電廠入廠煤與入爐煤熱值差偏大問題分析

王 超 ，高子琦 ，王東路 ，劉穎琳 ，于 磊

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003；2.華電章丘發(fā)電有限公司，山東 濟(jì)南 250020）

0 引言

隨著煤炭市場化的發(fā)展，煤炭價格居高不下，優(yōu)質(zhì)煤比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足火力發(fā)電廠的需求，高達(dá)70%的電廠不得不轉(zhuǎn)向劣質(zhì)煤，這就導(dǎo)致入廠煤來源參差不齊，品質(zhì)波動較大。

電廠入廠煤與入爐煤之間的熱值差是評價燃料管理和技術(shù)監(jiān)督的重要參數(shù)。電力行業(yè)和企業(yè)，都做出了相應(yīng)的規(guī)定，熱值差應(yīng)小于 502 J／g［1-3］，嚴(yán)格控制熱值差是提升電廠燃料管理水平和提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

1 控制熱值差的必要性

熱值差的大小能夠反映電廠燃料管理水平的高低，并且會對燃煤電廠的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響，結(jié)合近幾年電廠入廠煤及入爐煤統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從熱值差對經(jīng)濟(jì)效益的影響入手，引入“單位熱值價格”的概念，提出電廠控制熱值差的必要性。單位熱值價格是指煤炭的價格與1 t煤炭所含熱值的比值，單位是元／J，年損失金額為熱值差、年煤耗量、單位熱值價格的乘積。表1為2010—2015年廠爐煤炭熱值影響經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)計。

表1 2010—2015年廠爐煤炭熱值差影響經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)計

由表1可以看出，雖然該電廠燃料管理部門對廠爐熱值差比較重視，熱值差2010—2015年均小于規(guī)定的502 J／g，即便如此，該電廠每年因熱值差仍然損失幾千萬，6年累計損失高達(dá)1.07億元之巨。

2 影響因素

2.1 采樣

采樣誤差約占煤樣采制化過程中總偏差的80%，采樣結(jié)果的真實性決定了煤質(zhì)驗收結(jié)果的可靠性，規(guī)范采樣方法是降低熱值差的最有效途徑。實驗人員在確定采樣方案時，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行GB 475—2008《商品煤樣人工采取方法》，從流速和負(fù)荷都較均勻的煤流中采取，避免煤流品質(zhì)變化周期與運行周期互相吻合。

由于原煤樣在運輸過程中車體顛簸和偏析作用大，摻雜的石塊、煤矸石等較重煤樣會沉落廂底，導(dǎo)致煤樣“分層”?；诖?，提出皮帶采樣機(jī)應(yīng)用于船舶或汽車煤采樣環(huán)節(jié)的方案，同時電廠根據(jù)自身特點，運用電腦隨機(jī)布點、車輛自動定位及機(jī)械采樣和人工采樣相結(jié)合等多種手段，尋求一個提高準(zhǔn)確度的修正系數(shù)，避免分層裝煤的摻假手段和車廂死角因為技術(shù)條件不足而不能被隨機(jī)采集。

2.2 制樣

煤樣在制備過程中，會隨著制樣設(shè)備的不斷升溫，發(fā)生氧化自燃現(xiàn)象［4］。

為了搞清煤樣在制備過程中發(fā)生的氧化自燃特性與規(guī)律，對某煤樣進(jìn)行了升溫氧化實驗：粒度為40～60 目（0.3～0.5 mm），煤樣質(zhì)量取 45 g，空氣流量為60 mL／min，升溫在30～300℃范圍內(nèi)波動，控溫采用GC-9A氣相色譜儀柱箱程序升溫裝置，升溫速率為1℃／min，初始取樣間隔為10℃，溫度在120℃之后，取樣間隔為20℃，在220℃之后，取樣間隔為30℃， 氣體分析對象為CO、O2、CxHy分析儀器用KSP-901型和SP-501型氣相色譜儀，如表2所示。

研究得出：煤氧化自燃分為3個階段——潛伏期、自熱期和燃燒期——潛伏期在60℃以下，煤樣與通入的空氣接觸，生成不穩(wěn)定的氧化物，同時有微量的CO釋出；經(jīng)過潛伏期之后，煤溫從60℃上升到80℃，這也就進(jìn)入了自熱前期，當(dāng)煤溫超過80℃時，會出現(xiàn)煤的干餾，生成CxHy、H2、CO等可燃?xì)怏w，隨著環(huán)境溫度的不斷升高到達(dá)250℃而自燃，這一階段就是自熱后期；溫度到達(dá)250℃之后，就進(jìn)入了燃燒期，此時煤開始深度熱分解反應(yīng)，煤中結(jié)晶水開始解析，造成煤樣測試結(jié)果的偏倚。

