煤質(zhì)化驗技術(shù)在火電廠的應(yīng)用及常見問題分析

＊郝亞晉

（國家能源集團華北電力有限公司廊坊熱電廠 河北 065000）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國對各類能源的需求量在不斷提升，能源消耗量迅速增長。在各類能源中，煤炭是最常用的一種能源，該能源的轉(zhuǎn)化效率會直接受到煤炭質(zhì)量的影響。尤其在火電廠發(fā)電的過程中，煤炭發(fā)揮著十分重要的作用，如果煤炭質(zhì)量低下，則產(chǎn)出的能源不足，會影響火電廠的發(fā)電效率、運行安全。所以，要做好煤質(zhì)化驗工作，采取有效的化驗技術(shù)，明確具體的檢測項目，分析化驗技術(shù)應(yīng)用中常見的問題，并采取有效的改進(jìn)措施，全面確保煤炭質(zhì)量，促進(jìn)火電廠運行效益的提升。

1.煤質(zhì)化驗技術(shù)在火電廠的應(yīng)用

(1)發(fā)熱量檢測

發(fā)熱量是衡量煤炭質(zhì)量高低的重要指標(biāo)，也是煤質(zhì)化驗的核心內(nèi)容。在實際化驗的過程中，要采用專門的檢驗設(shè)備，準(zhǔn)確獲取煤炭燃燒的發(fā)熱量。在檢測的過程中，要保障檢測實驗室的獨立性，通過實驗確定發(fā)熱量的測定方法，采用點火絲、量熱儀、彈筒、分析天平、燃燒皿等實驗設(shè)備，讓已知質(zhì)量的煤樣在氧彈熱量計中完全燃燒，水分和熱量計會吸收一部分熱量。在系統(tǒng)熱平衡之后，對升高的溫度值進(jìn)行測量，并且對水、熱量計筒體的容量進(jìn)行計算，同時檢測周圍環(huán)境溫度，最后計算出煤樣的發(fā)熱量。在實際實驗的過程中，要先準(zhǔn)備好燃燒皿，選擇0.9-1.1g分析試樣，使用10cm的點火絲，然后在電極柱的小槽中固定點火絲，并且其中一段沒入到煤樣之中[1]。將10ml水注入到彈筒之中并且密封加氧，壓強控制在2.8-3.0MPa，然后將其放在量熱儀中，蓋好蓋子之后開始實驗。在試驗完成后，要點擊復(fù)位，排水之后打開量熱儀，將彈筒取出來并清理干凈，對沒有燃燒完的點火絲長度進(jìn)行量取。根據(jù)實驗室護具進(jìn)行熱量計算，獲得具體的發(fā)熱量參數(shù)。在實驗的過程中，實驗室環(huán)境溫度要把控在15-30℃之間。為了避免氣流的影響，需要保障實驗室的密閉性，同時也要避免陽光直射。在實驗的過程中，要填入充足的氧氣，使煤炭可以充分燃燒，嚴(yán)格按照規(guī)范制度落實各個操作環(huán)節(jié)，保障實驗結(jié)果的真實準(zhǔn)確。

(2)揮發(fā)分檢測

在煤質(zhì)檢測的過程中，揮發(fā)分也是必須檢測的重要指標(biāo)，在煤炭樣本隔絕空氣之后，在一定溫度作用下采用加熱的方式產(chǎn)生氣體和液體，二者的總和就是煤樣的揮發(fā)分。在實際檢測的過程中，可以先選擇1g煤炭樣品，然后在坩堝中放入樣品加熱7min，溫度為900℃，進(jìn)而得到煤炭的液體和氣體，然后對其進(jìn)行檢驗，在獲得具體的數(shù)據(jù)后，為能源的具體使用范圍提供分析依據(jù)[2]。揮發(fā)分測量會受到多種因素的影響，包括加熱的溫度、時間、升溫速度、容器材質(zhì)、設(shè)備大小、操作規(guī)范性等。對于煤炭分類來說，揮發(fā)分產(chǎn)率是十分重要的參考指標(biāo)，根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率判斷具體的煤化程度，結(jié)合焦渣性狀判斷煤炭加工利用性質(zhì)、熱值高低。所以，在工業(yè)生產(chǎn)、煤質(zhì)研究方面，揮發(fā)分檢測發(fā)揮著十分重要的作用。

(3)水分檢測

煤炭中含有一定的水分，主要分為兩種，一種是內(nèi)在水分，另一種是外在水分。前者被稱為固有水分，存在于煤炭的毛細(xì)血管中。后者屬于有利水分，存在于表層或細(xì)縫之中。水分會影響煤炭的可燃性，如果水分含量較大，則可燃性較低，發(fā)熱量也會隨之下降。如果水分在11%以上，則可燃性會出現(xiàn)明顯下降的情況，甚至?xí)绊懟痣姀S設(shè)備的正常運作。此外，水分較高的情況下，運作成本也會隨之增加，煤炭性能不足，需要投入的煤炭量增加，所以成本提升。為了避免此類情況的出現(xiàn)，在檢測的過程中，必須要做好水分的檢測。

