大型電站燃煤損耗測評及其治理技術(shù)的發(fā)展趨勢

鐘丁平 林木松 陳曉強(qiáng)

（1.廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東 廣州 510699；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080）

1 產(chǎn)生燃煤損耗的原因

大型電站燃煤損耗包括數(shù)量損耗和熱量損耗兩個方面。數(shù)量損耗俗稱“虧噸”，產(chǎn)生數(shù)量損耗的原因包括途損、風(fēng)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(chǎn)物：氧化基/過氧化絡(luò)合物，放出熱量，而到達(dá)自燃階段，煤燃燒放出大量熱量，造成的熱損失更大，如果發(fā)生充分燃燒，其反應(yīng)熱等于煤本身的熱值；其次風(fēng)損、雨損造成部分細(xì)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(fā)電成本大幅增加，又造成環(huán)境受到嚴(yán)重污染[1]，因此，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則 第2 部分：燃料平衡》（DL/T 606.2-2014）[2-3]以及《電力工業(yè)燃料管理辦法》均對燃煤的數(shù)量損耗及熱值做了相關(guān)的規(guī)定，要求數(shù)量損耗不得高于統(tǒng)計期內(nèi)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(tǒng)計期內(nèi)燃煤出入賬的不平衡量進(jìn)行統(tǒng)計分析。以下對煤場損耗的測量統(tǒng)計方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 燃煤損耗測量統(tǒng)計

2.1 煤量損耗測量統(tǒng)計

2.1.1 煤量的測量

統(tǒng)計期內(nèi)入廠煤、入爐煤計量以皮帶秤為準(zhǔn)。皮帶秤在使用前應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，皮帶秤的校準(zhǔn)包括鏈碼校準(zhǔn)、掛碼校準(zhǔn)、實(shí)物校準(zhǔn)等方式。

由于統(tǒng)計期內(nèi)燃用的入爐煤不一定全是統(tǒng)計期內(nèi)入廠煤，也可能部分是存煤，統(tǒng)計期內(nèi)的入廠煤部分可能等到統(tǒng)計期后燃用。因此，在統(tǒng)計存煤量時，應(yīng)統(tǒng)計統(tǒng)計期開始時的存煤量和結(jié)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(jié)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(jié)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(yīng)分別測量各個煤堆的質(zhì)量，煤場的存量為各個煤堆的質(zhì)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(zhǔn)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(jié)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(zhì)量，t；m1為總質(zhì)量，t；V為容器的體積，m3。重復(fù)性：0.04 t/m3。

2.1.2 加權(quán)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(quán)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(tǒng)計期日貯煤量計算公式如式（3）。

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

統(tǒng)計期日均貯煤量為平衡試驗(yàn)周期日貯煤量的算術(shù)平均值。

2.1.4 煤場數(shù)量損耗量及損耗率計算

煤場數(shù)量損耗為統(tǒng)計期內(nèi)的入廠煤量與開始時的存煤量之和減去入爐煤量和結(jié)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(zhì)量換算為入廠煤水分基準(zhǔn)下。由于水分增加使質(zhì)量增加，因此，其基準(zhǔn)的換算系數(shù)與發(fā)熱量的換算系數(shù)成倒數(shù)關(guān)系。由于原煤倉及煤粉倉在開始和結(jié)束時均為滿倉，前后的差值為零，在公式中不體現(xiàn)出來，計算公式如式（4）。

式中：Bcs為統(tǒng)計期燃煤損耗量，t；Brc為統(tǒng)計期內(nèi)入廠煤量，t；Bpk為統(tǒng)計期開始時煤場盤點(diǎn)貯煤量，t；Brl為統(tǒng)計期入爐煤量，t；Bpj為統(tǒng)計期結(jié)束時煤場盤點(diǎn)貯煤量，t；其他參數(shù)如上。

存煤損耗率為統(tǒng)計期燃煤損耗量與統(tǒng)計期內(nèi)日均存煤量之比。

例如：在《數(shù)學(xué)廣角——搭配（二）》一課的課堂教學(xué)過程中，我就是以構(gòu)建生活化教學(xué)情境的方式，促進(jìn)生態(tài)化小學(xué)數(shù)學(xué)課堂的構(gòu)建的。

根據(jù)以上方法對省內(nèi)5 個電廠兩年的煤場數(shù)量損耗進(jìn)行測量和統(tǒng)計得到各廠的損耗量和損耗率，見表1。

表1 各廠年度數(shù)量損耗

由表1 可見，大部分電廠的年度損耗率超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則 第2 部分：燃料平衡》（DL/T 606.2-2014）關(guān)于煤場損耗率不能超過日均儲煤量0.5%的規(guī)定。從實(shí)際損耗量來年損耗煤量上萬噸，電廠4 年度數(shù)量損耗率達(dá)2.34%，按煤價800 元/t 計算，每年經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1060 萬元。可見，由于煤場損耗引起的經(jīng)濟(jì)損失還是非常巨大的。

2.2 熱量損耗測量統(tǒng)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(jìn)廠煤與入爐煤熱值差。由于燃用的入爐煤不一定全部是統(tǒng)計期內(nèi)的進(jìn)廠煤，可能部分是統(tǒng)計期前的進(jìn)廠煤，因此，在進(jìn)行進(jìn)廠煤的熱值統(tǒng)計時，應(yīng)注意進(jìn)廠煤與入爐煤的對應(yīng)性問題，也就是要找到入爐煤對應(yīng)的進(jìn)廠煤，而不能將統(tǒng)計期的進(jìn)廠煤熱值直接與入爐煤熱值相減；其次，由于煤質(zhì)差別較大，因此在測量統(tǒng)計進(jìn)廠煤與入爐煤熱值時采用加權(quán)平均法。計算式如式（5）。

