褐煤儲存損失試驗研究

褐煤儲存損失試驗研究李春艷劉志華寧波徐峰孟繁曉楊雪

吉林省電力科學研究院，吉林長春130021國電雙遼發(fā)電有限公司，吉林雙遼1364002/6/20231吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究摘要：本文主要敘述了在自然露天條件下堆放的褐煤儲存損失試驗的內(nèi)容、方法，試驗結(jié)果及統(tǒng)計分析，并分析了褐煤在自然條件下的質(zhì)量變化情況，根據(jù)試驗結(jié)果提出了褐煤儲存管理建議。2/6/20232吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究

火力發(fā)電企業(yè)燃煤進廠后，部分燃煤通常要在煤場儲存一段時間才會入爐燃燒。煤場儲存的煤量通常根據(jù)燃料供應市場形勢、季節(jié)特點、機組每天燃煤數(shù)量等因素決定，存煤太少有因缺煤停機的危險，存煤太多則會增加煤的損失、占用過多資金。特別是褐煤，成煤時間短，煤化程度低，熱穩(wěn)定性差，風干時易爆裂成碎煤，在煤場儲存過程中更易因氧化而發(fā)生發(fā)熱、自燃，導致煤質(zhì)下降。為了研究褐煤在自然露天條件下儲存的煤質(zhì)、煤量變化規(guī)律，以確定褐煤在煤場最佳存放條件，探索入廠及入爐煤熱值差以及為改善煤場管理提供依據(jù)，特對國電雙遼發(fā)電公司燃用的霍林河褐煤進行了單獨組堆存放。在與其日常煤場完全相同的堆放條件下，存放3個半月，每天觀測氣象參數(shù)，測定煤堆不同部位溫度，定點采樣并測定各項煤質(zhì)特性指標，從而研究褐煤儲存過程中煤質(zhì)、煤量的變化規(guī)律，用于指導和改進燃料管理。2/6/20233吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究1試驗準備1.1試驗用煤的選擇和組堆在煤場一側(cè)清理出一塊約1400㎡（40m×35m）的空地作為試驗煤的組堆場地。并對試驗場所進行了清理，確保沒有陳舊煤。試驗場所選定后，將2整列褐煤單獨堆放在試驗場所。堆放時，按照煤場日常堆放方式，每列煤堆二層，每層高度在1.5~2米，每堆放一層碾壓一次，共堆四層，總高度平均為8.41米，煤堆四側(cè)均為梯形。保證試驗用煤與電廠日常用煤是在完全相同的自然條件下堆放。試驗用煤的煤量及煤質(zhì)指標見表1。2/6/20234吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究表1試驗用煤煤質(zhì)指標分析煤量(t)煤質(zhì)指標Mar(%)Mad(%)Ad(%)Vdaf(%)Qgr,d(J/g)Qnet,ar（J/g）第一列361630.46.9635.3748.9519．0212．06煤堆361629．06．9836．5949．0318．8512．23第二列352530.49.0529.5147.8720．5113．05煤堆714130．94．7527．7747．6121．1513．222/6/20235吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究1.2儀器設備安裝、調(diào)試、校準在組堆過程中，預埋測溫熱電偶。自距地面1、3、5m時，分別在煤堆各層面四角及中心預埋5支鎳鉻-鎳硅熱電偶。在其瓷套管外用兩端開口的金屬管保護，將其平置于煤面上。冷端與補償導線連結(jié)，并用防水自粘絕緣膠帶密封，補償導線一端裸露于煤堆外，并對正負極作好標記。為保證煤堆采樣的代表性并提高工作效率，經(jīng)過調(diào)研采購了便攜式采樣槍并在實踐過程中自制了錘擊式采樣頭和插入式采樣頭。試驗所用計量器具、表計、儀器設備都經(jīng)檢定/校準合格并在有效期內(nèi)，試驗前進行校驗確認合格后投入使用。2/6/20236吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究2試驗內(nèi)容與方法2.1氣象參數(shù)觀測在試驗煤堆頂部設立氣象參數(shù)測試站，用以觀測每天試驗開始和結(jié)束時的氣溫、氣壓和濕度，取前后兩次測定均值作為當天的氣象參數(shù)值。2.2溫度測定將各熱電偶補償導線引出端用砂紙打磨，以除去表面氧化層，連接到便攜式電位差計上，記錄電勢值并換算成對應溫度。每天監(jiān)測距地面1、3、5m三個層面各5個點的溫度值。2.3煤的粒度分析對在煤堆采取的上部樣每周做一次篩分試驗，分別測出＜6㎜、＞6～13㎜、＞13～25㎜、＞25㎜的粒度煤樣占樣品總量的百分率。2/6/20237吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究2.4煤炭堆密度測量對在煤堆采取的上部樣每周做一次堆密度試驗，并計算當天的存煤量，以觀測試驗期間的煤量變化。在組堆時用動態(tài)軌道衡計量整個煤堆煤量，試驗結(jié)束時用輸煤皮帶稱計量煤堆煤量。2.5煤的特性指標分析試驗煤組堆后每天采取2個總樣，分別距表面0.2m（上部樣）、1m以下（下部樣）二個層面上均勻布點，每個層面的子樣合并成1個總樣，每天采樣點不能重復，采樣坑及時覆蓋。子樣數(shù)目、子樣質(zhì)量、采樣點布置按GB475—1996《商品煤樣采取方法》進行，每個總樣不少于161個子樣，每個子樣采2kg。所采2個總樣按GB474—1996《煤樣的制備方法》制備出全水分樣和分析樣品，送化驗室進行特性指標分析。試驗項目及檢測周期見表2。2/6/20238吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究表2試驗項目及檢測周期項目氣象參數(shù)煤堆溫度煤的粒度煤炭堆密度特性指標MarMadAdVdQgr,dCdHdSt,d周期每天每天每周每周每天2/6/20239吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究3試驗結(jié)果3.1氣象參數(shù)試驗期間天氣多為晴天，雨天只有9天，且多為小雨、陣雨。