為了減小制備煤樣過程中的偏倚，除嚴(yán)格按照GB 474—2008《煤樣的制備方法》的要求外，還應(yīng)保證制樣設(shè)備的技術(shù)性能符合要求，制樣完成后，及時對制樣裝置進(jìn)行清理，減少煤樣的交叉污染和制樣裝置連續(xù)工作發(fā)熱給熱值帶來的影響。

2.3 化驗

目前涉及煤的熱值差的化驗標(biāo)準(zhǔn)是GB／T 212—2008《煤的發(fā)熱量測定方法》，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定影響煤的熱值差因素有水分Mad、彈筒發(fā)熱量、彈筒硫Sb，ad，全水分Mt、氫值Had，經(jīng)過對該電廠進(jìn)行現(xiàn)場彈筒發(fā)熱量Qb，ad查看，發(fā)現(xiàn)化驗工作存在的問題有：全水分檢測未進(jìn)行檢查性干燥，這樣會導(dǎo)致全水分測試數(shù)值偏低，造成熱值差偏大，直接導(dǎo)致電廠經(jīng)濟(jì)效益的損失；缺乏有效的質(zhì)量控制措施，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)熱量在采用苯甲酸反標(biāo)時已經(jīng)超標(biāo)，卻未采取措施，難以保證化驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；入廠煤與入爐煤全水分與氫含量測定周期的不統(tǒng)一；采用自動水分測試儀進(jìn)行水分的測試，該設(shè)備未與烘箱法進(jìn)行比對，無法判斷它的準(zhǔn)確性。

電廠熱值差以計算煤樣的收到基低位發(fā)熱量為準(zhǔn)。建議定期開展入廠和入爐煤實驗室存查樣或其他樣品的互檢工作，加強(qiáng)入廠入爐煤的控制措施，對設(shè)備進(jìn)行定期標(biāo)定。

表2 煤自熱期四級氧化過程

2.4 煤場實際堆放時間

煤炭在存放過程中受到自然條件的影響，造成煤質(zhì)下降和煤量損失。入廠煤通常要在煤場存放一段時間，不可避免與空氣接觸發(fā)生煤質(zhì)氧化甚至自燃，導(dǎo)致煤炭熱值的下降，這不僅造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且有危及煤場安全的可能，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

在煤場中安裝防風(fēng)消防、噴水防塵、煤場排水等輔助設(shè)施，必要的時候應(yīng)該安裝擋煤墻，在煤場主導(dǎo)風(fēng)向上方設(shè)置風(fēng)障，降低存煤的流失。

對于燃燒高揮發(fā)分、高硫分的電廠，應(yīng)該縮短煤場存煤周期；為了定量了解煤炭堆放時間與到廠煤熱值下降的關(guān)系，利用煤場加倉的時間［5］，對不同煤場的煤樣分別進(jìn)行分析，如表3所示。

表3 煤場不同堆放時間熱值差數(shù)據(jù) J／g

從表3可以看出，盡管對入爐煤水分進(jìn)行了折算，但是依然接近甚至超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的502 J／g，并且堆放時間愈長，熱值差愈大，這說明煤場堆放后的熱值損失是引起入廠煤和入爐煤熱值損失的一個原因。

2.5 熱值差統(tǒng)計周期

熱值差統(tǒng)計周期是熱值差偏大的原因之一，入廠煤熱值受煤炭市場和電廠自身經(jīng)營決策影響表現(xiàn)得有起有伏，該電廠以一個月作為熱值差的統(tǒng)計周期，統(tǒng)計周期內(nèi)，入廠煤受煤場存煤和配煤的影響應(yīng)該與入爐煤在熱值統(tǒng)計上相互對應(yīng)。

3 結(jié)語

控制入廠煤和入爐煤的熱值差，是火電廠節(jié)能減排的有效手段，引起火電廠熱值差偏大的原因很多，主要體現(xiàn)在煤樣的采制化、煤場儲存和熱值差統(tǒng)計方面。

電廠部門要重視加強(qiáng)人員的培訓(xùn)和技術(shù)監(jiān)督，對熱值差偏大的問題加以重視：從管理上重視人員的培訓(xùn)和教育工作，完善采制化制度，定期對班組進(jìn)行檢查與指導(dǎo)；建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，回歸出各煤礦的經(jīng)驗公式，監(jiān)督檢測數(shù)據(jù)的合理性和可靠性，隨時掌握熱值差的變化情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，有效控制熱值差；從技術(shù)上培訓(xùn)員工的采制化水平和設(shè)備故障維修等內(nèi)容，規(guī)避人為誤差，只有找到問題癥結(jié)，才能達(dá)到規(guī)范熱值差管理、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。