褐煤储存损失试验研究.docx
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褐煤储存损失试验研究
褐煤储存损失试验研究
李春艳刘志华宁波徐峰孟繁晓杨雪
（吉林省电力科学研究院，吉林长春130021
国电双辽发电有限公司，吉林双辽136400）
摘要：
本文主要叙述了在自然露天条件下堆放的褐煤储存损失试验的内容、方法，试验结果及统计分析，并分析了褐煤在自然条件下的质量变化情况，根据试验结果提出了褐煤储存管理建议。
火力发电企业燃煤进厂后，部分燃煤通常要在煤场储存一段时间才会入炉燃烧。
煤场储存的煤量通常根据燃料供应市场形势、季节特点、机组每天燃煤数量等因素决定，存煤太少有因缺煤停机的危险，存煤太多则会增加煤的损失、占用过多资金。
特别是褐煤，成煤时间短，煤化程度低，热稳定性差，风干时易爆裂成碎煤，在煤场储存过程中更易因氧化而发生发热、自燃，导致煤质下降。
为了研究褐煤在自然露天条件下储存的煤质、煤量变化规律，以确定褐煤在煤场最佳存放条件，探索入厂及入炉煤热值差以及为改善煤场管理提供依据，特对国电双辽发电公司燃用的霍林河褐煤进行了单独组堆存放。
在与其日常煤场完全相同的堆放条件下，存放3个半月，每天观测气象参数，测定煤堆不同部位温度，定点采样并测定各项煤质特性指标，从而研究褐煤储存过程中煤质、煤量的变化规律，用于指导和改进燃料管理。
1试验准备
1.1试验用煤的选择和组堆
在煤场一侧清理出一块约1400㎡（40m×35m）的空地作为试验煤的组堆场地。
并对试验场所进行了清理，确保没有陈旧煤。
试验场所选定后，将2整列褐煤单独堆放在试验场所。
堆放时，按照煤场日常堆放方式，每列煤堆二层，每层高度在1.5~2米，每堆放一层碾压一次，共堆四层，总高度平均为8.41米，煤堆四侧均为梯形。
保证试验用煤与电厂日常用煤是在完全相同的自然条件下堆放。
试验用煤的煤量及煤质指标见表1。
表1试验用煤煤质指标分析
煤量（t）
煤质指标
Mar
（%）
Mad
（%）
Ad
（%）
Vdaf
（%）
Qgr,d
（J/g）
Qnet,ar
（J/g）
第一列
3616
30.4
6.96
35.37
48.95
19．02
12．06
煤堆
3616
29．0
6．98
36．59
49．03
18．85
12．23
第二列
3525
30.4
9.05
29.51
47.87
20．51
13．05
煤堆
7141
30．9
4．75
27．77
47．61
21．15
13．22
1.2仪器设备安装、调试、校准
在组堆过程中，预埋测温热电偶。
自距地面1、3、5m时，分别在煤堆各层面四角及中心预埋5支镍铬-镍硅热电偶。
在其瓷套管外用两端开口的金属管保护，将其平置于煤面上。
冷端与补偿导线连结，并用防水自粘绝缘胶带密封，补偿导线一端裸露于煤堆外，并对正负极作好标记。
为保证煤堆采样的代表性并提高工作效率，经过调研采购了便携式采样枪并在实践过程中自制了锤击式采样头和插入式采样头。
试验所用计量器具、表计、仪器设备都经检定/校准合格并在有效期内，试验前进行校验确认合格后投入使用。
2试验内容与方法
2.1气象参数观测
在试验煤堆顶部设立气象参数测试站，用以观测每天试验开始和结束时的气温、气压和湿度，取前后两次测定均值作为当天的气象参数值。
2.2温度测定
将各热电偶补偿导线引出端用砂纸打磨，以除去表面氧化层，连接到便携式电位差计上，记录电势值并换算成对应温度。
每天监测距地面1、3、5m三个层面各5个点的温度值。
2.3煤的粒度分析
对在煤堆采取的上部样每周做一次筛分试验，分别测出＜6㎜、＞6～13㎜、＞13～25㎜、＞25㎜的粒度煤样占样品总量的百分率。
2.4煤炭堆密度测量
对在煤堆采取的上部样每周做一次堆密度试验，并计算当天的存煤量，以观测试验期间的煤量变化。
在组堆时用动态轨道衡计量整个煤堆煤量，试验结束时用输煤皮带称计量煤堆煤量。
2.5煤的特性指标分析
试验煤组堆后每天采取2个总样，分别距表面0.2m（上部样）、1m以下（下部样）二个层面上均匀布点，每个层面的子样合并成1个总样，每天采样点不能重复，采样坑及时覆盖。
