火力發(fā)電廠入爐煤與入廠煤熱值差原因分析與對策

張廣宏，王 鋼

（1.中國電力投資集團(tuán)公司，北京 100033；2.江西中電投新昌發(fā)電有限公司，江西南昌 330117）

0 引言

火力發(fā)電廠入爐與入廠煤熱值差問題在所有燃煤電廠都存在，該問題既是衡量燃料管理工作水平的重要指標(biāo)，也是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)的重要參數(shù)。為更好控制燃料成本，減少損耗，電力行業(yè)多年來對熱值差指標(biāo)一直有控制規(guī)定。在電力部管轄時(shí)期，要求創(chuàng)一流火力發(fā)電廠的入廠與入爐煤熱值差應(yīng)小于502 J/g[1]。自廠網(wǎng)分開改革后，不同的發(fā)電集團(tuán)也相應(yīng)制定了不同的控制目標(biāo)

1 入爐與入廠煤熱值差原因分析

1.1 采樣方式和檢測單元不同對熱值差的影響

采樣是指從大量煤中采取具有代表性的一部分煤的過程。由于煤的不均勻性和入廠煤質(zhì)的不斷變化（均勻程度、顆粒度等參數(shù)），為保證所采取的煤樣能代表批煤品質(zhì)，采樣方案亦需隨之變化。由于入廠煤與入爐煤的檢測狀態(tài)不同，比如入廠煤在火車或汽車上實(shí)施機(jī)械或人工采樣，入爐煤在皮帶煤流上采樣。由于煤樣狀態(tài)不同，采樣方案必然不同，檢測單元也不同，即使在都符合采樣精密度和偏倚要求范圍內(nèi)，也會導(dǎo)致入廠煤和入爐煤的測定值存在差異。根據(jù)誤差理論，采樣誤差約占到整體誤差的80%。

1.2 制樣對熱值差的影響

制樣室按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序和要求，通過篩分、破碎、摻合、縮分操作，逐步減小煤樣粒度及數(shù)量，獲得代表原始煤樣的分析煤樣的過程。制樣程序的合理設(shè)計(jì)和制樣環(huán)節(jié)的嚴(yán)格把控是不可忽視的。如果隨意操作，摻混不均，無法獲得具有代表性的煤樣，也造成熱值的變動，制樣環(huán)節(jié)誤差約占到整體誤差的16%。

1.3 化驗(yàn)對熱值差的影響

相對來講，化驗(yàn)對熱值差的影響是較小的，僅占到總誤差的4%左右。目前由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)階段化驗(yàn)室的硬件配置和軟件水平有了很大提升，環(huán)境誤差、試劑誤差、儀器誤差等系統(tǒng)誤差絕大部分已能滿足熱值差計(jì)算的需要。

1.4 煤炭質(zhì)量的不均勻性

入廠入爐煤的煤質(zhì)均勻程度不一樣，導(dǎo)致入廠入爐煤檢測出的熱值也有差異。有些供應(yīng)商為謀取利益，將劣質(zhì)煤和石塊藏在車底，以次充好，使采集到的煤樣不具有代表性，會入廠煤檢驗(yàn)結(jié)果熱值偏高[2]。

1.5 煤炭儲存的水分變化和熱損失的影響

不同煤種在存儲過程中產(chǎn)生的水分變化、熱值損失程度不同，再加上燒舊存新的周期不同、存儲環(huán)境不同、存儲方式不同，以及風(fēng)吹日曬變化不同，入廠入爐煤的熱值必然產(chǎn)生差異，在量化分析中煤場的熱值損失的估計(jì)經(jīng)驗(yàn)值必須納入考慮范圍。

1.6 統(tǒng)計(jì)計(jì)算中對象不統(tǒng)一

通過上述對影響熱值的因素分析發(fā)現(xiàn)，由于入廠與入爐煤的結(jié)構(gòu)組成是不相同的、統(tǒng)計(jì)對象是不一致的，必然導(dǎo)致入廠入爐煤檢測出的熱值是客觀存在差異的。因此，要使每月的入廠、入爐煤熱值差具有可比性，在核算入廠與入爐煤的熱值差時(shí)，首先要確定每月使用的入爐與入廠煤為相同結(jié)構(gòu)才具有可比性，但實(shí)際生產(chǎn)過程中根本無法做到。

