火力發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.中國電力投資集團公司，北京 100033；2.江西中電投新昌發電有限公司，江西南昌 330117）

0 引言

火力發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，也是進行經濟評價的重要參數。為更好控制燃料成本，減少損耗，電力行業多年來對熱值差指標一直有控制規定。在電力部管轄時期，要求創一流火力發電廠的入廠與入爐煤熱值差應小于502 J/g[1]。自廠網分開改革后，不同的發電集團也相應制定了不同的控制目標

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的不斷變化（均勻程度、顆粒度等參數），為保證所采取的煤樣能代表批煤品質，采樣方案亦需隨之變化。由于入廠煤與入爐煤的檢測狀態不同，比如入廠煤在火車或汽車上實施機械或人工采樣，入爐煤在皮帶煤流上采樣。由于煤樣狀態不同，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，也會導致入廠煤和入爐煤的測定值存在差異。根據誤差理論，采樣誤差約占到整體誤差的80%。

1.2 制樣對熱值差的影響

制樣室按照標準規定的程序和要求，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。制樣程序的合理設計和制樣環節的嚴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，制樣環節誤差約占到整體誤差的16%。

1.3 化驗對熱值差的影響

相對來講，化驗對熱值差的影響是較小的，僅占到總誤差的4%左右。目前由于科學技術的進步，現階段化驗室的硬件配置和軟件水平有了很大提升，環境誤差、試劑誤差、儀器誤差等系統誤差絕大部分已能滿足熱值差計算的需要。

1.4 煤炭質量的不均勻性

入廠入爐煤的煤質均勻程度不一樣，導致入廠入爐煤檢測出的熱值也有差異。有些供應商為謀取利益，將劣質煤和石塊藏在車底，以次充好，使采集到的煤樣不具有代表性，會入廠煤檢驗結果熱值偏高[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、存儲環境不同、存儲方式不同，以及風吹日曬變化不同，入廠入爐煤的熱值必然產生差異，在量化分析中煤場的熱值損失的估計經驗值必須納入考慮范圍。

1.6 統計計算中對象不統一

通過上述對影響熱值的因素分析發現，由于入廠與入爐煤的結構組成是不相同的、統計對象是不一致的，必然導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，首先要確定每月使用的入爐與入廠煤為相同結構才具有可比性，但實際生產過程中根本無法做到。

2 入爐與入廠煤熱值差量化分析

南方某火力發電廠裝機容量為2×660 MW超超臨界機組，煤場為開放式干煤棚，最大儲煤量30萬t，入廠煤采樣設備為MMC-DI型門式火車采樣機，由浙江杭鉆機械制造有限公司生產，入爐煤采樣設備型號為LT114中部機械取樣裝置。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，入爐煤煤質比較復雜。

2.1 煤種結構變化對熱值差的影響

不同的煤種其揮發性、粘結性有很大的區別，電廠采取摻配摻燒的方法降低燃料成本，從而使入爐煤結構發生變化，這就使熱值差有很大的波動。

該廠1月份入爐煤煤種結構高達16種，熱值區間從16 334～23 550 kJ/kg，全水分區間從3.6%～26.5%。1月份入廠煤加權平均低位熱值20 540 kJ/kg，全水分8.1%；1月份入爐煤加權平均低位熱值19 285 kJ/kg，全水分7.76%。通過對比計算發現，入爐煤煤種結構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合格的機械化采樣機，從而可確保煤樣具代表性、熱值具準確性。根據國標GB/T 19494規定，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《入爐煤和入爐煤粉樣品的取樣方法》規定，入爐煤采樣精密度應不大于±1%。據趙衛[3]對某電廠研究，經與入廠煤量加權計算，采樣機共計影響熱值差增加195 kJ/kg。

