[科普中国]-发电用燃料

发电用燃料一般是指火力发电厂进行电力生产时所需要的燃料。火力发电厂的发电燃料按形态大致分成固体燃料、液体燃料、气体燃料。固体燃料主要是煤。煤的成分有碳、灰分、水分和挥发物。液体燃料主要是重油，即炼油厂从石油中提炼出汽油、煤油、柴油等以后剩下的油。重油是一种优质发电燃料，灰分和水分都很少。气体燃料主要是天然气，还有焦炉煤气、高炉煤气等1。

燃料分类发电用燃料大致可以分为三类，即固体燃料、液体燃料和气体燃料。火力发电厂的蒸汽锅炉一般采用固体燃料，只在锅炉起动点火或低负荷时为了维持稳定燃烧才燃用极少量的液体燃料。缺煤、缺水地区，个别有条件的地方，或需采用内燃机等发电时，则亦有燃用液体或气体燃料的2。

固体燃料固体燃料主要是煤炭。煤炭根据炭化程度的不同，大致可以分为无烟煤、烟煤、褐煤和油页岩等几种。当前发电燃用最多的是烟煤。固体燃料中，除含有水分(W)和灰分(A)等不可燃物质外，主要是由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)构成的燃质，其中碳、氢和挥发性硫是可燃成分。对于煤来说，含有挥发分(V)，也是一个重要特性。

煤炭中的水分分为二种，经30~35℃干燥而发散的称之为表面水分，经100℃以上干燥而蒸发的称之为固有水分。在与空气隔离的情况下采用高温加热后，其中水分和挥发分析出，残留下来的是固定炭素和灰分。固定炭素、挥发分以及灰分的比率是衡量煤炭品质的主要指标。含灰多，含挥发分和固定炭素少，每单位重量的发热量比较低的称为劣质煤。

灰分中主要是二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、三氧化二铁(Fe2O3)以及生石灰(CaO)等。随着这些成分的含量不同，灰熔点将发生变化。低灰熔点的煤在燃烧时往往导致炉内结渣，受热面粘污，甚至影响锅炉出力。 发电用煤的灰熔点一般在1100～1500℃之间。

硫分在燃烧时将生成亚硫酸(SO2)，与烟气中的水分结合可以生成硫酸，是造成锅炉受热面腐蚀的主要原因2。

液体燃料液体燃料主要为地下取出来的石油，或称原油。原油经过加热精炼加工后，分馏成为汽油、煤油、柴油，最后在300℃以上分馏出以重碳氢化合物为主要成分的黑褐色重油， 重油的发热量高达10000kcal/kg,含灰量极少，是很好的燃料油。

重油与煤炭相比，同样发热量的重油容积仅为煤炭的一半，它具有可以利用油泵和油管输送，勿需排灰处理，贮藏设备和燃烧装置都比较简单以及燃烧效率高、对负荷适应性较强等优点。但是，由于含硫量较大，有大气污染和低温腐蚀等问题。 特别是在重油中即使有极微量的钒时，由于高温燃烧生成五氧化二钒(V2O5)，与锅炉的过热器或再热器的高温（约600℃以上）金属表面接触后，将引起所谓“高温腐蚀”。此外，重油还易于着火爆炸，输送和贮藏时要特别注意安全2。

气体燃料气体燃料有高炉煤气、焦炉煤气和天然气三种。发电用的气体燃料主要是天然气。

天然气是一种天然产出的可燃性气体，主要成分是碳氢化合物，大致又可以分为天然煤气、油田煤气、煤田煤气和水溶性煤气四种。后三种煤气都是伴生性质，是油田或煤田地带的背斜构造所形成的构造性煤气。

天然煤气几乎能以理论空气量达到完全燃烧。由于含灰极少，排烟清洁。 气态形式的燃烧便于控制，可以尽快地调节燃烧温度，且点火和灭火过程均比较简单。同时，发热量高，热量的利用系数亦比其它形式的燃料高，燃烧时可以获得极大的锅炉效率。

气体燃料的贮藏一般比较困难，又受地理条件的限制，燃料价格往往比其它形式的贵。 同时有在装卸、使用和运输过程中由于泄漏而引起爆炸等缺点2。

选用原则根据国家的能源利用政策，在选择火力发电用的燃料时，应该注意下列几点：

考虑到能源的合理利用，火力发电应尽量采用当地供应的劣质燃料，例如褐煤、洗中煤、矸石、油页岩或渣油等，并充分利用其他工矿企业燃料副产品，不占用其他工业部门所必需的优质燃料。

要有足够的燃料资源供火电厂长期使用，凡是定点供应的煤矿，其开采量至少能保证供应电厂100年以上的用煤量。

大型火电厂由于用煤量较多，一般应靠近燃料基地，尽可能建成矿口电厂，以减少国家铁路干线的运输量。

在有多种燃料可供选择时，必须进行详细的运煤和输电的论证比较，选定最佳的燃料供应矿点，以防止有煤电倒流现象2。

贮运设施选择发电用燃料的运输和贮存业务包括燃料运达电厂的设施和厂内卸载作业、贮存作业及输送作业。

对于采用铁路、船舶运输燃料的发电厂，其厂外运输业务一般由铁道、交通部门负担，只是在与国家铁路网不干扰的专用线等个别情况下才包括在电厂业务中。除此以外，例如采用管道、带式输送机、架空索道、汽车以及其它运输方式时，一般均属于电厂业务范围，但有时也必须与燃料供应部门协作完成。

发电采用的固体燃料，以不宜于炼焦的烟煤居多，包括洗中煤、褐煤、石煤和油页岩等。液体燃料一般为重油和渣油，有时也燃用原油。气体燃料主要为天然气和工业煤气。根据不同的燃料，应设置相应的设施，发电用燃料的贮运设施可按相关要求选型。

如气体燃料除了采用压力管道输送以外，还可以采用液化装箱输送的方式。采用这种输送方式时，通常是在天然气的产地，将天然气压缩液化，装入特制的液化箱内，然后利用火车或轮船采用集装箱运输的方式送入电厂3。

未来展望随着石油和煤储量的减少及生态环境的恶化,能源危机和环境污染已经成为当今社会最受人们关注的两大热点。而由于石油燃料和煤使用范围和使用量的不断增加,能源危机和环境污染的状况变得更加严重。因此石油和煤等发电用燃料的替代燃料的发展也越来越多的受到重视。甲醇由于其清洁、高效、经济且来源广泛,近些年来受到了人们广泛的推崇。目前已在车用方面得到了广泛的应用,但是在其他领域应用相对较少，其在发电领域的应用具有很好的前景。

生物质能发电燃料也是未来发电用燃料的发展方向。其具有以下特点：

与矿物能源相比，生物质在燃用过程中，对环境污染小。

生物质能蕴藏量大，而且是可再生能源。

生物质能源具有普遍性、易取性，而且廉价、易取，生产过程极为简单。

生物质能是唯一可以储存与运输的能源，对加工转换与连续使用带来一定的方便。

生物质挥发组分高，炭活性高，易燃4。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所