生物酶處理對(duì)煤炭存儲(chǔ)熱值及堆煤溫度影響的試驗(yàn)研究

劉忠軒，寧新宇，程石

(中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，江蘇 蘇州 215123)

0 引言

大型火力發(fā)電廠為保證煤炭的穩(wěn)定供應(yīng)，一般都建有煤場用于存儲(chǔ)煤炭，儲(chǔ)煤量可達(dá)數(shù)十萬噸，儲(chǔ)存期有時(shí)長達(dá)數(shù)月。煤炭在堆積過程中發(fā)生氧化造成煤炭質(zhì)量下降，氧化熱不能及時(shí)排出時(shí)會(huì)導(dǎo)致煤堆自燃造成更大的損失［1－3］。減少煤炭在存儲(chǔ)過程中的熱值損失和自燃現(xiàn)象，能夠提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。目前，針對(duì)煤炭的微生物處理研究方向主要是微生物溶煤［4－8］和微生物脫硫［9－10］兩個(gè)方面，尚無關(guān)于電廠大規(guī)模燃用經(jīng)生物酶處理過的煤的報(bào)道。

1 研究內(nèi)容與方法

1．1 研究內(nèi)容

(1)測試噴生物酶煤堆與未噴生物酶煤堆的溫度變化情況。

(2)測試噴生物酶煤堆與未噴生物酶煤堆的熱值變化情況。

1．2 生物酶

本次試驗(yàn)采用某公司的生物酶技術(shù)［11］，當(dāng)煤炭折算硫分為1%時(shí)，添加比例為1∶10000，即每噸生物酶可處理1萬t煤。

將生物酶適當(dāng)稀釋后均勻噴灑在煤炭上，靜置72 h后效果逐步顯現(xiàn)，功效可達(dá)6個(gè)月。

根據(jù)上述公司說明，生物酶用于煤炭的處理主要有以下效果:

(1)重組碳鏈，大分子團(tuán)結(jié)構(gòu)小分子化，促進(jìn)煤炭均勻同步燃燒和完全燃燒，提升燃燒效率。

(2)脫氫加氧，使煤炭具備富氧燃料特性，減少助燃空氣，降低排煙熱損失的同時(shí)降低氮氧化物(NOx)排放。

(3)抑制煤炭中有害菌的滋生，降低煤炭堆存期間的熱值損失，有效預(yù)防煤堆自燃。

(4)將煤炭中的可燃硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，減少SO2的生成量。

本研究中主要關(guān)注點(diǎn)在于生物酶對(duì)降低煤炭堆存期間的熱值損失和預(yù)防煤堆自燃的效果。

1．3 試驗(yàn)方法

將符合粒度要求(粒度超過25 mm的煤量不大于總煤量的10%)的霍林河地區(qū)褐煤分成對(duì)照組煤堆與測試組煤堆，兩組煤堆的高度、重量、坡度、形狀盡量維持一致。煤堆堆放示意圖如圖1所示。

圖1 煤堆位置示意Fig．1 Location of the coal pile

分別在測試組煤堆和對(duì)照組煤堆中埋入8支熱電偶:分別在距離煤堆底部2 m和4 m的平面各埋入4支熱電偶，每層相鄰兩個(gè)測溫點(diǎn)的水平距離為5 m，熱電偶埋入深度約1 m。通過數(shù)據(jù)采集儀，在整個(gè)試驗(yàn)期間不間斷采集煤堆溫度數(shù)據(jù)。

在試驗(yàn)開始階段、試驗(yàn)中期和后期分別對(duì)測試組和對(duì)照組煤堆取樣，對(duì)樣品進(jìn)行工業(yè)分析和元素分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2．1 煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果

在堆煤完成后分別對(duì)測試組和對(duì)照組進(jìn)行取樣化驗(yàn)，測試組1、對(duì)照組1為堆煤完成后當(dāng)天取樣，測試組2、對(duì)照組2為堆煤完成后第9天取樣，測試組3、對(duì)照組3為堆煤完成后第23天取樣，化驗(yàn)結(jié)果見表1。測試組和對(duì)照組煤樣熱值變化趨勢如圖2所示。

圖2 煤堆熱值隨時(shí)間變化趨勢Fig．2 Calorific value of coal piles changing with time

從圖2可以看出，隨著堆放時(shí)間的增加，煤樣熱值整體呈下降趨勢。肖敏等人［2］的研究表明，由于煤炭熱值受取樣、環(huán)境等多種因素的影響，煤炭熱值隨著存儲(chǔ)時(shí)間的變長而呈降低趨勢，但熱值結(jié)果也有較大波動(dòng)。本試驗(yàn)中在對(duì)堆煤進(jìn)行取樣時(shí)采用多點(diǎn)取樣后混合縮分的方式，最大可能地提高煤樣的代表性，但對(duì)于接近9000t的大型煤堆來說，依然難以避免出現(xiàn)取樣代表性不足的情況，導(dǎo)致測試組后期煤樣化驗(yàn)熱值略高于中期煤樣熱值，同時(shí)也說明后期測試組煤堆熱值降幅不大。測試組和對(duì)照組熱值降低百分比如圖3所示。

圖3 熱值降低百分比Fig．3 Percentage of calorific value reduction

表1 煤堆對(duì)比取樣化驗(yàn)結(jié)果Tab．1 Testing and comparison results of coal pile samples

從圖3可以看出，測試組煤樣熱值降低百分比明顯低于對(duì)照組。

2．2 煤堆溫度測試結(jié)果

試驗(yàn)期間對(duì)照組及測試組煤堆每個(gè)測點(diǎn)溫度測試平均值見表2。

從表2可以看出，試驗(yàn)期間測試組煤堆各溫度測點(diǎn)平均值為61．84℃，高于對(duì)照組11．11℃。說明在試驗(yàn)期間，生物酶的活化反應(yīng)引起了測試組煤堆溫度的升高。由于溫度是影響煤堆自燃的主要影響因素之一［12］，煤堆溫度的升高將增加煤堆自燃的可能性，因此從煤堆溫度測試結(jié)果來看，生物酶無法達(dá)到預(yù)防煤堆自燃的效果。

表2 煤堆溫度測點(diǎn)平均值Tab．2 Average of coal pile temperature at measurement points ℃

3 結(jié)論

(1)本試驗(yàn)中生物酶對(duì)于降低煤堆儲(chǔ)煤期間熱值損失有一定效果，試驗(yàn)中期和后期測試組煤樣熱值損失均小于對(duì)照組。

(2)噴灑生物酶的測試組，試驗(yàn)期間煤堆溫度高于對(duì)照組，從煤堆溫度測試結(jié)果來看，生物酶沒有預(yù)防煤堆自燃的效果。

(3)目前大規(guī)模工業(yè)化使用生物酶處理煤的經(jīng)驗(yàn)仍然不足，對(duì)于采用生物酶處理的煤堆是否應(yīng)該采用以往儲(chǔ)煤、堆煤方式值得商榷，是否需要調(diào)整堆煤方式以利于提高生物酶處理效果及電站燃用生物酶處理后的煤是下一步需要解決的問題。