2 入爐與入廠煤熱值差量化分析

南方某火力發(fā)電廠裝機(jī)容量為2×660 MW超超臨界機(jī)組，煤場為開放式干煤棚，最大儲煤量30萬t，入廠煤采樣設(shè)備為MMC-DI型門式火車采樣機(jī)，由浙江杭鉆機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)，入爐煤采樣設(shè)備型號為LT114中部機(jī)械取樣裝置。煤炭采購全部為市場煤，為降低煤炭成本，積極開展配煤摻燒工作，煤種來源較多，入爐煤煤質(zhì)比較復(fù)雜。

2.1 煤種結(jié)構(gòu)變化對熱值差的影響

不同的煤種其揮發(fā)性、粘結(jié)性有很大的區(qū)別，電廠采取摻配摻燒的方法降低燃料成本，從而使入爐煤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這就使熱值差有很大的波動。

該廠1月份入爐煤煤種結(jié)構(gòu)高達(dá)16種，熱值區(qū)間從16 334～23 550 kJ/kg，全水分區(qū)間從3.6%～26.5%。1月份入廠煤加權(quán)平均低位熱值20 540 kJ/kg，全水分8.1%；1月份入爐煤加權(quán)平均低位熱值19 285 kJ/kg，全水分7.76%。通過對比計(jì)算發(fā)現(xiàn)，入爐煤煤種結(jié)構(gòu)不同將對熱值差的影響增大，增大799 kJ/kg，見式（1）。

2.2 采樣對熱值差的影響

入廠、入爐煤須使用性能參數(shù)合格的機(jī)械化采樣機(jī)，從而可確保煤樣具代表性、熱值具準(zhǔn)確性。根據(jù)國標(biāo)GB/T 19494規(guī)定，煤灰分的1/10作為入廠煤的采樣精密度，且小于等于1.6%。根據(jù)《入爐煤和入爐煤粉樣品的取樣方法》規(guī)定，入爐煤采樣精密度應(yīng)不大于±1%。據(jù)趙衛(wèi)[3]對某電廠研究，經(jīng)與入廠煤量加權(quán)計(jì)算，采樣機(jī)共計(jì)影響熱值差增加195 kJ/kg。

該廠入廠煤采樣機(jī)由某省電力用煤質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行了采樣精密度、整機(jī)偏倚鑒定。

（1）采樣精密度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、2所示。

表1 采樣機(jī)A側(cè)檢驗(yàn)記錄

表2 采樣機(jī)B側(cè)檢驗(yàn)記錄

A側(cè)數(shù)據(jù)處理：

灰分測定標(biāo)準(zhǔn)差s=1.13

95%置信概率下的單個(gè)采樣單元精密度為：Pn0/2=2s=2.26

子樣數(shù)為n0的精密度為

查出自由度f的上下限因素分別為1.75（au）和0.70（a1）計(jì)算出精密度上限和下限。

上限=auPn0=0.89%

下限=auPn0=0.36%

由此可證明，該批煤在10個(gè)采樣單元的條件下，灰分測定平均值的真實(shí)精密度在95%置信度，概率下落在0.89%到0.36%的范圍內(nèi)，預(yù)期采樣精密度P預(yù)=1.00%，因?yàn)镻預(yù)=1.00%＞auP=0.89%，說明采樣精度優(yōu)于預(yù)期要求。

對B側(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣的處理，可得：

s=0.48，上限=auPn0=0.，37%

下限=auPn0=0.15%

預(yù)期采樣精密度P預(yù)=1.00%，因?yàn)镻預(yù)=1.00%＞auP=0.37%，說明采樣精度優(yōu)于預(yù)期要求。

（2）整機(jī)偏倚鑒定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3、4所示。

表3 采樣機(jī)A側(cè)機(jī)采與人工參比灰分偏倚試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 采樣機(jī)B側(cè)機(jī)采與人工參比灰分偏倚試驗(yàn)數(shù)據(jù)