進(jìn)廠煤熱值平均值采用每一批的熱值與煤量進(jìn)行加權(quán)平均，入爐煤熱值平均值采用統(tǒng)計期內(nèi)每天的熱值與煤量進(jìn)行加權(quán)平均。

此外，進(jìn)廠煤在存放過程中由于受到氣候條件的影響水分發(fā)生變化。水分是煤中的不可燃物質(zhì)，它的變化引起熱值的變化，因此，在進(jìn)行統(tǒng)計時應(yīng)扣除水分帶來的影響，需要進(jìn)行基準(zhǔn)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(zhuǎn)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(dāng)損耗為0.502 MJ/kg 時相當(dāng)于提高標(biāo)準(zhǔn)煤耗1.7%，相對于標(biāo)準(zhǔn)煤耗為300 g/kW·h 時，增加標(biāo)準(zhǔn)煤耗5 g/kW·h。2021 年電廠5 熱值損耗達(dá)到0.58 MJ/kg，該廠當(dāng)年進(jìn)廠煤量72 940 t，相當(dāng)于損失燃煤74 345 t，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5900 萬元，由此可見熱值損失造成經(jīng)濟(jì)損失也是非常巨大。

3 煤場損耗治理技術(shù)

由以上的分析可見，煤場損耗造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，大幅提高發(fā)電成本，同時還造成嚴(yán)重的環(huán)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(xué)方法兩種。物理方法主要是灑水和隔離風(fēng)雨的措施；化學(xué)方法主要通過在煤堆表面噴灑化學(xué)試劑，化學(xué)試劑固結(jié)后在煤堆表面形成類似“殼”的防護(hù)層，達(dá)到阻隔風(fēng)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(fēng)林、抑塵網(wǎng)、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(jī)理及優(yōu)缺點(diǎn)。

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(wǎng)、干煤棚、密閉儲煤倉需要高昂的建設(shè)費(fèi)用[4]，同時像干煤棚、密閉儲煤倉這些設(shè)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(xué)方法代替。

3.2 化學(xué)治理技術(shù)及其發(fā)展趨勢

化學(xué)治理方法主要是通過抑塵、防止雨水沖蝕、低溫氧化進(jìn)行治理。抑塵劑通過黏結(jié)、凝并、潤濕、保水等作用，將細(xì)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(dá)到抑塵的效果。

抑塵劑按照其作用分為潤濕型、黏結(jié)型、凝聚型、復(fù)合型等。潤濕型抑塵劑由表面活性劑和無機(jī)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(jī)鹽起著吸濕保水的作用。黏結(jié)型抑塵劑分為有機(jī)和無機(jī)兩類。有機(jī)黏結(jié)型抑塵劑早期為重油、渣油等油類產(chǎn)品，由于此類產(chǎn)品容易對環(huán)境產(chǎn)生污染，而且常溫下為固態(tài)，實(shí)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(lián)分子在煤堆表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分子間又具有各種離子基團(tuán)，由于電荷密度大，與塵粒之間產(chǎn)生較強(qiáng)的親合力，它通過捕捉、團(tuán)聚塵粒，將塵粒緊鎖在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，起著潤濕、黏結(jié)、凝結(jié)、吸濕、抑塵作用，能夠?qū)⒚憾驯砻娴拿毫９探Y(jié)形成一層殼狀結(jié)構(gòu)，同時還有良好成膜性，在煤堆表面形成防護(hù)膜。無機(jī)黏結(jié)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(dá)到抑塵目的，分為無機(jī)吸水鹽類和高倍吸水樹脂兩類。無機(jī)吸水鹽類主要有CaCl2、MgCl2等，無機(jī)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(yīng)用。高倍吸水樹脂由高分子聚合物組成，其吸水保水能力強(qiáng)，得到廣泛應(yīng)用。雨水對煤堆的作用包括滲透和沖蝕作用，煤中的細(xì)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(hù)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(jìn)入煤中。同時抑塵劑在煤堆表面形成的防護(hù)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(jìn)一步加強(qiáng)防護(hù)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(fù)催化作用、分解的惰性氣體稀釋氧氣、捕獲煤氧化鏈反應(yīng)中的自由基等作用遏制煤的低溫氧化。復(fù)合型抑塵劑由多種抑塵劑復(fù)合而成，兼顧各種抑塵劑的性能，綜合解決揚(yáng)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(fù)合抑塵劑進(jìn)行治理，每萬噸煤噴灑藥劑1.02 t，年用量58 t，減損率達(dá)93%以上。

4 結(jié)語

煤場的損耗主要來自揚(yáng)塵、雨水滲透與沖蝕、低溫氧化這三大因素。經(jīng)過對煤場損耗的實(shí)際測量表明，煤場存在著較大的損耗，數(shù)量損耗每年可達(dá)1000 萬元，熱值損耗每年可達(dá)6000 萬元。由此可見，煤場損耗造成的經(jīng)濟(jì)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(fèi)時費(fèi)力，效果不持久，若采用建筑物的方式則需要昂貴的費(fèi)用，動輒上億元，還需要大量的維護(hù)費(fèi)用，因此逐漸被成本較為低廉的化學(xué)治理方法代替。通過復(fù)合型抑制劑在電廠的應(yīng)用，可以降低燃煤損耗達(dá)93%以上，為電廠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益，因此環(huán)保復(fù)合型抑塵劑是將來的發(fā)展方向。