大煤堆密度與質(zhì)量的關(guān)系及其在能源利用中的重要性

＊李 迪

（遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院 遼寧 110000）

大煤堆是傳統(tǒng)能源領(lǐng)域常見的儲(chǔ)煤方式之一。然而，過高或過低的煤堆密度會(huì)對(duì)能源利用效率和環(huán)境產(chǎn)生重要影響。因此，控制大煤堆的密度至關(guān)重要。本文將探討大煤堆密度與質(zhì)量之間的關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)了在能源利用中控制大煤堆密度的重要性。

1.背景介紹

煤炭是我國(guó)最主要的能源來源之一，占據(jù)著能源消費(fèi)總量的60%左右。全球煤炭消費(fèi)量繼續(xù)增加，2022年全球煤炭消費(fèi)161艾焦，比上年增長(zhǎng)0.6%，是自2014年以來的最高煤炭消費(fèi)水平。煤炭需求的增長(zhǎng)主要由中國(guó)（1%）和印度（4%）推動(dòng)。大煤堆是煤炭?jī)?chǔ)存和供應(yīng)鏈中常見的一種方式。然而，大煤堆的密度對(duì)能源利用效率和環(huán)境影響起著重要作用。煤堆的密度指的是單位體積內(nèi)的煤炭質(zhì)量。高密度的大煤堆可以儲(chǔ)存更多的煤炭，并提供穩(wěn)定的供應(yīng)，從而保證能源的安全和可靠性。同時(shí)，高密度的大煤堆還可以減少燃燒過程中的能源損耗，提高能源利用效率。然而，大煤堆的密度受到多種因素的影響，包括煤炭的質(zhì)量、物理性質(zhì)、濕度及堆放方式等。不同的煤炭質(zhì)量和物理性質(zhì)會(huì)導(dǎo)致不同的堆放特性和密度。此外，煤炭?jī)?chǔ)存方式也會(huì)影響其他能源形式，具體體現(xiàn)在以下方面：煤炭?jī)?chǔ)存方式的變化，如改為使用地下或地面筒倉(cāng)儲(chǔ)存，可以降低煤炭的儲(chǔ)存成本，從而會(huì)對(duì)能源價(jià)格產(chǎn)生影響。

2.大煤堆密度與質(zhì)量的關(guān)系

(1)煤的物理性質(zhì)與密度關(guān)系

煤的密度是指單位體積內(nèi)煤的質(zhì)量，通常以kg/m3為單位。煤的物理性質(zhì)（如水分含量、煤粒分布參數(shù)、粒度等）對(duì)其密度有著直接影響。在5%～11%內(nèi)，水分越低，堆密度越高，且隨水分的降低，堆密度增加的趨勢(shì)越強(qiáng)；隨著煤粒分布參數(shù)的增加，堆密度先降低后增加，在0.6左右時(shí)堆密度最低，在0.3左右堆密度最高，說明粒度分布范圍越寬，堆密度越高，也就是煤粒分布參數(shù)越小堆密度越高。

(2)大煤堆密度的測(cè)量方法

大煤堆的密度與其質(zhì)量之間存在一定的關(guān)系，煤堆的密度越高，其所含的煤炭總質(zhì)量也就越大。這意味著在有限的空間內(nèi)，高密度的大煤堆可以儲(chǔ)存更多的煤炭，并提供更多的能源。煤炭的密度是指單位體積內(nèi)煤的質(zhì)量，通常以kg/m3為單位。煤炭的密度受到多種因素的影響，包括煤質(zhì)特征、粒度分布、含水量和堆放方式等。例如，高揮發(fā)分、灰分和硫分的煤炭通常具有較低的密度，而含碳量高、固定碳多的煤炭則往往具有較高的密度。

常用的大煤堆密度測(cè)量方法如表1所示，大煤堆的密度可以通過多種測(cè)量方法來獲得。

表1 大煤堆密度測(cè)量方法

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需求和條件，選擇合適的方法來測(cè)量大煤堆的密度。準(zhǔn)確測(cè)量大煤堆的密度可以幫助優(yōu)化能源管理和儲(chǔ)存，提高能源利用效率。