A側(cè)離群值檢驗(yàn)：由表所列數(shù)據(jù)可知，可疑值為第12號樣品，dmax=2.47%

∑di2=6.10

酯類化合物是構(gòu)成醬油風(fēng)味的主體物質(zhì)，在醬油中起著香甜、濃郁而柔和的基底作用。如表3所示，本試驗(yàn)共檢出 12種酯類，其中乙酸乙酯所占比例最高，其相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)3.359%，具有強(qiáng)烈的水果香氣，能使醬油香味更為醇厚，對醬油的咸味也有一定緩沖作用，還能平衡醬油的風(fēng)味[31]；不同酯類混合能賦予醬油豐厚濃郁的風(fēng)味，如月桂酸乙酯具有花生香味，棕櫚酸乙酯能產(chǎn)生微弱的果香和奶油香氣等，與空白組相比其相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大幅度提升，對醬油繁雜的風(fēng)味具有很大貢獻(xiàn)。

C=d2max/∑di2=0.203，查最大方差檢驗(yàn)臨界表C臨=0.48，由于C值小于該值，所以該可疑值為非離群值，予以保留。

B側(cè)離群值檢驗(yàn)：由表所列數(shù)據(jù)可知，可疑值為第20號樣品，dmax=1.22%

∑di2=1.49

C=d2max/∑di2=0.255，查最大方差檢驗(yàn)臨界表C臨=0.48，由于C值小于該值，所以該可疑值為非離群值，予以保留。

經(jīng)過試驗(yàn)證明采樣機(jī)不存在實(shí)質(zhì)性偏差，該影響可以忽略。

2.3 入爐煤與入廠煤水分變化對熱值差的影響

2015年1 月份入爐煤入廠化驗(yàn)加權(quán)平均全水分為10.57%，入爐煤加權(quán)平均低位熱值為19 285 kJ/kg，全水分為7.9%。規(guī)定入廠水分為計(jì)價(jià)水分，將其折算為入爐熱值：19 285 kJ/kg×[（100-10.57）÷（100-7.9）]=18 725 kJ/kg，對比發(fā)現(xiàn)：水分變化對熱值差影響減小，減小560 kJ/kg。

2.4 制樣對熱值差的影響

火力發(fā)電廠制樣一般采用聯(lián)合破碎機(jī)，由電力科學(xué)研究院對入廠煤和入爐煤聯(lián)合破碎機(jī)進(jìn)行性能測試。入廠煤聯(lián)合破碎制樣機(jī)對熱值差為正影響，偏高0.6%，入爐煤聯(lián)合破碎制樣機(jī)為負(fù)影響，偏低0.35%。兩者疊加，根據(jù)1月份實(shí)際入廠煤與入爐煤熱值計(jì)算，對熱值差為正影響，增加56 kJ/kg。

2.5 化驗(yàn)對熱值差的影響

2.6 煤場堆放存儲對熱值差的影響

對某電廠2013年上半年入廠煤與入爐煤質(zhì)量研究發(fā)現(xiàn)[4]：如折算到同一水分后，入廠入爐煤熱值差為60 J/kg；若未進(jìn)行水分折算，入廠入爐煤熱值差為20 J/kg。由此看出，不同的算法得出的熱差值相差很大。

該廠1月份消耗煤場存煤39 186 t，加權(quán)平均熱值17 545 kJ/kg，煤種絕大部分為貧瘦煤，查資料熱值損失為1.5%，對熱值差影響為正偏差，影響熱值差增加約200 kJ/kg。