子样数目、子样质量、采样点布置按GB475—1996《商品煤样采取方法》进行，每个总样不少于161个子样，每个子样采2kg。
所采2个总样按GB474—1996《煤样的制备方法》制备出全水分样和分析样品，送化验室进行特性指标分析。
试验项目及检测周期见表2。
表2试验项目及检测周期
项目
气象
参数
煤堆温度
煤的粒度
煤炭堆密度
特性指标
Mar
Mad
Ad
Vd
Qgr,d
Cd
Hd
St,d
周期
每天
每天
每周
每周
每天
3试验结果
3.1气象参数
试验期间天气多为晴天，雨天只有9天，且多为小雨、阵雨。
温度16~31.5℃，平均25.3℃；湿度8~62%RH，平均35.1%RH；气压737~763mmHg，平均745mmHg。
3.2煤堆温度变化
各层面中心点温度最低，且变化不大。
不同煤层温度均为升高趋势，距地面3m煤层温度最高，17~143℃，平均54.5℃，变化趋势最明显，变化量为126℃，距地面5m煤层温度略高于距地面1m的煤层温度，平均温度分别为35.7℃和33.9℃，变化量分别为36.8℃和37.8℃。
试验表明，煤堆深层温度与环境温度之间不存在相关性；而煤堆浅层因接近大气，其温度受环境温度不同程度的影响。
煤堆温度变化情况见图1。
图1煤堆温度变化情况
3.3煤的粒度变化
粒度分析试验是在煤堆的表层下0.2m采样，因此试验结果只反映了煤堆近表面粒度变化规律。
试验数据见表3，变化趋势见图2。
表3粒度分析试验数据
序号
采样时间
筛分试验（%）
<6mm
>6-13mm
>13-25mm
>25mm
1
20070528
38.50
21.29
20.46
19.75
2
20070604
37.88
22.90
21.49
17.73
3
20070611
43.67
22.71
17.72
15.9
4
20070618
47.00
22.96
13.97
16.07
5
20070625
46.99
23.04
14.87
15.10
6
20070702
47.85
24.10
12.92
15.13
7
20070709
47.22
22.98
17.36
12.44
8
20070716
49.70
23.43
13.97
12.90
9
20070723
49.41
22.08
17.81
10.70
10
20070730
50.00
24.79
14.66
10.55
11
20070806
52.24
28.4
9.78
9.58
12
20070813
51.87
27.58
10.81
9.74
13
20070820
54.41
28.57
9.37
7.65
14
20070827
55.91
31.80
3.60
8.69
15
20070905
55.65
31.02
5.81
7.52
图2煤的粒度变化情况
试验表明煤的粒度所占百分率均与时间成线性关系，其中＞25㎜煤的粒度所占比例逐渐变小，＜6㎜的煤的粒度所占比例逐渐变大，即由于煤的风化，煤的粒度随时间逐渐变小，且大粒度变化趋势明显。
3.4煤炭堆密度测量
试验过程中对采取的上部样每周做一次堆密度试验，并计算当天的存煤量，以观测试验期间的煤量变化。
由于测点少，代表性差，变化趋势不明显。
进行试验煤组堆时经轨道衡计量共计堆煤7141吨，试验结束后取试验煤堆上锅炉燃用，经皮带称计量煤量7011吨（含试验用煤，即样品制备后的余煤返回试验煤堆），与组堆时相比累计煤量损失130吨，该煤堆共储存107天，总损失率1.82%，月损失率0.51%。
3.5煤的特性指标变化
组堆后每天采取2个总样，分别距表面0.2m（上部样）、1m以下（下部样）二个层面上均匀布点，每个层面的子样合并成1个总样。
对所采煤样按规定的程序制样并分析相应的煤质特性指标，对所得数据通过计算机绘制成趋势图并建立相应的数学模型，其主要指标变化趋势见图3~18。
图3上部样干基高位发热量变化趋势
图4上部样收到基低位发热量变化趋势