(3)大煤堆密度與煤質(zhì)的關(guān)系

大煤堆的密度與質(zhì)量密切相關(guān)。較高的密度意味著更多的煤炭可以儲(chǔ)存在有限的空間內(nèi)，從而提高了能源利用效率。相反，較低的密度會(huì)導(dǎo)致大量的空隙和不規(guī)則堆放，影響了能源利用的穩(wěn)定性和效率。大煤堆密度的控制與煤炭的質(zhì)量也密切相關(guān)。煤炭的物理性質(zhì)、粒度分布和濕度等因素都會(huì)影響煤堆的密度。例如，具有較高的揮發(fā)分和灰分含量的煤炭通常具有較低的密度，而具有較低灰分和硫分含量的煤炭則更容易形成緊湊的堆放。此外，濕度過高也會(huì)導(dǎo)致煤堆變松散，進(jìn)一步降低密度。因此，在控制大煤堆密度時(shí)需要考慮煤炭的質(zhì)量特性。

(4)大煤堆密度對(duì)能源利用的影響

大煤堆的密度對(duì)于能源利用具有重要影響。首先，高密度的大煤堆燃燒時(shí)能夠釋放更多的熱量，從而提供更多的能量。其次，高密度的大煤堆在燃燒過程中燃燒速率較慢，可以減少煤炭的損耗和浪費(fèi)，提高燃燒效率。此外，大煤堆密度還會(huì)影響燃燒過程中產(chǎn)生的廢氣和灰渣的排放量和成分，從而對(duì)環(huán)境污染有一定影響。

3.大煤堆密度在能源利用中的重要性

(1)能源利用中大煤堆密度的地位

大煤堆密度在能源利用中扮演著重要的角色。具有高密度的大煤堆可以提供更多的能量，從而提高能源利用效率。以下是大煤堆密度在能源利用中的幾個(gè)重要方面：①能源儲(chǔ)存和運(yùn)輸：高密度的大煤堆占用較小的空間，能夠有效儲(chǔ)存和運(yùn)輸更多的煤炭。這對(duì)于煤炭產(chǎn)地和消費(fèi)地之間的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸尤為重要，可以降低運(yùn)輸成本和環(huán)境影響。②燃燒效率：在燃燒過程中，高密度的大煤堆能夠減少煤炭的損耗和浪費(fèi)。由于煤炭顆粒緊密堆放，燃燒時(shí)接觸面積較小，燃燒速率較慢，可以更充分地釋放熱能，提高燃燒效率。③環(huán)境保護(hù)：大煤堆的密度會(huì)影響燃燒過程中產(chǎn)生的廢氣和灰渣的排放量、成分。高密度的大煤堆能夠減少燃燒過程中產(chǎn)生的廢氣排放，降低環(huán)境污染。因此，提高大煤堆的密度對(duì)于能源利用效率的提升、燃燒過程的穩(wěn)定性以及環(huán)境保護(hù)都具有重要意義。在能源開發(fā)和利用過程中，應(yīng)注重優(yōu)化大煤堆的密度，并采取相應(yīng)措施來提高其密度，以實(shí)現(xiàn)更有效地利用煤炭資源的目標(biāo)。

(2)大煤堆密度對(duì)能源轉(zhuǎn)化效率的影響

大煤堆的密度對(duì)能源轉(zhuǎn)化效率有著直接的影響。以下是大煤堆密度對(duì)能源轉(zhuǎn)化效率的幾個(gè)關(guān)鍵影響因素：①燃料供給：高密度的大煤堆可以提供更多的煤炭質(zhì)量，使得能源供給更加充足。這對(duì)于能源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和持續(xù)供應(yīng)至關(guān)重要。②燃燒過程控制：大煤堆的密度決定了燃燒過程中氧氣與煤炭顆粒之間的接觸表面積。高密度的大煤堆能夠?qū)崿F(xiàn)更好的氧化反應(yīng)，提高燃燒效率。此外，高密度的大煤堆還能夠減少燃燒時(shí)的通風(fēng)損失，進(jìn)一步提高能源轉(zhuǎn)化效率。③廢棄物排放：大煤堆的密度也會(huì)影響燃燒過程中產(chǎn)生的廢棄物排放，如煙塵、二氧化硫和氮氧化物等。高密度的大煤堆能夠減少?gòu)U棄物排放量，降低環(huán)境污染程度。因此，通過提高大煤堆的密度，可以優(yōu)化能源轉(zhuǎn)化過程，提高能源利用效率和轉(zhuǎn)化效率。這將有助于減少能源浪費(fèi)、促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展，并降低對(duì)環(huán)境的不良影響。在能源利用中，注重大煤堆密度的控制和管理是實(shí)現(xiàn)高效能源轉(zhuǎn)化的重要方面。

