呂心曈

（國家能源集團費縣發(fā)電有限公司，山東 臨沂 273400）

0 引言

入廠煤與入爐煤的熱值差，即規(guī)定時間段內(nèi)，入庫的入廠煤實際化驗值加權平均得出的熱值與消耗的入爐煤實際化驗值加權平均得出的熱值之間的差值。在火電企業(yè)燃料管理中，熱值差的大小直接反映出火電廠燃料管理水平，是一項重要的經(jīng)濟指標。根據(jù)電力行業(yè)相關標準，入廠煤、入爐煤熱值差應小于0.502 MJ/kg[1]，但在當下電力市場緊張的競爭態(tài)勢下，將熱值差控制得越小，對把控燃料成本和節(jié)能減排就越有利。本文選取了國家能源集團費縣發(fā)電有限公司（以下簡稱“費縣公司”）2021年份入廠煤與入爐煤具體的熱值差值，并分析了產(chǎn)生差值的原因，以此提出進一步縮小熱值差的可行措施。

1 入廠煤、入爐煤熱值差對比

費縣公司2019年入廠煤與入爐煤收到基低位熱值月平均值對比如表1所示。

表1 2019年入廠煤與入爐煤收到基低位熱值月平均值情況單位：MJ/kg

由表1可見，費縣公司2019年入廠煤與入爐煤的熱值差呈規(guī)律性變化，因此，對影響熱值差的各項因素進行分析，找到其主要原因，顯得十分重要。

2 入廠煤與入爐煤熱值差產(chǎn)生原因

2.1 全水分、含氫值對低位熱值的影響

低位熱值是指燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量，燃料燃燒產(chǎn)物中的水呈氣態(tài)。高位熱值與低位熱值區(qū)別在于燃燒產(chǎn)物中的水是以液態(tài)形式計算的，包括了水凝結(jié)時產(chǎn)生的熱量?；痣姀S的排煙溫度普遍大于水的凝結(jié)溫度，燃料燃燒產(chǎn)物中的水凝結(jié)產(chǎn)生的熱量是無法回收的，因此，不管是入廠煤還是入爐煤的熱值，用低位熱值來衡量明顯要比高位發(fā)熱量合理得多。

收到基低位熱值計算公式如下：

式中：Qnet，ar為收到基低位發(fā)熱量；Qgr，ad為空氣干燥基高位發(fā)熱量；Had為空氣干燥基氫的質(zhì)量分數(shù)；Mt為收到基全水分（%）；Mad為空氣干燥基水分。

由上式可以得出收到基全水分Mt及含氫量Had對收到基低位熱值影響較大，而根據(jù)以往資料的初步估算，全水分每變化1%，收到基低位發(fā)熱量變化量約為0.25 MJ/kg，一般電廠對于含氫量通常用經(jīng)驗公式測得，所以含氫量也會造成一定的誤差。

由于入爐煤表面水分一直是個變值，受溫度、濕度、蒸發(fā)量等影響較大，要想衡量入爐煤與入廠煤的熱值差，必須先進行全水分的校驗。

空干基高位發(fā)熱量計算公式如下：

式中：Qgr，ad為空干基高位發(fā)熱量；Qb，ad為空干基彈桶發(fā)熱量；94.1為空干基每1%硫的校正系數(shù)；Sb，ad為彈桶洗液測得的含硫量；α為硝酸形成熱校正系數(shù)。

由上式可以發(fā)現(xiàn)，空干基高位發(fā)熱量避免了全水分及含氫量對熱值的影響，因此入廠煤與入爐煤的熱值差應用空干基高位發(fā)熱量衡量較為合理。

2021年入廠煤與入爐煤空干基高位熱值差對比如表2所示。

由表2可見，折算成空干基高位發(fā)熱量以后，入廠煤熱值大多數(shù)情況下是高于入爐煤的，這也符合正常規(guī)律。不過在折算成空干基高位發(fā)熱量以后，存在熱值差超過0.502 MJ/kg、相鄰月份波動較大以及有些月份差值為負的情況。

