种主要形式。国内外几种生物质致密成型设备的主要性能技术指标分别见表2-3与表2-4。

表2-3　国外部分生物质成形机主要性能指标

表2-4　国内几种生物质致密成形设备主要性能技术指标

2.1.2　固体燃料的成分分析

2.1.2.1　固体燃料的成分

固体燃料可分为可燃成分和不可燃成分两部分。可燃成分或粗略地分为挥发分和固定碳两部分，或精细地按元素组成。不可燃成分包括水分和灰分。

（1）可燃元素

固体燃料的可燃成分包括挥发分与固定碳，因此习惯上以这两部分的元素构成作为可燃元素。可燃元素有碳、氢、氧、氮、硫五种，其中碳和氢是主要的发热元素，氧只是助燃，氮不参与燃烧，硫则是有害的杂质。

碳元素在煤中的含量随煤化程度的提高而增加，氢元素含量则随煤化程度的增加而减少。氧元素同氢相似，主要含于挥发分中，越“年轻”的煤中氧含量越多。氧不发热，这样就相应地降低了发热元素的含量，并且还会使部分发热元素氧化，所以氧含量越高，煤的发热量就越低。另一方面，氧含量高的煤挥发分产率也高，因此氧含量高又对燃烧有利。作为工业用燃料，只要氧含量不是特别偏高的煤都可以应用。

氮在煤中多存在于复杂的有机化合物中，燃烧时呈气态析出。氮含量很低（通常为1%～3%），原来人们并不将它作为有害成分，但随着对氮氧化物污染的重视，氮含量的有害影响已引起人们注意，因此氮含量应以少为好。

硫在燃料中可分为有机硫和无机硫两类，其和为全硫。无机硫又分为硫化铁和硫酸盐两种，前者可燃，同有机硫合称为可燃硫，后者不燃烧，仅存在于灰分中。可燃硫是主要的硫分，通常所说的含硫量即是指可燃硫，并常以全硫数据代替，误差很小。

煤中含硫量一般在3%以下，其含量不多，害处却很大。硫的燃烧产物二氧化硫是毒性气体，既污染环境，危害农作物生长和人类健康，又污染被加热物料，腐蚀燃烧设备。含硫多的煤不易保管，容易变质和自燃，所以硫是很有害的杂质，其含量越少越好。

①挥发分　将干燥的固体燃料在隔绝空气的情况下加热到高温，逸出的气态部分便是挥发分，亦称挥发分产率，符号为“V”。挥发分产率一定程度上代表了煤化程度，是煤分类的重要指标。

挥发分主要含CH₄、H₂等可燃气体和少量的O₂、N₂、CO₂等不可燃气体。一般随煤的炭化程度加深而减少，但挥发分的发热量却因其中可燃物质改变而有所提高。随着固体燃料加热温度和持续时间的增加，挥发分的产量将增加，成分也发生变化，所以测定时必须说明当时的条件。

挥发分易燃，因此含挥发分高的煤容易点火，火焰长且持续时间较长，这种煤宜作火焰加热炉燃料，燃烧效率也较高。

②固定碳　固体燃料干馏时留下的固态剩余物中除去灰分就是固定碳，以符号“C_GD”表示。在烟煤和无烟煤的可燃成分中，固定碳占有最大的质量比和最多部分的发热量，是主要的发热部分。

（2）不可燃部分

①水分　也称全水分，用符号“W”表示。机械地浸附在燃料颗粒外表面及大毛细管内，可用风干方法除去的水分叫外在水分（W_WZ）；通过细毛细管吸附在燃料内部，需要加热才能去除的水分叫内在水分（W_NZ）。外在水分与内在水分的和便是全水分。

煤的水分因煤种、开采方法而异，运输、储存等条件也影响煤的实际含水率。水分增多会使煤的可燃成分降低，从而既造成运输能力的浪费，又使煤易于风化变质，所以水分是煤质与煤计价的一项重要指标。

②灰分　燃料燃烧后余下的固态残留部分即为灰分，符号为“A”。它们中的一部分是在燃料形成过程中混杂进来的，另一部分是在燃料开采、运输和储存过程中带进来的。灰分使可燃成分比率和燃烧温度降低，是固体燃料质量分级的一项重要指标。

在燃煤装置中，灰分的熔点对运行的经济性和安全性有较大影响。如果灰分熔点过低，在燃烧过程中易产生裹灰，造成煤的不完全燃烧，并在炉排上结块，影响通风，恶化燃烧，还给清灰除渣带来困难。

