大型電站燃煤損耗測評及其治理技術的發展趨勢

鐘丁平 林木松 陳曉強

（1.廣州粵能電力科技開發有限公司，廣東 廣州 510699；2.廣東電網有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州 510080）

1 產生燃煤損耗的原因

大型電站燃煤損耗包括數量損耗和熱量損耗兩個方面。數量損耗俗稱“虧噸”，產生數量損耗的原因包括途損、風損、雨損、氧化損耗等。熱量損耗俗稱“虧卡”，造成熱量損耗的主要原因是煤的氧化，按照氧化程度分為低溫氧化和自燃。低溫氧化階段煤表面吸附氧氣，形成中間產物：氧化基/過氧化絡合物，放出熱量，而到達自燃階段，煤燃燒放出大量熱量，造成的熱損失更大，如果發生充分燃燒，其反應熱等于煤本身的熱值；其次風損、雨損造成部分細小顆粒的煤炭損失，也會引起熱值損耗。燃煤損耗既造成電站的發電成本大幅增加，又造成環境受到嚴重污染[1]，因此，行業標準《火力發電廠能量平衡導則 第2 部分：燃料平衡》（DL/T 606.2-2014）[2-3]以及《電力工業燃料管理辦法》均對燃煤的數量損耗及熱值做了相關的規定，要求數量損耗不得高于統計期內日均儲煤量的0.5%，熱值損耗量不得高于502 J/g，測評方法是通過統計期內燃煤出入賬的不平衡量進行統計分析。以下對煤場損耗的測量統計方法進行詳細介紹。

2 燃煤損耗測量統計

2.1 煤量損耗測量統計

2.1.1 煤量的測量

統計期內入廠煤、入爐煤計量以皮帶秤為準。皮帶秤在使用前應進行校準，皮帶秤的校準包括鏈碼校準、掛碼校準、實物校準等方式。

由于統計期內燃用的入爐煤不一定全是統計期內入廠煤，也可能部分是存煤，統計期內的入廠煤部分可能等到統計期后燃用。因此，在統計存煤量時，應統計統計期開始時的存煤量和結束時的存煤量。存煤量包括煤場、煤粉倉、原煤倉的存量。由于煤粉倉、原煤倉存量計量的難度較大，并且相對于煤場存量來說較小，因此，通常在測量時將煤粉倉、原煤倉的開始和結束存量保持一致，例如：都是滿倉，這樣，煤粉倉、原煤倉開始和結束存量差值為零。煤場存煤量等于體積乘密度，測量工作包括體積測量和密度測量兩部分。如果煤場由多個不同煤種的煤堆組成，應分別測量各個煤堆的質量，煤場的存量為各個煤堆的質量之和。體積測定方法：采用激光盤煤儀測定存煤堆積體積。密度測定方法：用臺秤稱量容器的皮重，稱準至0.5 kg；用鐵鏟小心裝煤于容器中，要求煤樣落下的高度不超過0.6 m，煤樣裝至高出容器頂100 mm，用硬直板將高出部分除去，使煤樣面與容器頂部平齊，稱總重。結果計算如式（1）。

式中：Ds,ar為收到基堆積密度，t/m3；m0為容器的皮質量，t；m1為總質量，t；V為容器的體積，m3。重復性：0.04 t/m3。

2.1.2 加權平均全水分值的計算

入廠煤、入爐煤、存煤量的平均全水分值采用加權平均值更為合理。計算公式如式（2）。

2.1.3 日均貯煤量計算

統計期日貯煤量計算公式如式（3）。

式中：Brzm為統計期煤場當日貯煤量，t；Bszm為統計期煤場上一日庫存量，t；Bdrc為統計期當日入廠煤量，t；Bdrl為統計期當日入爐煤量，t。

統計期日均貯煤量為平衡試驗周期日貯煤量的算術平均值。

2.1.4 煤場數量損耗量及損耗率計算

煤場數量損耗為統計期內的入廠煤量與開始時的存煤量之和減去入爐煤量和結束時的存煤量，同時，還要考慮入廠煤、入爐煤、存煤的全水分差別，需要將入爐煤、存煤的質量換算為入廠煤水分基準下。由于水分增加使質量增加，因此，其基準的換算系數與發熱量的換算系數成倒數關系。由于原煤倉及煤粉倉在開始和結束時均為滿倉，前后的差值為零，在公式中不體現出來，計算公式如式（4）。