通過以上分析，入爐煤熱值差增加709 kJ/kg，以上不包括入爐煤采樣機(jī)的影響。

3 降低入爐煤與入廠煤熱值差的主要對策

3.1 煤種結(jié)構(gòu)調(diào)整

采購部門按照所確定的入爐指標(biāo)、應(yīng)用線性規(guī)劃并以各項(xiàng)指標(biāo)作為約束條件、以煤價(jià)最低為目標(biāo)來確定。

3.2 采樣設(shè)備管理

3.2.1 人廠采樣機(jī)偏倚和水分損失

采購部門需加強(qiáng)廠外的監(jiān)督，保證入廠煤均勻、水分等參數(shù)符合要求。整改端部采樣機(jī)可降低因其端部存在偏倚及水分損失問題所造成的采樣結(jié)果偏差。

3.2.2 入爐煤采樣機(jī)偏差

由于入爐煤、煤泥摻配，入爐采樣機(jī)常出現(xiàn)堵煤，采樣效果差。聯(lián)系廠家對采樣機(jī)的落煤管及破碎機(jī)等進(jìn)行整改。

3.3 規(guī)范采制化人員操作

采制化人員必須經(jīng)過指定機(jī)構(gòu)的專業(yè)培訓(xùn)并取得相關(guān)的專業(yè)證書；必須使用最新國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并編制作業(yè)指導(dǎo)書。采制化過程需由技術(shù)人員和紀(jì)檢人員監(jiān)督，采制化現(xiàn)場需安裝攝像設(shè)備來監(jiān)督，減少人為因素對熱值差的影響。

3.4 加強(qiáng)煤場管理

3.4.1 科學(xué)分區(qū)堆放

松散的煤堆、較薄的煤層，可降低煤堆溫度，減緩氧化，但缺點(diǎn)是占地大，組堆工作量大、測溫、摻燒也相對麻煩。需根據(jù)現(xiàn)場情況制訂科學(xué)合理的堆放方法。

3.4.2 縮短存煤周期，防止煤場自燃

降低煤炭熱值損失最有效辦法就是縮短存煤周期。高揮發(fā)分褐煤、長焰煤及不黏煤等煤種很易受風(fēng)化變質(zhì)，熱值下降較快，揮發(fā)分相對較低的煤炭是存儲煤的首選。建議電廠一般存放七天用的煤量，注意燒舊存新，采取適當(dāng)?shù)慕禍卮胧?/p>

3.5 統(tǒng)一計(jì)算統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

避免計(jì)算對象的不統(tǒng)一[5]，可適當(dāng)增加熱值差計(jì)算周期到3個(gè)月或半年甚至一年。消除全水分的影響，可以采用入廠與入爐煤基準(zhǔn)的干基高位發(fā)熱量計(jì)算熱值差，或?qū)⑷霃S與入爐煤的收到基低位發(fā)熱量換算成同一全水分下計(jì)算熱值差。

4 結(jié)語

在現(xiàn)階段，煤炭仍舊作為主體能源的地位沒有改變，火力發(fā)電廠只有更深入地探討燃料管理方面存在的問題，并提出合理的解決策略，才能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略才能，并與當(dāng)前社會所提倡的節(jié)能減排所適應(yīng)[6]。

[1]中能電力工業(yè)燃料公司.動力用煤煤質(zhì)檢測與管理[M].北京：中國電力出版社，2000．

[2]龔麗華，張國金，王應(yīng)高，趙靜.火電廠入廠煤與入爐煤熱值差大的原因分析及對策[J].中國電力，2009，42（8）：32-34.

[3]趙衛(wèi).華北電力技術(shù)入廠入爐煤熱值差原因分析及對策[J].華北電力技術(shù)，2013（2）43-55.

[4]王金波.電廠入廠煤與入爐煤熱值差問題探討[J].東北電力技術(shù)，2014，（9）49-52.

[5]李長志.入廠煤與入爐煤熱值差大的原因分析[J].華電技術(shù)，2010，（32）：37-38.

[6]趙岳.火電廠入廠煤與入爐煤熱值差偏大的因素與對策分析[J].煤質(zhì)技術(shù)，2010，（4）：11-13.