我国煤的灰分一般在10%～30%。

2.1.2.2　固体燃料的成分表示方法

根据各种实际需要，固体燃料和液体燃料的元素分析采用以下几种基准组成来表示。

（1）应用基组成

煤用C、H、O、N、S、灰分（A）、实际水分（W）七种组分的百分数表示时叫“应用基成分”，以上角标y表示。此时有：

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

按应用基组成表示的燃料组成反映了燃料在实际应用时的成分，它相当于即将送入燃烧设备进行燃烧的燃料。这种状态的燃料有时也称为工作燃料（对固体燃料，或称为原煤）。

燃料的燃烧计算，应按应用基组成来进行。

由前述可知，燃料中水分和灰分的含量常受外界条件的影响而波动，而燃料的元素组成却是以其相对含量百分比来表示的，因此，当其中某一项含量发生改变时，则所有各项所占的百分比都要相应地改变，这样在理论分析或实验研究中引用燃料分析资料时就显得不方便，此时应用基组成就不能正确地反映燃料的特性。因此就有所谓分析基、干燥基与可燃基等组成表示法。这些都是实验室分析、进行燃料分类和研究燃料特性时所采用的。

（2）分析基组成

当煤样在实验室正常条件（即室温20℃，相对湿度60%）下放置，煤样会失去一些水分，留下的稳定的水分称为实验室正常条件下的空气干燥水分，以该空气干燥过的煤样各组分的百分数表示煤的成分，称为“分析基成分”，以上角标f表示。此时有：

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

分析基组成之所以被采用是由于燃料的分析都是在试验室进行的，但为了避免水分在分析过程中发生变动，燃料试样必须先经过空气风干，这样一部分不很稳定的外在水分就先蒸发消失，余下的是稳定不变的内在水分。所以一般煤质分析资料和矿山所提供的煤质资料中的水分往往都是这种分析基水分。

（3）干燥基组成

但正如已提到的，煤中的含水率很容易受到温度、运输、贮存状况变化的影响，所以应用基成分会随水分的变动而改变，但此时煤的燃烧组成其实并没有变化，这样比较起来就不方便。为方便计，可以用不含水分的干燥的煤来表示各组分的百分数，称为“干燥基成分”，以上角标g表示。此时有：

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

因为燃料中的灰分含量如同水分一样易受外界因素的影响，变动较大，故若把水分和灰分这类不稳定性较大的成分去掉，不计在燃料的组成内，则可得到不受外界影响的可燃基组成。

（4）可燃基组成

煤中的灰分也是会变动的。为了更明确地说明煤的化学组成特点，可以只用C、H、O、N、S五种元素在可燃组成中的百分数来表示煤的成分，这叫“可燃基成分”，以上角标r表示。此时有：

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

可燃基组成不受水分、灰分变化的影响，它能较真实地反映燃料的特性。一般同一矿井的煤的可燃基组成变化不大，至多随着煤层的转移有稍许的变化，因此以可燃基组成来表示燃料的元素组成是较为合理的。所有煤矿中的煤质资料都是以可燃基组成表示的，且可用它来判别煤种（如褐煤、烟煤和无烟煤）及其属性。

各种表示方法同成分项目之间的关系如表2-5所列。

表2-5　燃料成分与计算基准的关系

　　上述各种成分的表示方法可以相互换算，换算系数如表2-6所列。

表2-6　燃料组成换算系数

2.1.2.3　固体燃料的工业分析

工业分析又称实用分析或技术分析，主要用于测定固定碳、挥发分、灰分、水分、硫分和发热量。一般将只作前四项分析的称作半工业分析，六项全作的叫全工业分析。水分、灰分与挥发分等项目的测定方法由国家标准规定。对固定碳通常不直接测定，而以煤样减水分、灰分和挥发分计算得出。

