王 超 ，高子琦 ，王東路 ，劉穎琳 ，于 磊

（1.國(guó)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(chǎng)化的發(fā)展，煤炭?jī)r(jià)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(dòng)較大。

電廠入廠煤與入爐煤之間的熱值差是評(píng)價(jià)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(huì)對(duì)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(jì)數(shù)據(jù)，從熱值差對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響入手，引入“單位熱值價(jià)格”的概念，提出電廠控制熱值差的必要性。單位熱值價(jià)格是指煤炭的價(jià)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(jià)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(jì)。

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

由表1可以看出，雖然該電廠燃料管理部門對(duì)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(jì)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(shí)性決定了煤質(zhì)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)人員在確定采樣方案時(shí)，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(yùn)行周期互相吻合。

由于原煤樣在運(yùn)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(huì)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(shí)電廠根據(jù)自身特點(diǎn)，運(yùn)用電腦隨機(jī)布點(diǎn)、車輛自動(dòng)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(gè)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?yàn)榧夹g(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(huì)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(duì)某煤樣進(jìn)行了升溫氧化實(shí)驗(yàn)：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(dòng)，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(duì)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(gè)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(shí)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(shí)，會(huì)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(shí)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(cè)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(shí)對(duì)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(yàn)

目前涉及煤的熱值差的化驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是GB／T 212—2008《煤的發(fā)熱量測(cè)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(duì)該電廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)彈筒發(fā)熱量Qb，ad查看，發(fā)現(xiàn)化驗(yàn)工作存在的問題有：全水分檢測(cè)未進(jìn)行檢查性干燥，這樣會(huì)導(dǎo)致全水分測(cè)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(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)熱量在采用苯甲酸反標(biāo)時(shí)已經(jīng)超標(biāo)，卻未采取措施，難以保證化驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；入廠煤與入爐煤全水分與氫含量測(cè)定周期的不統(tǒng)一；采用自動(dòng)水分測(cè)試儀進(jìn)行水分的測(cè)試，該設(shè)備未與烘箱法進(jìn)行比對(duì)，無法判斷它的準(zhǔn)確性。

電廠熱值差以計(jì)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(shí)驗(yàn)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(duì)設(shè)備進(jìn)行定期標(biāo)定。

表2 煤自熱期四級(jí)氧化過程

2.4 煤場(chǎng)實(shí)際堆放時(shí)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(chǎng)存放一段時(shí)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(chǎng)安全的可能，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

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

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

表3 煤場(chǎng)不同堆放時(shí)間熱值差數(shù)據(jù) J／g

從表3可以看出，盡管對(duì)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(shí)間愈長(zhǎng)，熱值差愈大，這說明煤場(chǎng)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(gè)原因。

2.5 熱值差統(tǒng)計(jì)周期

熱值差統(tǒng)計(jì)周期是熱值差偏大的原因之一，入廠煤熱值受煤炭市場(chǎng)和電廠自身經(jīng)營(yíng)決策影響表現(xiàn)得有起有伏，該電廠以一個(gè)月作為熱值差的統(tǒng)計(jì)周期，統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，入廠煤受煤場(chǎng)存煤和配煤的影響應(yīng)該與入爐煤在熱值統(tǒng)計(jì)上相互對(duì)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(chǎng)儲(chǔ)存和熱值差統(tǒng)計(jì)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(duì)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(duì)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(yàn)公式，監(jiān)督檢測(cè)數(shù)據(jù)的合理性和可靠性，隨時(shí)掌握熱值差的變化情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)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。