(3)大煤堆密度對(duì)污染物排放的影響

大煤堆的密度對(duì)于能源利用中的污染物排放有著重要影響。以下是大煤堆密度對(duì)污染物排放的幾個(gè)關(guān)鍵影響因素：①燃燒效率：高密度的大煤堆能夠提供更充分的燃料，使得燃燒過程更加完全和穩(wěn)定，可以減少燃燒不完全產(chǎn)生的廢氣和顆粒物排放，降低空氣污染。②燃燒溫度：大煤堆密度的增加會(huì)提高燃燒過程中的溫度，從而促進(jìn)污染物的燃燒和分解。對(duì)于不同煤種，當(dāng)預(yù)熱溫度日漸提升時(shí)，相應(yīng)的堆密度會(huì)表現(xiàn)出近似等同的變化，溫度達(dá)到200℃時(shí)，水分大約為2%，在這一狀態(tài)下，堆密度最大，若繼續(xù)提升溫度，則堆密度提高幅度不明顯，有時(shí)還會(huì)有所下降，因此，要做到合理管控。③氣流控制：大煤堆密度的增加可以改善燃燒過程中的氣流動(dòng)態(tài)，減少通風(fēng)損失和冷卻效應(yīng)。有助于保持較高的燃燒溫度和較低的氧氣濃度，減少氮氧化物（NOx）的生成。④廢棄物生成：高密度的大煤堆能更好地控制燃燒過程中的廢棄物生成。部分廢棄物在燃燒過程中被還原或轉(zhuǎn)化，從而減少有害物質(zhì)的排放。通過提高大煤堆的密度，可以有效地降低能源利用過程中產(chǎn)生的污染物排放。這對(duì)于保護(hù)環(huán)境、改善空氣質(zhì)量以及減少對(duì)健康的不良影響具有重要意義。

(4)大煤堆密度對(duì)能源安全的影響

大煤堆密度對(duì)于能源安全具有重要影響。以下是大煤堆密度對(duì)能源安全的幾個(gè)關(guān)鍵影響因素：①儲(chǔ)存容量：高密度的大煤堆可以提供更大的儲(chǔ)存容量，確保能源供應(yīng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性。這對(duì)于滿足能源需求、調(diào)節(jié)能源市場(chǎng)和維護(hù)能源安全至關(guān)重要。②運(yùn)輸效率：高密度的大煤堆占用較小的空間，可以提高煤炭的運(yùn)輸效率。這有助于減少能源供應(yīng)鏈條中的物流成本，并降低能源運(yùn)輸過程中的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。③供應(yīng)保障：高密度的大煤堆意味著更多的煤炭?jī)?chǔ)備，為能源系統(tǒng)提供更長(zhǎng)時(shí)間的供應(yīng)保障。這對(duì)于應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、自然災(zāi)害或能源供應(yīng)中斷具有重要意義。④防火和安全：適當(dāng)控制大煤堆的密度可以減少火災(zāi)和安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。較高的密度可以使煤堆更加緊密和穩(wěn)定，減少煤塵的揚(yáng)散和自燃的可能性。綜上所述，大煤堆密度對(duì)于能源安全具有重要影響。通過優(yōu)化大煤堆的密度，可以提高能源的儲(chǔ)存能力、運(yùn)輸效率和供應(yīng)保障，從而增強(qiáng)能源系統(tǒng)的韌性和抗災(zāi)能力。