工业分析时各基准的项目成分含量（质量分数）之和应为100%。

2.1.2.4　固体燃料的元素分析

元素分析即指可燃基的元素含量的测量。在硫分已知后，通常只测定碳、氢、氮的含量，氧的含量由差减法求得。元素分析时各基准的项目元素含量之和应为100%。

各类煤的成分见表2-7。

表2-7　煤类燃料的成分（应用基）　　　　　　%

几种固体有机燃料的成分见表2-8。

表2-8　几种固体有机燃料的成分（应用基）　　　　　　%

　　部分农业和木材垃圾的工业分析和元素分析见表2-9。

表2-9　部分农业和木材垃圾的工业分析和元素分析的主要数据

2.1.2.5　煤的化学组成

固体燃料主要指煤。煤是由极其复杂的有机化合物组成的。一般由煤的C、H、O、N、S各元素的分析值及水分、灰分的百分含量来表达煤的化学组成。

（1）碳

碳是煤中的主要可燃元素。随着煤的形成年代的增长，由于一些不稳定的成分逐渐析出，碳的含量将逐步增高，这一过程称为煤的碳化过程。碳化程度低的泥煤含碳量为60%～70%，碳化程度高的无烟煤可达90%～98%。煤的可燃质中含碳量大致如下：

煤中的碳是以与氢、氧化合成有机化合物状态存在的。在碳化程度高的煤中也可能存在结晶状态的碳。碳是一种较难燃烧的元素，碳化程度高的煤着火与燃烧均较困难。

（2）氢

氢也是煤的主要可燃元素，煤中含氢量为2%～6%。在可燃质中含碳量为85%时，有效氢含量最高，约为5%。在此之后氢含量又随碳化程度提高而减少。氢在煤中以两种形式存在，一种是与碳、硫等化合为各种可燃有机化合物，称为有效氢，也称自由氢，这些可燃有机化合物在煤受热时易裂解析出，且易于着火燃烧，并放出热量。另一种是和氧结合在一起的，叫化合氢，它不能放出热量。在计算发热量和理论空气需要量时，以有效氢为准。

含氢量高的煤种燃烧时易生成带黑头的火焰，即燃烧时易生成炭黑。此外含氢量高的煤种在储存时易风化而失去部分可燃物质，故在储存与使用时都应加以注意。

（3）氧和氮

煤中的氧和氮都是不可燃成分。氧在煤中是一种有害物质，氧和碳、氢等结合生成氧化物而使碳、氢失去燃烧的可能性。可燃物质中碳含量越高，氧含量越少。

一般情况下氮不能参加燃烧，也不会氧化，而是以自由状态转入燃烧产物。但在高温下或有催化剂存在时，部分氮可和氧形成NO_x而污染大气。煤中含氮0.5%～2%。

（4）硫

硫是燃料中最有害的可燃元素。硫在燃烧后会生成SO₂和SO₃气体，这些气体会与燃烧产物中的水蒸气结合，形成对燃烧装置金属表面有严重腐蚀作用的亚硫酸和硫酸蒸气。SO₂与SO₃排入大气还会严重污染大气。发电厂的排气中含有硫化物，出于环境保护的需要，应加设除硫装置，但这会使发电厂的设备费用增加20%左右。所以煤中的硫是合理干净地使用煤的大问题。我国煤的硫含量为0.5%～3%，亦有少数煤超过3%。

硫在煤中有三种存在形式：①有机硫，来自母体植物，与煤呈化合态均匀分布；②黄铁矿硫，以FeS₂形式存在；③硫酸盐硫，以CaSO₄·2H₂O和FeSO₄等形式存在于灰分中。

（5）灰分

灰分是指煤中所含矿物质（硫酸盐、黏土矿物质及稀土元素）在燃烧过程中高温分解和氧化后生成的固体残留物。大体上灰分的成分为SiO₂：40%～60%；Al₂O₃：15%～35%；Fe₂O₃：5%～25%；CaO：1%～1.5%；MgO：0.5%～8%；Na₂O+K₂O：1%～4%。煤中灰分是一种有害成分。对工业锅炉来说，灰分高的煤热值低，不好烧，给设备维护带来困难。对燃气轮机用煤，更是要求灰分非常低。灰分给涡轮叶片带来腐蚀、沉积、侵蚀。现在国际上已经研究出可将煤中灰分精洗到1%以下供燃气轮机使用，但价格很贵，难以工业化。煤中的灰分可分为两种：一种是煤化过程中由土壤等外界带入的矿物质，称为外来灰分。这种灰分可以用浮选等物理选矿方法来清除。一般工业用的洗净煤含灰量在8%左右。特别仔细的物理洗煤技术可将煤中灰分洗到3%左右。再要降低灰分就得用化学方法了。另一种灰分是原来成煤植物中固有的，称之为内在灰分。减少内在灰分必须将煤磨细后，用化学液体（如氢氟酸）去与灰分作用，然后再用碱液洗掉酸，最后用水洗。这一过程成本昂贵，对环境污染严重。