式中：Bcs為統計期燃煤損耗量，t；Brc為統計期內入廠煤量，t；Bpk為統計期開始時煤場盤點貯煤量，t；Brl為統計期入爐煤量，t；Bpj為統計期結束時煤場盤點貯煤量，t；其他參數如上。

存煤損耗率為統計期燃煤損耗量與統計期內日均存煤量之比。

例如：在《數學廣角——搭配（二）》一課的課堂教學過程中，我就是以構建生活化教學情境的方式，促進生態化小學數學課堂的構建的。

根據以上方法對省內5 個電廠兩年的煤場數量損耗進行測量和統計得到各廠的損耗量和損耗率，見表1。

表1 各廠年度數量損耗

由表1 可見，大部分電廠的年度損耗率超過行業標準《火力發電廠能量平衡導則 第2 部分：燃料平衡》（DL/T 606.2-2014）關于煤場損耗率不能超過日均儲煤量0.5%的規定。從實際損耗量來年損耗煤量上萬噸，電廠4 年度數量損耗率達2.34%，按煤價800 元/t 計算，每年經濟損失達1060 萬元。可見，由于煤場損耗引起的經濟損失還是非常巨大的。

2.2 熱量損耗測量統計

燃煤在存儲過程由于受氧化作用，必然存在一定的熱值損失，損耗量為進廠煤與入爐煤熱值差。由于燃用的入爐煤不一定全部是統計期內的進廠煤，可能部分是統計期前的進廠煤，因此，在進行進廠煤的熱值統計時，應注意進廠煤與入爐煤的對應性問題，也就是要找到入爐煤對應的進廠煤，而不能將統計期的進廠煤熱值直接與入爐煤熱值相減；其次，由于煤質差別較大，因此在測量統計進廠煤與入爐煤熱值時采用加權平均法。計算式如式（5）。

進廠煤熱值平均值采用每一批的熱值與煤量進行加權平均，入爐煤熱值平均值采用統計期內每天的熱值與煤量進行加權平均。

此外，進廠煤在存放過程中由于受到氣候條件的影響水分發生變化。水分是煤中的不可燃物質，它的變化引起熱值的變化，因此，在進行統計時應扣除水分帶來的影響，需要進行基準換算。同時，對于低位熱值的換算還要考慮水汽化熱的影響，因此，熱值損耗的計算公式如式（6）。

由表2 可見，電廠5 燃用的是褐煤，而其它電廠燃用是煙煤，電廠5 的年均熱值損耗高于其他電廠，說明褐煤相對于煙煤更加容易氧化，因此，熱值損耗偏高。其次，燃煤存放時間對熱值損耗也有影響。大部分電廠燃煤的周轉速度快，在煤場存放時間不會超過1個月，有的只有一兩周就燃掉，因此，大部分電廠熱值損耗低于0.502 MJ/kg。電廠4 采用倉儲式存煤，而其它電廠采用的是露天式存煤，倉儲式存煤由于受空間的限制，一些墊底煤難于被及時翻出來燃燒，造成少部分煤存放時間較長，所以熱值損耗比露天式存煤大。綜上所述，存放時間越長，熱值損耗越大。

表2 各廠年度熱值損耗

熱值損耗增加煤耗，當損耗為0.502 MJ/kg 時相當于提高標準煤耗1.7%，相對于標準煤耗為300 g/kW·h 時，增加標準煤耗5 g/kW·h。2021 年電廠5 熱值損耗達到0.58 MJ/kg，該廠當年進廠煤量72 940 t，相當于損失燃煤74 345 t，經濟損失達5900 萬元，由此可見熱值損失造成經濟損失也是非常巨大。

3 煤場損耗治理技術

由以上的分析可見，煤場損耗造成嚴重經濟損失，大幅提高發電成本，同時還造成嚴重的環境污染，因此，對煤場損耗的治理一直受到人們的重視。煤場損耗的治理主要有物理方法和化學方法兩種。物理方法主要是灑水和隔離風雨的措施；化學方法主要通過在煤堆表面噴灑化學試劑，化學試劑固結后在煤堆表面形成類似“殼”的防護層，達到阻隔風雨和避免低溫氧化的作用。

3.1 物理方法

用來治理煤場損耗的物理方法有灑水、防風林、抑塵網、覆蓋塑料薄膜、干煤棚、密閉儲煤倉等。表3 為目前常用物理方法的作用機理及優缺點。

表3 常用的治理煤場損耗的物理方法

表4 減損率

采用物理方法治理煤場損耗原理簡單，也具有一定的效果，但是灑水、覆蓋塑料薄膜操作起來工作量大，需要大量的人力、物力，建筑抑塵網、干煤棚、密閉儲煤倉需要高昂的建設費用[4]，同時像干煤棚、密閉儲煤倉這些設施由于位置受限，不易翻堆，對墊底煤造成的自燃等問題較難處理，因此，物理方法逐漸會被化學方法代替。