(4)灰分檢測

煤炭中包含的可燃物質(zhì)充分燃燒后會變?yōu)闅堅?，這些殘渣就是灰分。對于煤炭來說，即使在815℃的條件下也不能充分分解，會在充分燃燒之后殘留一些物質(zhì)。煤炭燃燒的過程中，灰分不具有產(chǎn)生熱量的能力，反之可能會吸收熱量。所以，煤炭的發(fā)熱能力也會受到灰分含量的影響，如果含量較高，則發(fā)熱量較低。如果灰分較高，則需要設(shè)備更高效率的運行，會影響設(shè)備的使用壽命，或者造成堆積，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行?？梢圆捎没颐?、石棉板檢測灰分，在檢測的過程中要嚴(yán)格控制各個操作環(huán)節(jié)，保障檢測的精準(zhǔn)度，然后根據(jù)檢測結(jié)果判斷煤炭質(zhì)量。

(5)含硫量檢測

在煤炭燃燒的過程中，難免會有二氧化硫、硫化氫等產(chǎn)物出現(xiàn)，這些物質(zhì)會造成空氣污染，同時也會破壞鍋爐設(shè)備。如果煤炭中含硫量較高，則會造成鍋爐被腐蝕，并且出現(xiàn)結(jié)焦的問題，進(jìn)而影響設(shè)備的運行效率，甚至帶來一些安全隱患。所以，在煤質(zhì)化驗的過程中，含硫量檢測也是十分重要的一項內(nèi)容，必須要采取有效的檢驗措施。

2.煤質(zhì)化驗對火電廠配煤的指導(dǎo)作用

(1)燃燒特性

在爐前將各種煤種按照比例、原則進(jìn)行混合，生成混煤，使入爐煤和鍋爐設(shè)計煤基本相似，確保鍋爐運行的安全性，同時保障運行的經(jīng)濟性，滿足低負(fù)荷燃燒的需求。在配煤工作中，要堅持相應(yīng)的配煤原則，采用有效的手段和科學(xué)的配比，這樣才能保障鍋爐高效和安全的運行。在配煤的過程中，煤炭的燃燒特性具有一定的影響。分析燃燒特性的過程中，會采用工業(yè)分析的方式，其中最重要的特性就是煤炭的揮發(fā)分，對鍋爐燃燒效果有很大的影響。揮發(fā)分多的煤炭更容易燃燒，點火的難度比較多。反之，如果煤炭揮發(fā)分較少，則點火難度較大，燃燒效果也不理想。所以，在煤炭分類的過程中，揮發(fā)分是重要的指標(biāo)依據(jù)之一。除此之外，發(fā)熱量也是很重要的一項指標(biāo)，對鍋爐的安全性、經(jīng)濟性有一定的影響，對火電廠經(jīng)濟效益的提升、安全運行的保障有很大影響。煤炭質(zhì)量參數(shù)中，可以反映固有性質(zhì)和生產(chǎn)、使用過程的參數(shù)有很多。固有參數(shù)包括水分、發(fā)熱量、元素成分指標(biāo)等等；過程參數(shù)包裹灰熔點、揮發(fā)分等等。這些參數(shù)對煤炭質(zhì)量、燃燒效果有直接影響，在配煤工作中，要充分考慮這些參數(shù)，采用加權(quán)平均數(shù)的方法獲取具體的參數(shù)指標(biāo)。對于揮發(fā)分、灰熔點等參數(shù)在計算后得到的數(shù)值和實際數(shù)值存在一定的誤差，所以在計算過程參數(shù)的過程中，通常不會使用此類參數(shù)指導(dǎo)分配，需要采用工業(yè)分析的方法對過程參數(shù)重新測量，確保精準(zhǔn)性后再應(yīng)用。煤炭在鍋爐內(nèi)的燃燒時間和鍋爐的特性有一定的關(guān)系，火電廠在這方面有嚴(yán)格的要求。例如，煤炭必須要在規(guī)定時間內(nèi)點燃，且燃燒要達(dá)到燃盡的程度，發(fā)出足夠的熱量才能確保鍋爐運行效率，否則會損失能源。在煤質(zhì)化驗工作中，要分析鍋爐配煤的需求，重點分析煤炭的燃燒特性、著火時間、燃盡時間，煤炭在鍋爐中燃燒的時間要經(jīng)過精確的控制和調(diào)整，要控制條件范圍，盡可能縮短著火時間，使煤炭的燃燒時間延長，減少熱量損失。可以通過觀察燃燒器的方式來掌握鍋爐燃煤著火時間，同時結(jié)合噴口著火情況，測定飛灰含碳量，以此推測煤炭的燃燒情況，判斷燃燒結(jié)果，然后采取對應(yīng)的調(diào)整策略。