图5上部样干基灰分变化趋势
图6上部样干基挥发分变化趋势
图7上部样干燥无灰基挥发分变化趋势
图8上部样干基碳含量变化趋势
图9上部样干基氢含量变化趋势
图10上部样干基全硫变化趋势
图11下部样干基高位发热量变化趋势
图12下部样收到基低位发热量变化趋势
图13下部样干基灰分变化趋势
图14下部样干基挥发分变化趋势
图15下部样干燥无灰基挥发分变化趋势
图16下部样干基碳含量变化趋势
图17下部样干基氢含量变化趋势
图18下部样干基全硫变化趋势
经统计分析得出相应的数学模型，从数学模型中可得出一定时间各项煤质特性指标的变化量，见表4。
表4各煤质特性指标随时间的变化量
参数
时间（天）
Qgr,d（J/g）
Qnet,ar（J/g）
Ad（%）
15
30
60
15
30
60
15
30
60
变化量
上部样
-90
-187
-379
-293
-607
-1236
0．12
0．24
0．48
下部样
-64
-133
-271
-255
-529
-1075
0．04
0．07
0．13
参数
时间（天）
Vd（%）
Vdaf（%）
Cd（%）
St,d（%）
Hd（%）
15
30
60
15
30
60
60
60
60
变化量
上部样
-0．09
-0．18
-0．38
-0．05
-0．10
-0．21
-0．53
-0．02
0.04
下部样
-0．06
-0．13
-0．27
-0．07
-0．14
-0．29
-0．19
-0．02
0.03
4结论
煤在储存过程中，煤质会发生不同程度的变化，导致热量损失，有的煤还会产生自燃。
通过上述试验及结果分析，可得出如下结论：
4.1各煤层中心点温度最低，说明煤堆深层温度升高与受环境温度影响不大，但四周温度较高，说明煤堆浅层因接近大气，又无法压实，其温度受环境因素影响较大；各煤层平均温度分别是33.9℃、54.5℃、35.7℃，比环境温度25.3℃分别高出8.6℃、29.2℃、10.4℃。
温度升高是加速储煤氧化并造成自燃的关键因素，也是导致煤质下降的主要原因。
4.2褐煤变质程度低，易氧化加之机械强度小，空气中易风化破碎，粒度变小。
试验表明，煤的粒度变小与时间成线性关系，其中＞25㎜和25-13㎜之间的煤的粒度所占比例逐渐变小，＜6㎜和13-6㎜之间的煤的粒度所占比例逐渐变大，即由于煤的风化，煤的粒度随时间逐渐变小。
粒度变小，吸水性增强，加速氧化速度，导致煤的变质程度加快。
4.3试验煤组堆时经轨道衡计量共计堆煤7141吨，试验结束取试验煤堆上锅炉燃用，经皮带称计量煤量7011吨（含试验用煤，即样品制备后的余煤返回试验煤堆），与组堆时相比累计煤量损失130吨，该煤堆共储存107天，总损失率1.82%，月损失率0.51%。
4.4从试验数据的统计分析看，随着褐煤存放时间的增加，热值损失率会增大。
本次试验褐煤存放15天，收到基低位发热量降低255~293J/g；存放30天，收到基低位发热量会降低529~607J/g；存放60天，收到基低位发热量会降低1075~1236J/g。
5建议
储煤损失是必然的，特别是褐煤损失会更大，这是由于褐煤变质程度较低，本身容易氧化变质，加之机械强度小，空气中易风化破碎，粒度变小，吸水性增强，加速氧化速度；同时煤堆温度升高，也加速其氧化。
故褐煤较其它煤种氧化速度更快，储煤损失会更大。
因此建议：
5.1应定期监测煤堆温度，改善测温手段，掌握布点与测温技术，当煤堆温度超过60℃时，要加大测温频率与测温点密度，以确定祸源区，发现异常及时翻烧。
在翻烧之前对该煤堆进行采样化验以掌握其煤质变化情况，为不断改进燃料管理积累煤质资料。
5.2褐煤在库存允许的条件下储存时间不易超过15天，应做到烧旧存新，定期翻烧，杜绝煤炭自燃，以尽可能减少储煤的热值损失。
5.3试验证明组堆压实是降低煤质损失，防止自燃的简单易行、非常有效的一种手段，因此堆煤过程中应进行分层碾压，尽可能降低煤堆缝隙率，减少煤堆中空气含量。
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