2.2 入廠煤入庫與入爐煤的消耗周期不同

費縣公司入廠煤煤質(zhì)較雜、煤源不穩(wěn)定，導致不同批次的煤質(zhì)量差距較大，為穩(wěn)定機組安全運行，保證燃煤的經(jīng)濟性以及滿足環(huán)保要求，必須采取配煤摻燒的方式。配煤摻燒決定了入爐煤不會全部直上入爐，而是大部分在煤場暫存，等待配煤摻燒計劃的調(diào)配，這就決定了入廠煤與入爐煤的消耗并不完全同步，因此差值必然存在，這也是有些月份入廠煤與入爐煤熱值差為負數(shù)的一個原因。

2.3 煤場管理帶來的誤差

費縣公司已經(jīng)完成了煤場封閉改造，避免了煤受風吹日曬的影響，但入廠煤只要在煤場堆放，則在存放的過程中，煤必然發(fā)生不同程度的緩慢氧化，嚴重時還會發(fā)生自燃，這些都會使煤的熱值降低，擴大入廠煤與入爐煤的熱值差。不同煤種的化學性質(zhì)也不相同，一般高揮發(fā)分的煤儲存半年左右，熱值損失在6%左右，其他無煙煤、褐煤等損失在1%左右，而貧煤之類的煤損失則在2%以內(nèi)[2]。

2.4 煤質(zhì)檢驗造成的偏差

煤質(zhì)檢驗偏差一般由采樣、制樣和化驗三方面組成，采樣造成的偏差占比達到了80%，制樣造成的偏差在16%，分析化驗占偏差百分比僅為4%[3]，因此采樣和制樣兩方面決定了煤質(zhì)檢驗的可靠性。

2.4.1 采樣偏差

煤炭采樣的目的是獲得一個其檢測結(jié)果可以代表整個煤批的煤樣，而采樣最基本的要求是保證同一批次煤中每一個顆粒都有相同的采中概率。

費縣公司近些年一直采用機械化采樣，而且在2021年11月份升級了入爐煤采樣機設備，因此通過對比設備更替前后入廠煤、入爐煤的熱值差，可以更直觀地看出采樣設備對熱值差的影響程度。

費縣公司之前的入爐煤采樣機是2016年投入使用的江蘇賽摩集團生產(chǎn)的SM型入爐煤采樣機，因為工作年限長，入爐煤采樣機中的破碎環(huán)錘磨損嚴重，所以采樣環(huán)節(jié)一直存在潛在的偏差問題。在入爐煤采樣機性能上，理論上破碎機的出料顆粒度對煤樣的偏差有非常大的影響，至于有多大的影響在實際工作中一直沒有得出明確的結(jié)論。但根據(jù)工作要求，采樣班組每個月都會進行篩分試驗的定期工作，破碎裝置出料粒度篩分試驗數(shù)值低于95%就屬于不合格，按照規(guī)定需聯(lián)系檢修人員進行維修。2021年破碎裝置出料粒度篩分試驗部分數(shù)值如表3所示。

表3 破碎裝置出料粒度篩分試驗數(shù)值

由表3每個月的熱值差情況，結(jié)合入爐煤篩分試驗的數(shù)據(jù)，以及全年對入爐煤采樣機的檢修記錄，可以分析出熱值差與過篩率的關系。

1月份A入爐煤篩分試驗數(shù)據(jù)非常低，到2月3日試驗數(shù)據(jù)已經(jīng)降到了64%，而整個1月份的熱值差達到了0.67 MJ/kg，查詢工作票記錄，在2月9日進行了一次A入爐煤破碎機檢修工作，后續(xù)2、3、4月份的熱值差保持在0.11 MJ/kg左右，有了明顯的提升。

6月5日再次做篩分試驗的時候，A入爐煤篩分試驗數(shù)值又降到78%，對應著5月份熱值差升至0.26 MJ/kg，查詢工作票記錄，6月份進行了一次A入爐煤破碎機檢修工作，對應著6月份、7月份的熱值差再次降低。