從此可以看出，要保障配煤工作的質(zhì)量，使煤炭燃燒有更好的條件，必須要準(zhǔn)確測量煤炭燃燒特性指標(biāo)，重點測量煤粉氣流動態(tài)燃燒特性，從而獲取更加真實、直接的數(shù)據(jù)信息。如果在靜態(tài)條件下測試燃燒特性，可以為配煤工作提供更準(zhǔn)確的指導(dǎo)依據(jù)。不同特性的煤炭混合會有很大的特性差異，揮發(fā)分相同的情況下，著火點也會有所不同，灰分和發(fā)熱量相同，但燃盡特性會有所不同。如果沒有掌握煤炭燃燒特性就隨意混合煤炭，會導(dǎo)致燃燒平衡點難以確定，影響鍋爐安全穩(wěn)定的運行。

(2)灰質(zhì)特性

鍋爐結(jié)焦是火電廠鍋爐運行中比較常見的問題，在實際生產(chǎn)的過程中，需要采取有效的措施來解決此類問題，否則會影響鍋爐安全穩(wěn)定的運行。針對結(jié)焦問題，重點研究煤炭中灰軟化溫度，如果t2在1350℃以下，則會出現(xiàn)結(jié)焦的情況。灰的組成成分有著決定性的作用，尤其是堿性氧化物和酸性氧化物的含量影響較大，堿性氧化物含量較高，則酸性氧化物含量比較低，二者比值會較大，灰熔點t2也會隨之下降，鍋爐容易出現(xiàn)結(jié)焦的問題，反之則不容易出現(xiàn)結(jié)焦的情況。此外，灰的粘度也是一個比較常見的敏感指標(biāo)，在粘度較小的情況下，結(jié)焦的可能性則比較大。所以，在配煤的過程中，不僅要參考配煤的煤質(zhì)特性、煤種、煤質(zhì)，還要對t2的混摻設(shè)計進(jìn)行分析，使灰的熔點提升，減少結(jié)焦的問題。

(3)SOx排放

在煤炭燃燒的過程中，控制SOx的排放是首要任務(wù)，尤其在火電廠運行的過程中，要提升火電廠的運行效益，使火電廠可以持續(xù)發(fā)展，必須要采取有效的SOx排放量控制措施。要堅持低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的原則，鍋爐燃燒脫硫技術(shù)可以減少SOx排放量，雖然很多電廠已經(jīng)開始安裝脫硫裝置，但大部分裝置都在國外進(jìn)口，國產(chǎn)化水平較低，需要較高的安裝成本。為了解決此類問題，火電廠可以在配煤階段采用煤質(zhì)化驗的方式對優(yōu)質(zhì)煤進(jìn)行篩選，減少硫分較高的煤炭的使用，對摻配煤種進(jìn)行合理篩選，控制硫分含量，從根本上減少SOx的排放量，滿足綠色環(huán)保的要求，促進(jìn)火電廠持續(xù)發(fā)展。

3.煤質(zhì)化驗技術(shù)在火電廠應(yīng)用中的常見問題

(1)煤樣采取

在煤化驗的過程中，煤樣的采取質(zhì)量會直接影響化驗結(jié)果。在煤樣采取的過程中，如果采樣點分布不均勻，則采取的煤炭樣本會缺少代表性，造成煤炭質(zhì)量無法保障，影響化驗最終結(jié)果。在實際化驗的過程中，要對煤樣的數(shù)量、質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，如果采樣不符合化驗要求、技術(shù)規(guī)范，則會造成化驗準(zhǔn)確性受到影響。在采樣的過程中，影響采樣質(zhì)量的因素有很多，如果沒有采取有效的保障措施，則不僅影響采樣效率還會影響化驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)煤樣制作

在樣品采集結(jié)束后，需要經(jīng)過破碎、混合、干燥等制作過程才能得到用于化驗的煤炭樣本，如果在煤樣制作的過程中，某個環(huán)節(jié)操作不當(dāng)或受到其他因素的影響，會導(dǎo)致煤樣質(zhì)量下降，影響后續(xù)的化驗工作[3]。在破碎的過程中，如果沒有采取合理的破碎方法，或者顆粒度不符合規(guī)范要求，都會影響煤樣中的水分含量，造成化驗結(jié)果不準(zhǔn)確。在混合的過程中，如果沒有控制混合的均勻性，沒有對煤樣進(jìn)行嚴(yán)格的篩選或干燥的過程中沒有保持合理的溫度，都會導(dǎo)致煤樣質(zhì)量受到影響，進(jìn)而降低化驗準(zhǔn)確性。