該廠入廠煤采樣機由某省電力用煤質量監督檢驗中心進行了采樣精密度、整機偏倚鑒定。

（1）采樣精密度，試驗數據如表1、2所示。

表1 采樣機A側檢驗記錄

表2 采樣機B側檢驗記錄

A側數據處理：

灰分測定標準差s=1.13

95%置信概率下的單個采樣單元精密度為：Pn0/2=2s=2.26

子樣數為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個采樣單元的條件下，灰分測定平均值的真實精密度在95%置信度，概率下落在0.89%到0.36%的范圍內，預期采樣精密度P預=1.00%，因為P預=1.00%＞auP=0.89%，說明采樣精度優于預期要求。

對B側數據進行同樣的處理，可得：

s=0.48，上限=auPn0=0.，37%

下限=auPn0=0.15%

預期采樣精密度P預=1.00%，因為P預=1.00%＞auP=0.37%，說明采樣精度優于預期要求。

（2）整機偏倚鑒定，試驗數據如表3、4所示。

表3 采樣機A側機采與人工參比灰分偏倚試驗數據

表4 采樣機B側機采與人工參比灰分偏倚試驗數據

A側離群值檢驗：由表所列數據可知，可疑值為第12號樣品，dmax=2.47%

∑di2=6.10

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

C=d2max/∑di2=0.203，查最大方差檢驗臨界表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側離群值檢驗：由表所列數據可知，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。

經過試驗證明采樣機不存在實質性偏差，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加權平均全水分為10.57%，入爐煤加權平均低位熱值為19 285 kJ/kg，全水分為7.9%。規定入廠水分為計價水分，將其折算為入爐熱值：19 285 kJ/kg×[（100-10.57）÷（100-7.9）]=18 725 kJ/kg，對比發現：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

火力發電廠制樣一般采用聯合破碎機，由電力科學研究院對入廠煤和入爐煤聯合破碎機進行性能測試。入廠煤聯合破碎制樣機對熱值差為正影響，偏高0.6%，入爐煤聯合破碎制樣機為負影響，偏低0.35%。兩者疊加，根據1月份實際入廠煤與入爐煤熱值計算，對熱值差為正影響，增加56 kJ/kg。

2.5 化驗對熱值差的影響

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量研究發現[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 煤種結構調整

采購部門按照所確定的入爐指標、應用線性規劃并以各項指標作為約束條件、以煤價最低為目標來確定。

3.2 采樣設備管理

3.2.1 人廠采樣機偏倚和水分損失

采購部門需加強廠外的監督，保證入廠煤均勻、水分等參數符合要求。整改端部采樣機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果偏差。

3.2.2 入爐煤采樣機偏差

由于入爐煤、煤泥摻配，入爐采樣機常出現堵煤，采樣效果差。聯系廠家對采樣機的落煤管及破碎機等進行整改。

3.3 規范采制化人員操作

采制化人員必須經過指定機構的專業培訓并取得相關的專業證書；必須使用最新國家標準或行業標準，并編制作業指導書。采制化過程需由技術人員和紀檢人員監督，采制化現場需安裝攝像設備來監督，減少人為因素對熱值差的影響。

3.4 加強煤場管理

3.4.1 科學分區堆放

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

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。高揮發分褐煤、長焰煤及不黏煤等煤種很易受風化變質，熱值下降較快，揮發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，采取適當的降溫措施。

3.5 統一計算統計標準

避免計算對象的不統一[5]，可適當增加熱值差計算周期到3個月或半年甚至一年。消除全水分的影響，可以采用入廠與入爐煤基準的干基高位發熱量計算熱值差，或將入廠與入爐煤的收到基低位發熱量換算成同一全水分下計算熱值差。

4 結語

在現階段，煤炭仍舊作為主體能源的地位沒有改變，火力發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，才能適應經濟可持續發展戰略才能，并與當前社會所提倡的節能減排所適應[6]。

[1]中能電力工業燃料公司.動力用煤煤質檢測與管理[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.華北電力技術入廠入爐煤熱值差原因分析及對策[J].華北電力技術，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，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，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].煤質技術，2010，（4）：11-13.