3.2 化學治理技術及其發展趨勢

化學治理方法主要是通過抑塵、防止雨水沖蝕、低溫氧化進行治理。抑塵劑通過黏結、凝并、潤濕、保水等作用，將細小顆粒凝并為大顆粒，增加塵粒之間的相互作用力，增加塵粒的水分含量，達到抑塵的效果。

抑塵劑按照其作用分為潤濕型、黏結型、凝聚型、復合型等。潤濕型抑塵劑由表面活性劑和無機鹽組成，表面活性劑能夠降低水的表面張力，提高對粉塵的潤濕效果，吸濕性無機鹽起著吸濕保水的作用。黏結型抑塵劑分為有機和無機兩類。有機黏結型抑塵劑早期為重油、渣油等油類產品，由于此類產品容易對環境產生污染，而且常溫下為固態，實施噴灑時需要加熱液化，流動性差，噴灑的均勻性差，成本較高，因此目前使用較少。目前新型抑塵劑是由高分子聚合物合成，聚合物中的交聯分子在煤堆表面形成網狀結構，分子間又具有各種離子基團，由于電荷密度大，與塵粒之間產生較強的親合力，它通過捕捉、團聚塵粒，將塵粒緊鎖在網狀結構中，起著潤濕、黏結、凝結、吸濕、抑塵作用，能夠將煤堆表面的煤粒固結形成一層殼狀結構，同時還有良好成膜性，在煤堆表面形成防護膜。無機黏結型抑塵劑主要包括鹵化物、高嶺土等。凝聚型抑塵劑由水分劑組成，通過保持塵粒較高含水量達到抑塵目的，分為無機吸水鹽類和高倍吸水樹脂兩類。無機吸水鹽類主要有CaCl2、MgCl2等，無機吸水鹽類由于腐蝕性而且對水泥等建筑材料有危害性，因此，逐漸減少應用。高倍吸水樹脂由高分子聚合物組成，其吸水保水能力強，得到廣泛應用。雨水對煤堆的作用包括滲透和沖蝕作用，煤中的細小顆粒被雨水沖蝕造成損耗，而雨水的滲透造成燃煤的含水量提高，增加鍋爐燃燒熱損失。抑塵劑能夠在煤堆表面形成防護膜[5-8]，對雨水有一定隔離作用，但是許多高分子涂膜的分子與分子之間總是有一些間隙，其寬度約為幾個納米，單個水分子是完全能夠通過的，因此，受到大雨或暴雨的沖刷，仍會有雨水進入煤中。同時抑塵劑在煤堆表面形成的防護膜會被破壞造成沖蝕，在抑塵劑的配方中加入阻水劑[5]，通過阻水劑的疏水性能進一步加強防護膜的隔水性能，降低雨水對煤堆的滲透和沖蝕。對于低溫氧化損耗，采用能吸濕隔氧降溫、負催化作用、分解的惰性氣體稀釋氧氣、捕獲煤氧化鏈反應中的自由基等作用遏制煤的低溫氧化。復合型抑塵劑由多種抑塵劑復合而成，兼顧各種抑塵劑的性能，綜合解決揚塵、雨水滲透與沖蝕、低溫氧化等問題，在配方選擇上添加多種功能助劑，使各個效果之間相互包容，而不是相互抵觸。

對4 廠使用YT4 型復合抑塵劑進行治理，每萬噸煤噴灑藥劑1.02 t，年用量58 t，減損率達93%以上。

4 結語

煤場的損耗主要來自揚塵、雨水滲透與沖蝕、低溫氧化這三大因素。經過對煤場損耗的實際測量表明，煤場存在著較大的損耗，數量損耗每年可達1000 萬元，熱值損耗每年可達6000 萬元。由此可見，煤場損耗造成的經濟損失巨大，因此對煤場損耗的治理是非常必要的。從目前來看，物理治理方法仍較為普遍，但是物理方法費時費力，效果不持久，若采用建筑物的方式則需要昂貴的費用，動輒上億元，還需要大量的維護費用，因此逐漸被成本較為低廉的化學治理方法代替。通過復合型抑制劑在電廠的應用，可以降低燃煤損耗達93%以上，為電廠帶來可觀的經濟和社會效益，因此環保復合型抑塵劑是將來的發展方向。