(3)工業(yè)分析

在工業(yè)分析的過程中，需要根據(jù)煤質(zhì)化驗的要求選擇恰當(dāng)?shù)姆治龇椒?，如果方法選擇不當(dāng)，則分析結(jié)果的準(zhǔn)確性也會受到影響。在實際分析的過程中，分析人員的專業(yè)素養(yǎng)也會影響分析結(jié)果，如果分析人員操作能力不足、專業(yè)知識匱乏，則很容易出現(xiàn)錯誤操作、失誤操作的情況，進(jìn)而影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果在檢測的過程中出現(xiàn)突發(fā)情況，化驗人員缺少應(yīng)急處理的能力，則會影響化驗結(jié)果。

4.煤質(zhì)化驗技術(shù)在火電廠有效應(yīng)用的措施

(1)控制采樣制樣質(zhì)量

在煤質(zhì)化驗的過程中，要采用合理的化驗技術(shù)，充分發(fā)揮煤質(zhì)化驗的作用。為了保障化驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，首先要保障樣本的質(zhì)量，需要從采樣和制樣兩個方面入手。在采樣方面，可以采用八點取樣法，在被采樣周圍選取具有代表性的8個點，采樣數(shù)量為3-5kg。采樣深度為0.4m，不應(yīng)該采取表面的煤樣，因為表面的煤受到氧化影響，性質(zhì)已經(jīng)有所改變[4]。應(yīng)該使用取樣鏟垂直插入煤堆中，如果遇到黃鐵礦、大塊等物質(zhì)，可以舍棄。在采樣之后，如果不立刻進(jìn)行化驗，應(yīng)該密封樣本。在制樣方面，可以采用顎式破碎機進(jìn)行破碎，將粒度破碎控制在13mm以下或6mm以下，如果水分較小，可以直接破碎到6mm以下；縮分采用堆錐四分法，將破碎好的樣品攤鋪成圓錐狀，交叉分成4份，選擇對角的2份，舍掉另外2份，然后混合攤成圓錐狀，縮分到100g左右；烘干可以采用空氣干燥的方法，在不銹鋼盤中攤平縮分后的試樣，厚度在1.5倍粒度以下，在干燥箱溫度升到145℃之后放入試樣，提前3min鼓風(fēng)，然后干燥處理30-40min。全水分分析可以和烘干同時進(jìn)行，將烘干完的試樣放到制樣機中制樣，30s左右可以完成制樣，如果硬度較大，則等1min左右，制樣返程之后應(yīng)該密封保存，避免受潮。

(2)控制化驗操作誤差

在實際化驗的過程中，如果出現(xiàn)操作誤差會直接影響化驗結(jié)果的精準(zhǔn)性。在干燥方面，如果是煤塊比較大的煤樣，則在鋼板上自然風(fēng)干。如果有特殊需求，則采用烘干的方式使煤塊變得干燥，但在烘干的過程中要保持煤塊性質(zhì)不會發(fā)生改變。為了減少失誤操作、錯誤操作的情況，要提升技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)素質(zhì)。要制定詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范，對技術(shù)人員的操作行為進(jìn)行嚴(yán)格的約束和管理，同時也要確保技術(shù)人員的專業(yè)水平，不僅要掌握專業(yè)的化驗知識，還應(yīng)該具備豐富的化驗經(jīng)驗，可以應(yīng)對各種突發(fā)情況。

(3)構(gòu)建信息管理系統(tǒng)

為了提升煤質(zhì)化驗的準(zhǔn)確性，需要采用現(xiàn)代科技，可以構(gòu)建煤質(zhì)化驗管理信息系統(tǒng)。在信息系統(tǒng)的作用下，煤樣運輸車進(jìn)入運煤通道之后，地磅會測量運輸車的重量，LED屏中會直接顯示車輛信息和重量參數(shù)。車輛根據(jù)屏幕安排的路線進(jìn)入機械化采樣區(qū)，利用自動化管理系統(tǒng)進(jìn)行自動化采樣操作，促進(jìn)采樣質(zhì)量和效率的提升。

5.結(jié)語

綜上所述，煤質(zhì)化驗技術(shù)在火電廠管理的過程中發(fā)揮著十分重要的作用，為了提升煤質(zhì)化驗的質(zhì)量，需要了解煤質(zhì)化驗技術(shù)應(yīng)用過程中存在的問題，然后采取針對性的改進(jìn)措施。主要針對采樣、制樣、工業(yè)分析等問題采取改進(jìn)措施，不僅要優(yōu)化采樣和制樣的質(zhì)量，還要提升技術(shù)人員的專業(yè)水平，加強操作管理，同時進(jìn)行信息化、自動化的建設(shè)，提升采樣、制樣、分析的質(zhì)量和效率。