4.大煤堆密度控制措施

(1)優(yōu)化煤炭采購(gòu)和庫(kù)存管理

①合理規(guī)劃煤炭采購(gòu)：根據(jù)能源需求和預(yù)測(cè)進(jìn)行合理的煤炭采購(gòu)計(jì)劃。通過與供應(yīng)商建立穩(wěn)定的合作關(guān)系，確保及時(shí)供應(yīng)，并避免過多或過少采購(gòu)導(dǎo)致的煤堆密度問題。②優(yōu)化庫(kù)存管理：實(shí)施科學(xué)的庫(kù)存管理策略，包括定期檢查庫(kù)存情況、及時(shí)補(bǔ)充和調(diào)整、減少?gòu)U棄和損耗等。根據(jù)煤炭的特性和需求變化，合理安排庫(kù)存數(shù)量和布局，有效控制煤堆密度。③采用先進(jìn)的堆垛技術(shù)：選擇適用的堆垛技術(shù)，如平面堆垛、圓形堆垛或錐形堆垛等，以最大程度地提高煤炭堆疊效率和容量利用率。通過合理設(shè)計(jì)和布置堆垛場(chǎng)地，減少大煤堆的面積占用，從而提高密度。④精確控制濕度和質(zhì)量：定期監(jiān)測(cè)和控制煤炭的濕度和質(zhì)量。濕度過高會(huì)導(dǎo)致煤堆變松散，密度降低；而濕度過低則會(huì)增加煤塵生成的風(fēng)險(xiǎn)。通過合理的濕度調(diào)節(jié)和煤炭處理措施，確保煤炭的質(zhì)量和濕度在適宜范圍內(nèi)，有利于維持大煤堆的密度。

(2)實(shí)施分堆存放和分燒策略

①分堆存放：將煤炭分成小批次進(jìn)行堆放，而不是集中堆放在一個(gè)大型堆場(chǎng)。分堆存放有助于減少大煤堆的面積占用，并提高密度。可以根據(jù)煤炭的類型、質(zhì)量和用途等因素，合理劃分多個(gè)小堆場(chǎng)，使煤堆更加緊湊和穩(wěn)定。②分燒策略：根據(jù)煤炭的特性和需求，實(shí)施分燒策略。將不同質(zhì)量、粒度或燃燒特性的煤炭按比例混合，以獲得更好的燃燒效果。通過優(yōu)化煤炭的組合方式，可以提高燃燒效率和能源利用率，減少?gòu)U氣和顆粒物排放。③靈活調(diào)整燃燒工藝：根據(jù)煤炭的供應(yīng)情況和需求變化，靈活調(diào)整燃燒工藝。例如，根據(jù)大煤堆密度的實(shí)際情況，調(diào)整爐膛的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)，以保持燃燒效率和污染物排放在合理范圍內(nèi)。④優(yōu)化燃燒管理：加強(qiáng)燃燒過程的監(jiān)控和管理。通過采用先進(jìn)的燃燒控制技術(shù)和設(shè)備，提高燃燒效率和穩(wěn)定性。定期檢查和維護(hù)燃燒設(shè)備，確保其正常運(yùn)行和最佳性能。⑤推廣清潔能源替代：積極推廣和使用清潔能源替代煤炭。清潔能源如天然氣、風(fēng)能和太陽(yáng)能等，具有更高的能源利用效率和較低的污染物排放。逐步減少對(duì)煤炭的依賴，可以有效降低大煤堆密度及相應(yīng)的環(huán)境影響。通過實(shí)施分堆存放和分燒策略，可以控制大煤堆的密度，提高能源利用效率和減少污染物排放。這需要合理規(guī)劃和管理煤炭堆放和燃燒過程，以確保煤堆的緊湊性和穩(wěn)定性。同時(shí)，積極推廣清潔能源替代煤炭，是進(jìn)一步降低大煤堆密度和環(huán)境影響的重要舉措。

5.結(jié)論與展望

本文系統(tǒng)地介紹了大煤堆密度與質(zhì)量之間的關(guān)系以及在能源利用中控制大煤堆密度的重要性。通過實(shí)施合理的措施，包括優(yōu)化煤炭采購(gòu)和庫(kù)存管理、改進(jìn)裝卸和轉(zhuǎn)運(yùn)方式、實(shí)施分堆存放和分燒策略等，可以有效控制大煤堆的密度，提高能源利用效率和減少環(huán)境影響。這些措施對(duì)于保障能源供應(yīng)的可靠性和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。