溫度16~31.5℃，平均25.3℃；濕度8~62%RH，平均35.1%RH；氣壓737~763mmHg，平均745mmHg。3.2煤堆溫度變化各層面中心點溫度最低，且變化不大。不同煤層溫度均為升高趨勢，距地面3m煤層溫度最高，17~143℃，平均54.5℃，變化趨勢最明顯，變化量為126℃，距地面5m煤層溫度略高于距地面1m的煤層溫度，平均溫度分別為35.7℃和33.9℃，變化量分別為36.8℃和37.8℃。試驗表明，煤堆深層溫度與環(huán)境溫度之間不存在相關性；而煤堆淺層因接近大氣，其溫度受環(huán)境溫度不同程度的影響。煤堆溫度變化情況見圖1。2/6/202310吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖1煤堆溫度變化情況3.3煤的粒度變化粒度分析試驗是在煤堆的表層下0.2m采樣，因此試驗結(jié)果只反映了煤堆近表面粒度變化規(guī)律。試驗數(shù)據(jù)見表3，變化趨勢見圖2。2/6/202311吉林省電力科學研究院李春艷表3粒度分析試驗數(shù)據(jù)序號采樣時間篩分試驗(%)<6mm>6-13mm>13-25mm>25mm12007052838.5021.2920.4619.7522007060437.8822.9021.4917.7332007061143.6722.7117.7215.942007061847.0022.9613.9716.0752007062546.9923.0414.8715.1062007070247.8524.1012.9215.1372007070947.2222.9817.3612.4482007071649.7023.4313.9712.9092007072349.4122.0817.8110.70102007073050.0024.7914.6610.55112007080652.2428.49.789.58122007081351.8727.5810.819.74132007082054.4128.579.377.65142007082755.9131.803.608.69152007090555.6531.025.817.522/6/202312吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖2煤的粒度變化情況2/6/202313吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究試驗表明煤的粒度所占百分率均與時間成線性關系，其中＞25㎜煤的粒度所占比例逐漸變小，＜6㎜的煤的粒度所占比例逐漸變大，即由于煤的風化，煤的粒度隨時間逐漸變小，且大粒度變化趨勢明顯。3.4煤炭堆密度測量試驗過程中對采取的上部樣每周做一次堆密度試驗，并計算當天的存煤量，以觀測試驗期間的煤量變化。由于測點少，代表性差，變化趨勢不明顯。進行試驗煤組堆時經(jīng)軌道衡計量共計堆煤7141噸，試驗結(jié)束后取試驗煤堆上鍋爐燃用，經(jīng)皮帶稱計量煤量7011噸（含試驗用煤，即樣品制備后的余煤返回試驗煤堆），與組堆時相比累計煤量損失130噸，該煤堆共儲存107天，總損失率1.82%，月?lián)p失率0.51%。2/6/202314吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究3.5煤的特性指標變化組堆后每天采取2個總樣，分別距表面0.2m（上部樣）、1m以下（下部樣）二個層面上均勻布點，每個層面的子樣合并成1個總樣。對所采煤樣按規(guī)定的程序制樣并分析相應的煤質(zhì)特性指標，對所得數(shù)據(jù)通過計算機繪制成趨勢圖并建立相應的數(shù)學模型，其主要指標變化趨勢見圖3~18。圖3上部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢2/6/202315吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖4上部樣收到基低位發(fā)熱量變化趨勢2/6/202316吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖5上部樣干基灰分變化趨勢2/6/202317吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖6上部樣干基揮發(fā)分變化趨勢2/6/202318吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖7上部樣干燥無灰基揮發(fā)分變化趨勢2/6/202319吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖8上部樣干基碳含量變化趨勢2/6/202320吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖9上部樣干基氫含量變化趨勢2/6/202321吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖10上部樣干基全硫變化趨勢2/6/202322吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢圖16下部樣干基碳含量變化趨勢圖17下部樣干基氫含量變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢2/6/202323吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖12下部樣收到基低位發(fā)熱量變化趨勢2/6/202324吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢圖17下部樣干基氫含量變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢圖13下部樣干基灰分變化趨勢2/6/202325吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢圖12下部樣收到基低位發(fā)熱量變化趨勢圖13下部樣干基灰分變化趨勢圖17下部樣干基氫含量變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢圖14下部樣干基揮發(fā)分變化趨勢2/6/202326吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢圖12下部樣收到基低位發(fā)熱量變化趨勢圖13下部樣干基灰分變化趨勢圖17下部樣干基氫含量變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢圖15下部樣干燥無灰基揮發(fā)分變化趨勢2/6/202327吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢圖17下部樣干基氫含量變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢圖16下部樣干基碳含量變化趨勢2/6/202328吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢圖12下部樣收到基低位發(fā)熱量變化趨勢圖13下部樣干基灰分變化趨勢圖17下部樣干基氫含量變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢圖17下部樣干基氫含量變化趨勢2/6/202329吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢圖12下部樣收到基低位發(fā)熱量變化趨勢圖13下部樣干基灰分變化趨勢圖17下部樣干基氫含量變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢2/6/202330吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢圖17下部樣干基氫含量變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢經(jīng)統(tǒng)計分析得出相應的數(shù)學模型，從數(shù)學模型中可得出一定時間各項煤質(zhì)特性指標的變化量，見表4。表4各煤質(zhì)特性指標隨時間的變化量參數(shù)時間（天）Qgr,d（J/g）Qnet,ar（J/g）Ad（%）153060153060153060變化量上部樣-90-187-379-293-607-12360．120．240．48下部樣-64-133-271-255-529-10750．040．070．13參數(shù)時間（天）Vd（%）Vdaf（%）Cd（%）St,d（%）Hd（%）153060153060606060變化量上部樣-0．09-0．18-0．38-0．05-0．10-0．21-0．53-0．020.04下部樣-0．06-0．13-0．27-0．07-0．14-0．29-0．19-0．020.032/6/202331吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究4結(jié)論煤在儲存過程中，煤質(zhì)會發(fā)生不同程度的變化，導致熱量損失，有的煤還會產(chǎn)生自燃。通過上述試驗及結(jié)果分析，可得出如下結(jié)論：4.1各煤層中心點溫度最低，說明煤堆深層溫度升高與受環(huán)境溫度影響不大，但四周溫度較高，說明煤堆淺層因接近大氣，又無法壓實，其溫度受環(huán)境因素影響較大；各煤層平均溫度分別是33.9℃、54.5℃、35.7℃，比環(huán)境溫度25.3℃分別高出8.6℃、29.2℃、10.4℃。溫度升高是加速儲煤氧化并造成自燃的關鍵因素，也是導致煤質(zhì)下降的主要原因。4.2褐煤變質(zhì)程度低，易氧化加之機械強度小，空氣中易風化破碎，粒度變小。試驗表明，煤的粒度變小與時間成線性關系，其中＞25㎜和25-13㎜之間的煤的粒度所占比例逐漸變小，＜6㎜和13-6㎜之間的煤的粒度所占比例逐漸變大，即由于煤的風化，煤的粒度隨時間逐漸變小。粒度變小，吸水性增強，加速氧化速度，導致煤的變質(zhì)程度加快。圖11下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢圖12下部樣收到基低位發(fā)熱量變化趨勢圖13下部樣干基灰分變化趨勢圖18下部樣干基全硫變化趨勢2/6/202332吉林省電力科學研究院李春艷褐煤儲存損失試驗研究4.3試驗煤組堆時經(jīng)軌道衡計量共計堆煤7141噸，試驗結(jié)束取試驗煤堆上鍋爐燃用，經(jīng)皮帶稱計量煤量7011噸（含試驗用煤，即樣品制備后的余煤返回試驗煤堆），與組堆時相比累計煤量損失130噸，該煤堆共儲存107天，總損失率1.82%，月?lián)p失率0.51%。4.4從試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析看，隨著褐煤存放時間的增加，熱值損失率會增大。本次試驗褐煤存放15天，收到基低位發(fā)熱量降低255~293J/g；存放30天，收到基低位發(fā)熱量會降低529~607J/g；存放60天，收到基低位發(fā)熱量會降低1075~1236J/g。