在工业上解决灰分的方法大体是：①在入炉前减少煤中灰分，即采取洗煤措施。除了燃气轮机要求非常高外，炼焦用煤规定入炉前煤中灰分不超过10%。②在燃烧过程中排渣（液体排渣）或在燃烧之后的排气中除灰（固体除尘）。为了达到液体排渣或固体除尘，都要知道灰分的熔点。要液体排渣的，希望灰分熔化造渣。相反，不是液体排渣的，希望灰分不熔化，这时灰分熔点不能太低，以免引起熔化结渣，阻碍流路，破坏炉体。燃烧排气除尘可以采用旋风分离器或布袋除尘器。

灰分在低温下呈固体状态，当加热到一定温度时，灰分将会软化并带有黏性，再继续加热将达到灰分熔点，这时灰分将呈流体状态。在燃煤装置中，灰分的熔点对运行的经济性与安全性有很大影响，如灰分熔点过低，则灰分易产生裹灰（熔化的灰分包在尚未烧透的焦炭之外），造成煤的不完全燃烧，并在炉栅结块，影响通风，恶化燃烧，还给清灰除渣带来困难。所以一般要求灰分的熔点不低于1200℃，在设计燃烧装置时必须要考虑灰分的熔点。

灰分熔点与灰分的组成及炉内的气氛有关，在1000～1500℃之间。用于燃烧的煤（除液体排渣外）大多希望高熔点灰分。大体上熔点在1093℃以下的为低熔点，在1316℃以上者为高熔点灰分。灰分的组成对熔点影响极大。一般来说，含硅酸盐（SiO₂）和氧化铝（Al₂O₃）等酸性成分多的灰分，熔点较高。含氧化铁、钙、镁、钾等碱性成分多的灰分，熔点较低。灰分在还原性气氛中的熔点比氧化性气氛中的低。灰分的熔点、组成对燃烧装置（如锅炉排管）上的沉积和腐蚀有很大关系，煤中含碱金属及碱金属氯化物的腐蚀严重。

（6）水分

水分是燃料中无用的成分。煤中水分包括两部分：①外部水分或湿成分。这是机械地附着在煤表面的水分，它与大气温度有关。把煤磨碎后在大气中自然干燥到风干状态，这部分水分就可除去。外部水分随运输和储存条件的变动很大。②内在水分。这是煤达到风干状态后所残留的水分，它包括被煤吸收并均匀分布在可燃质中的化学吸附水和存在于矿物质中的结晶水。内在水分只有在高温分解时才能除掉。通常作分析计算和燃烧评价时所说的水分就是指这部分水。

煤的成分通常用各组分的质量百分数表示。由于燃料中水分和灰分常受季节、运输和贮存等外界条件变动的影响，数值会有很大的波动。同一种燃料由于取样时条件不同，或者在同一实验条件下由于所采用的分析基准不一样，所得结果亦会不相同。所以固体燃料和液体燃料的元素分析值都必须标明所采用的基准，否则就毫无意义。

2.1.3　固体燃料的特性

2.1.3.1　煤的特性

（1）煤的氧化与自燃

煤在同空气接触时会吸附氧气从而进行缓慢的氧化，若存在较多的水分和硫化铁，则会加速这种反应。氧化产生热量，煤堆如散热不好，内部温度就会增高并达到着火温度，这时煤就会燃烧，这种现象称为煤的“自燃”。为了避免煤堆自燃，要特别注意煤的堆放方式和对煤的管理。

图2-1所示为煤的挥发分与固定碳和煤的碳化程度的关系。可以看出，随着煤的碳化程度的提高，煤中的固定碳含量增多，挥发分减小，因而其着火点提高。因此，对于碳化程度不够的泥煤、褐煤等，在堆放过程中尤其要注意避免自燃的发生。

图2-1　挥发分与固定碳和煤的碳化程度的关系

煤在存放过程中即使不发生自燃，长期的缓慢氧化也会产生重要影响，如烟煤存放一年后，其发热量可降低1%～5%，有的达10%，结焦性和焦油产率也相应降低，所以煤不宜存放过久，长期存放时应采取防氧化措施。