由于當時破碎機老舊，新改造入爐煤采樣設備接近建成投入使用，8月份以后就再也沒有對破碎機進行過維修，對應著8、9、10、11月份熱值偏差起伏非常大。

10月27日以后，新改造入爐煤采樣設備開始試用，并在11月1日—15日進行了采樣裝置性能試驗，試驗合格后新設備開始正式投入使用，新改造設備為南京德博利恩機電實業(yè)有限公司生產(chǎn)。

根據(jù)國電南京煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗有限公司對新投入使用的入爐煤采樣機進行的性能試驗技術報告，A、B兩路入爐煤采樣機的采樣精密度分別在0.29%～0.72%和0.16%～0.4%，遠好于期望精密度要求1.6%，但是12月底熱值差數(shù)據(jù)依然比較差。

在排除采樣精密度、過篩率、初級采樣器采樣全斷面對熱值差的影響后，在12月底對新設備進行采樣方案評定時，發(fā)現(xiàn)縮分器前擋板位置過高，導致煤流分布不均勻，僅有1～2次能采到煤樣，存在很大的偏差可能性。

矯正之后，2022年1月份和2月份入廠煤與入爐煤空干基高位熱值差分別為-0.1 MJ/kg和0.15 MJ/kg。這兩個月的熱值差和2021年對比，數(shù)值明顯好于2021年12月份，在整體配煤摻燒計劃沒有新要求、新變動的情況下，基本可以確定新設備熱值差偏大是由縮分器前擋板位置過高不能發(fā)揮平整煤流作用造成的。

2.4.2 制樣偏差

煤質(zhì)檢驗誤差中，制樣誤差占總誤差的16%，制樣環(huán)節(jié)特別是人工制樣環(huán)節(jié)，不同粒度的過篩率對分析樣各項數(shù)值的影響非常大。

費縣公司制樣環(huán)節(jié)使用長沙開元儀器有限公司生產(chǎn)的5E-PA系列聯(lián)合制樣機，可將原始粒度小于13 mm的煤樣直接破碎到3 mm以下。

費縣公司制樣人員在制備粒度為3 mm的一般和公用煤樣之前，按照國標要求使之全部通過3 mm圓孔篩，在嚴格執(zhí)行這一規(guī)定以后，2018年至今，在國家能源集團火電企業(yè)存查煤樣監(jiān)督抽查報告中一直保持優(yōu)異成績，2020—2021年抽檢結(jié)果均為合格，因此，在煤樣制備環(huán)節(jié)，除必要的制備誤差之外，對煤樣熱值化驗結(jié)果影響較大的人為操作幾乎沒有帶來影響。

3 結(jié)論

減小入廠煤與入爐煤的熱值差是火電廠提質(zhì)增效、節(jié)能減排的重要手段之一，同時也突顯出企業(yè)的燃料管理水平。在實際生產(chǎn)中，引起入廠煤、入爐煤熱值差的原因非常多，一般熱值差控制在0.502 MJ/kg之內(nèi)都屬于合理范圍，即便某月份的入廠煤與入爐煤熱值差為負，也是正常情況。

通過文中分析可知，影響熱值差最大的當屬高位熱值與低位熱值的選擇，其次就是采樣誤差對于熱值差的影響。文中參考了大量的原始數(shù)據(jù)、檢修記錄、工作票記錄，分析得出入爐煤采樣機的出料顆粒度過篩率對熱值差具有明顯的影響，在更換新入爐煤采樣機后過篩率、采樣精密度均優(yōu)秀的情況下，縮分器前擋板失效造成的煤流不均勻、采樣點不合格成為影響熱值差的又一重要環(huán)節(jié)。

因此得出結(jié)論，在煤樣采制過程中，要注意采樣機的過篩率和縮分時煤流的均勻性，過篩率的定期工作及設備的定期內(nèi)部檢查能否落實到位非常重要。文中提到的消除入廠煤與入爐煤熱值差的措施，是結(jié)合費縣公司生產(chǎn)實際提出的，對其他企業(yè)只能起到參考作用，但只要立足實際、抽絲剝繭，問題的癥結(jié)終會被找到。