入廠煤與入爐煤熱值差大的問題分析

呂心曈

（國(guó)家能源集團(tuán)費(fèi)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(shí)間段內(nèi)，入庫的入廠煤實(shí)際化驗(yàn)值加權(quán)平均得出的熱值與消耗的入爐煤實(shí)際化驗(yàn)值加權(quán)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(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。根據(jù)電力行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，入廠煤、入爐煤熱值差應(yīng)小于0.502 MJ/kg[1]，但在當(dāng)下電力市場(chǎng)緊張的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)下，將熱值差控制得越小，對(duì)把控燃料成本和節(jié)能減排就越有利。本文選取了國(guó)家能源集團(tuán)費(fèi)縣發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱“費(fèi)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(jìn)一步縮小熱值差的可行措施。

1 入廠煤、入爐煤熱值差對(duì)比

費(fèi)縣公司2019年入廠煤與入爐煤收到基低位熱值月平均值對(duì)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(fèi)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(duì)影響熱值差的各項(xiàng)因素進(jìn)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(duì)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(jì)算的，包括了水凝結(jié)時(shí)產(chǎn)生的熱量。火電廠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(jì)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?jǐn)?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(duì)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(duì)于含氫量通常用經(jīng)驗(yàn)公式測(cè)得，所以含氫量也會(huì)造成一定的誤差。

由于入爐煤表面水分一直是個(gè)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(jìn)行全水分的校驗(yàn)。

空干基高位發(fā)熱量計(jì)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(cè)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(duì)熱值的影響，因此入廠煤與入爐煤的熱值差應(yīng)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(duì)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(dòng)較大以及有些月份差值為負(fù)的情況。

2.2 入廠煤入庫與入爐煤的消耗周期不同

費(fèi)縣公司入廠煤煤質(zhì)較雜、煤源不穩(wěn)定，導(dǎo)致不同批次的煤質(zhì)量差距較大，為穩(wěn)定機(jī)組安全運(yùn)行，保證燃煤的經(jīng)濟(jì)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(huì)全部直上入爐，而是大部分在煤場(chǎng)暫存，等待配煤摻燒計(jì)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(fù)數(shù)的一個(gè)原因。

2.3 煤場(chǎng)管理帶來的誤差

費(fèi)縣公司已經(jīng)完成了煤場(chǎng)封閉改造，避免了煤受風(fēng)吹日曬的影響，但入廠煤只要在煤場(chǎng)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(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生自燃，這些都會(huì)使煤的熱值降低，擴(kuò)大入廠煤與入爐煤的熱值差。不同煤種的化學(xué)性質(zhì)也不相同，一般高揮發(fā)分的煤儲(chǔ)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(yàn)造成的偏差

煤質(zhì)檢驗(yàn)偏差一般由采樣、制樣和化驗(yàn)三方面組成，采樣造成的偏差占比達(dá)到了80%，制樣造成的偏差在16%，分析化驗(yàn)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(yàn)的可靠性。

2.4.1 采樣偏差

煤炭采樣的目的是獲得一個(gè)其檢測(cè)結(jié)果可以代表整個(gè)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(gè)顆粒都有相同的采中概率。

費(fèi)縣公司近些年一直采用機(jī)械化采樣，而且在2021年11月份升級(jí)了入爐煤采樣機(jī)設(shè)備，因此通過對(duì)比設(shè)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(shè)備對(duì)熱值差的影響程度。

費(fèi)縣公司之前的入爐煤采樣機(jī)是2016年投入使用的江蘇賽摩集團(tuán)生產(chǎn)的SM型入爐煤采樣機(jī)，因?yàn)楣ぷ髂晗揲L(zhǎng)，入爐煤采樣機(jī)中的破碎環(huán)錘磨損嚴(yán)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(jī)性能上，理論上破碎機(jī)的出料顆粒度對(duì)煤樣的偏差有非常大的影響，至于有多大的影響在實(shí)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(gè)月都會(huì)進(jìn)行篩分試驗(yàn)的定期工作，破碎裝置出料粒度篩分試驗(yàn)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(jìn)行維修。2021年破碎裝置出料粒度篩分試驗(yàn)部分?jǐn)?shù)值如表3所示。

表3 破碎裝置出料粒度篩分試驗(yàn)數(shù)值

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

1月份A入爐煤篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常低，到2月3日試驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)降到了64%，而整個(gè)1月份的熱值差達(dá)到了0.67 MJ/kg，查詢工作票記錄，在2月9日進(jìn)行了一次A入爐煤破碎機(jī)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(yàn)的時(shí)候，A入爐煤篩分試驗(yàn)數(shù)值又降到78%，對(duì)應(yīng)著5月份熱值差升至0.26 MJ/kg，查詢工作票記錄，6月份進(jìn)行了一次A入爐煤破碎機(jī)檢修工作，對(duì)應(yīng)著6月份、7月份的熱值差再次降低。

由于當(dāng)時(shí)破碎機(jī)老舊，新改造入爐煤采樣設(shè)備接近建成投入使用，8月份以后就再也沒有對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行過維修，對(duì)應(yīng)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(shè)備開始試用，并在11月1日—15日進(jìn)行了采樣裝置性能試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后新設(shè)備開始正式投入使用，新改造設(shè)備為南京德博利恩機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)。

根據(jù)國(guó)電南京煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)有限公司對(duì)新投入使用的入爐煤采樣機(jī)進(jìn)行的性能試驗(yàn)技術(shù)報(bào)告，A、B兩路入爐煤采樣機(jī)的采樣精密度分別在0.29%～0.72%和0.16%～0.4%，遠(yuǎn)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(jí)采樣器采樣全斷面對(duì)熱值差的影響后，在12月底對(duì)新設(shè)備進(jìn)行采樣方案評(píng)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)縮分器前擋板位置過高，導(dǎo)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(gè)月的熱值差和2021年對(duì)比，數(shù)值明顯好于2021年12月份，在整體配煤摻燒計(jì)劃沒有新要求、新變動(dòng)的情況下，基本可以確定新設(shè)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(yàn)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(duì)分析樣各項(xiàng)數(shù)值的影響非常大。

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

費(fèi)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(guó)標(biāo)要求使之全部通過3 mm圓孔篩，在嚴(yán)格執(zhí)行這一規(guī)定以后，2018年至今，在國(guó)家能源集團(tuán)火電企業(yè)存查煤樣監(jiān)督抽查報(bào)告中一直保持優(yōu)異成績(jī)，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(duì)煤樣熱值化驗(yàn)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(shí)也突顯出企業(yè)的燃料管理水平。在實(shí)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(fù)，也是正常情況。

通過文中分析可知，影響熱值差最大的當(dāng)屬高位熱值與低位熱值的選擇，其次就是采樣誤差對(duì)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(jī)的出料顆粒度過篩率對(duì)熱值差具有明顯的影響，在更換新入爐煤采樣機(jī)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(diǎn)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(jī)的過篩率和縮分時(shí)煤流的均勻性，過篩率的定期工作及設(shè)備的定期內(nèi)部檢查能否落實(shí)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(fèi)縣公司生產(chǎn)實(shí)際提出的，對(duì)其他企業(yè)只能起到參考作用，但只要立足實(shí)際、抽絲剝繭，問題的癥結(jié)終會(huì)被找到。