（2）煤的发热量

发热量大小是评价煤好坏的一个重要指标，也是计算燃烧温度和燃料消耗量的依据。

1kg煤完全燃烧后所放出的燃烧热叫做发热量，单位为kJ/kg。通常用的是低热值，即不包括水蒸气凝结成水时的冷凝热。发热量可以用氧弹式量热计直接测定，也可以根据元素分析值近似计算。

　　        

煤的发热量与碳化程度有一定关系，随着碳化程度的提高，发热量不断增大，当碳含量达到87%时，发热量达到最大值，以后则开始下降。所以煤的发热量大小通常作为煤分类的依据。

（3）煤的黏结性

煤的黏结性是指粉碎后的煤在隔绝空气情况下加热到一定温度时，煤的颗粒相互黏结形成焦块的性质。这种黏结是高温下热分解析出胶凝性物质的结果。这种胶凝性物质主要是沥青质，烟煤中含量较多。

黏结性不仅影响选择煤种是否可以炼焦，对于煤的气化和燃烧性也有很大影响。例如强黏结性的煤气化和燃烧时，容易形成大块，严重影响气流的均匀分布。

含沥青质的煤干馏加热至一定温度时，受热表面会逐层分解，形成胶体状态，再逐渐转变为焦炭。这种不断形成的胶质层的厚度就称为胶质层厚度（通常取最大厚度）。厚度值越大，黏结性越高。

在实验室条件下用坩埚法测定挥发分之后，对所形成的焦块根据外形分为八个等级，称为黏结序数，以此来评定黏结性的强弱。各黏结序数的代表特征如下。

①粉状　焦炭残留物全部为粉状，没有互相黏着的颗粒。

②黏结　焦炭残留物黏着，以手轻压即成粉状。

③弱黏结　焦炭残留物黏结，以手轻压即碎成小块。

④不熔融黏结　用手指用力压才成小块。

⑤不膨胀熔融黏结　焦炭残留物呈扁平的饼状，表面有银白色金属光泽，煤粒界限不易分清。

⑥微膨胀熔融黏结　焦炭残留物用手指压不碎，表面有银白色金属光泽和较小的膨胀泡。

⑦膨胀熔融黏结　焦炭残留物表面有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm。　

⑧强膨胀熔融黏结　焦炭残留物表面有银白色金属光泽，明显膨胀，高度超过15mm。

（4）煤的结焦性

煤的结焦性是指煤粒在隔绝空气受热后能否生成优质焦炭的性质。结焦性同黏结性既有联系又有区别。一般来说，结焦性好的自然黏结性好，但黏结性好的煤不一定结焦性就好。如有的煤黏结性好，能结焦，但焦炭裂缝多、强度差，其结焦性并不好。

（5）煤的灰分软化温度和结渣性

灰分是多种无机矿物质的混合物，受热会软化和熔融为液态。不同的灰分，其软化温度和熔点不同。软化温度和熔点低的灰分可能在燃烧室内呈黏稠或熔融状，从而阻碍空气流通，影响燃烧或汽化的正常进行。

通常将灰渣开始变软的温度称为变形温度，完全软化的温度称为软化温度，熔融呈流体状的温度称为熔化温度。软化温度同熔点有一定关系。根据灰分软化温度的高低，可将灰分分为易熔（熔点小于1100℃）、低熔（熔点在1100～1250℃）、高熔（熔点在1250～1500℃之间）和难熔（熔点大于1500℃）四种。我国煤的灰分软化温度在1100～1700℃之间。

煤的结渣性是指煤在燃烧或气化过程中灰渣是否容易结块的性质。结渣性的强弱以结渣率表示，结渣率大的不利于燃烧及气化的进行。

结渣性同灰分含量、灰分软化温度、硫含量和碳酸盐含量等有关。灰分重、熔点低、硫和碳酸盐含量高的就容易结渣。从燃烧角度来选择燃料时，应综合考虑结渣性与灰分软化温度的影响。

（6）煤的流散性和堆积角

流散性是指固体燃料粒、块之间在重力作用下彼此的相对移动性，它主要取决于颗粒之间的摩擦力与附着力。流散性大的煤不易堆积，会像流体似的向四周流散，堆积角度小；流散性小的煤就容易堆积，堆积角大。当煤堆的堆积角等于或大于90°时，可认为失去了流散性。因此，堆积角在一定程度上反映了流散性的大小。煤所吸附的机械水分增多会使流散性恶化，达到极限水分时流散性就会消失。

煤的流散性变差会给输送、装卸等造成困难。燃烧工作中可利用堆积角大致估计煤的含水率。

（7）煤的可磨性

煤的可磨性是指煤粉碎的难易程度，是制备煤粉应了解的一种性质。我国烟煤、无烟煤的可磨性以哈氏可磨指数表示。其测定方法是：先将煤破碎、筛分，制取粒度为0.63～1.25mm的煤样50g（±0.01g），在哈氏可磨性实验仪上研磨，然后再筛分、称量，并按规定公式计算哈氏可磨指数。该指数越高则可磨性越好。

（8）煤的燃烧特性

通过煤的工业分析虽然可以大致了解一些煤的燃烧特性，但为了更合理利用燃料，还需进一步了解煤的燃烧特性。近年来通过大量研究提出了一些可以更直接反映煤燃烧特性的指标，其中主要有以下几种。

①煤的燃烧图　所谓煤的燃烧图，是指测定煤样在一定的条件下（诸如升温速率、试样颗粒大小、试样质量、空气供应量等），煤样的燃烧速率（以失重率dW/dτ表示）随温度变化的曲线。这种曲线是利用“热天平”仪器测出的，在仪器中可以精确的设置实验条件并测出煤样失重率。

通过煤的燃烧图可以对煤的着火和燃烧过程进行综合评价，并可比较不同煤种的燃烧。研究表明，如煤的燃烧图相似，则在炉中的燃烧情况也基本相似。

②反应指数　反应指数是指煤样在氧中加热时，当升温速率达到15℃/min时所需的加热温度，以T₁₅表示。T₁₅数值越高，则表明该煤越难着火燃烧。显然煤的挥发分越低，则T₁₅数值越高，但不同煤种挥发分的影响程度有差异，故用T₁₅判断煤的着火燃烧特性比用挥发分判断更为直接和准确。

③熄火温度　熄火温度是指将煤加热至着火点，然后停止加热测出的煤熄火温度。煤的挥发分越高，则着火燃烧后的释热量也越高，燃烧稳定性也就越高（即不易熄火），其相应的熄火温度就越低。故根据熄火温度的高低，可判断不同煤种着火后的燃烧稳定性，这也是一种说明煤燃烧特性的指标。

2.1.3.2　生物质固体燃料的特性

生物质固体燃料（包括秸秆、稻壳等有机废料）基本上由有机物组成，其主要成分是粗纤维（包括纤维素、半纤维素和木质素），还有少量的蛋白质、糖类和脂类物质，因此燃烧着火点低。

秸秆密度小，体积大，如谷子秸秆的密度为185kg/m³，稻草的密度为59.3～59.6kg/m³，稻壳的密度为100kg/m³，捣实后为160kg/m³，而无烟煤的密度为1500kg/m³。因此燃料热值低，运输和堆放都比较困难，而且要考虑进料机构及炉膛的结构，以适应其特殊要求。

生物质固体燃料中含水率大，而且成分复杂，变化大，随机性大，不同品种、不同地区、不同季节的秸秆成分不会完全一致，这就给燃烧装置的适应性提出了更高的要求。

此外，原料比较分散，而且不均衡。虽然全国的秸秆产量非常大，但各地区分布很不均衡，如有的地区有稻草，有的地区有玉米秸秆。

另外，秸秆的季节性很强，粮食收获季节，秸秆集中生产出来，数量大，湿度也大，无处堆放。

因为生物质固体燃料多数是工农业生产中产生的有机废料，因此价格低廉，如稻壳的价格仅为煤的1/6、柴油的1/20，而稻壳的热值则是煤的1/2、柴油的1/3。

生物质固体燃料供应的有限性及其分布散、体积大、运输费用高等特点决定了生物质利用系统不宜大型化。另外，有些生物质燃料带有异味，它们的收集、运输会受到较大的社会压力，宜就地处理。

和煤炭相比，生物质固体燃料的挥发分含量要高得多，材料中焦炭的燃烧着火很大程度上是依靠挥发分燃烧放出的热量来实现的，这与煤粒的着火有很大区别。研究表明，生物质材料的挥发分析出迅速猛烈，而且在挥发分几乎燃烧完全后焦炭才开始燃烧。

值得注意的是，生物质固体燃料在燃烧过程中可能发生烧结现象，影响燃烧装置的正常运行。烧结与温度、风速和气氛有关，但温度是影响烧结的最主要因素。稻草、玉米秸秆、高粱秆、玉米芯的烧结温度分别为680℃、740℃、680℃、790～815℃。