褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究李春艷劉志華寧波徐峰孟繁曉楊雪

吉林省電力科學(xué)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(chǔ)存損失試驗(yàn)的內(nèi)容、方法，試驗(yàn)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)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(yàn)結(jié)果提出了褐煤儲(chǔ)存管理建議。2/6/20232吉林省電力科學(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究

火力發(fā)電企業(yè)燃煤進(jìn)廠后，部分燃煤通常要在煤場儲(chǔ)存一段時(shí)間才會(huì)入爐燃燒。煤場儲(chǔ)存的煤量通常根據(jù)燃料供應(yīng)市場形勢、季節(jié)特點(diǎn)、機(jī)組每天燃煤數(shù)量等因素決定，存煤太少有因缺煤停機(jī)的危險(xiǎn)，存煤太多則會(huì)增加煤的損失、占用過多資金。特別是褐煤，成煤時(shí)間短，煤化程度低，熱穩(wěn)定性差，風(fēng)干時(shí)易爆裂成碎煤，在煤場儲(chǔ)存過程中更易因氧化而發(fā)生發(fā)熱、自燃，導(dǎo)致煤質(zhì)下降。為了研究褐煤在自然露天條件下儲(chǔ)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(jìn)行了單獨(dú)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(gè)半月，每天觀測氣象參數(shù)，測定煤堆不同部位溫度，定點(diǎn)采樣并測定各項(xiàng)煤質(zhì)特性指標(biāo)，從而研究褐煤儲(chǔ)存過程中煤質(zhì)、煤量的變化規(guī)律，用于指導(dǎo)和改進(jìn)燃料管理。2/6/20233吉林省電力科學(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究1試驗(yàn)準(zhǔn)備1.1試驗(yàn)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(yàn)煤的組堆場地。并對試驗(yàn)場所進(jìn)行了清理，確保沒有陳舊煤。試驗(yàn)場所選定后，將2整列褐煤單獨(dú)堆放在試驗(yàn)場所。堆放時(shí)，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(yàn)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(yàn)用煤的煤量及煤質(zhì)指標(biāo)見表1。2/6/20234吉林省電力科學(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究表1試驗(yàn)用煤煤質(zhì)指標(biāo)分析煤量(t)煤質(zhì)指標(biāo)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究1.2儀器設(shè)備安裝、調(diào)試、校準(zhǔn)在組堆過程中，預(yù)埋測溫?zé)犭娕?。自距地?、3、5m時(shí)，分別在煤堆各層面四角及中心預(yù)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(hù)，將其平置于煤面上。冷端與補(bǔ)償導(dǎo)線連結(jié)，并用防水自粘絕緣膠帶密封，補(bǔ)償導(dǎo)線一端裸露于煤堆外，并對正負(fù)極作好標(biāo)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(shí)踐過程中自制了錘擊式采樣頭和插入式采樣頭。試驗(yàn)所用計(jì)量器具、表計(jì)、儀器設(shè)備都經(jīng)檢定/校準(zhǔn)合格并在有效期內(nèi)，試驗(yàn)前進(jìn)行校驗(yàn)確認(rèn)合格后投入使用。2/6/20236吉林省電力科學(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究2試驗(yàn)內(nèi)容與方法2.1氣象參數(shù)觀測在試驗(yàn)煤堆頂部設(shè)立氣象參數(shù)測試站，用以觀測每天試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)的氣溫、氣壓和濕度，取前后兩次測定均值作為當(dāng)天的氣象參數(shù)值。2.2溫度測定將各熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)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(jì)上，記錄電勢值并換算成對應(yīng)溫度。每天監(jiān)測距地面1、3、5m三個(gè)層面各5個(gè)點(diǎn)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(yàn)，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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(yàn)，并計(jì)算當(dāng)天的存煤量，以觀測試驗(yàn)期間的煤量變化。在組堆時(shí)用動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量整個(gè)煤堆煤量，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)用輸煤皮帶稱計(jì)量煤堆煤量。2.5煤的特性指標(biāo)分析試驗(yàn)煤組堆后每天采取2個(gè)總樣，分別距表面0.2m（上部樣）、1m以下（下部樣）二個(gè)層面上均勻布點(diǎn)，每個(gè)層面的子樣合并成1個(gè)總樣，每天采樣點(diǎn)不能重復(fù)，采樣坑及時(shí)覆蓋。子樣數(shù)目、子樣質(zhì)量、采樣點(diǎn)布置按GB475—1996《商品煤樣采取方法》進(jìn)行，每個(gè)總樣不少于161個(gè)子樣，每個(gè)子樣采2kg。所采2個(gè)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(yàn)室進(jìn)行特性指標(biāo)分析。試驗(yàn)項(xiàng)目及檢測周期見表2。2/6/20238吉林省電力科學(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究表2試驗(yàn)項(xiàng)目及檢測周期項(xiàng)目氣象參數(shù)煤堆溫度煤的粒度煤炭堆密度特性指標(biāo)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究3試驗(yàn)結(jié)果3.1氣象參數(shù)試驗(yàn)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(diǎn)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(yàn)表明，煤堆深層溫度與環(huán)境溫度之間不存在相關(guān)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(yàn)是在煤堆的表層下0.2m采樣，因此試驗(yàn)結(jié)果只反映了煤堆近表面粒度變化規(guī)律。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，變化趨勢見圖2。2/6/202311吉林省電力科學(xué)研究院李春艷表3粒度分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)序號采樣時(shí)間篩分試驗(yàn)(%)<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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究圖2煤的粒度變化情況2/6/202313吉林省電力科學(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究試驗(yàn)表明煤的粒度所占百分率均與時(shí)間成線性關(guān)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(fēng)化，煤的粒度隨時(shí)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(yàn)過程中對采取的上部樣每周做一次堆密度試驗(yàn)，并計(jì)算當(dāng)天的存煤量，以觀測試驗(yàn)期間的煤量變化。由于測點(diǎn)少，代表性差，變化趨勢不明顯。進(jìn)行試驗(yàn)煤組堆時(shí)經(jīng)軌道衡計(jì)量共計(jì)堆煤7141噸，試驗(yàn)結(jié)束后取試驗(yàn)煤堆上鍋爐燃用，經(jīng)皮帶稱計(jì)量煤量7011噸（含試驗(yàn)用煤，即樣品制備后的余煤返回試驗(yàn)煤堆），與組堆時(shí)相比累計(jì)煤量損失130噸，該煤堆共儲(chǔ)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究3.5煤的特性指標(biāo)變化組堆后每天采取2個(gè)總樣，分別距表面0.2m（上部樣）、1m以下（下部樣）二個(gè)層面上均勻布點(diǎn)，每個(gè)層面的子樣合并成1個(gè)總樣。對所采煤樣按規(guī)定的程序制樣并分析相應(yīng)的煤質(zhì)特性指標(biāo)，對所得數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)繪制成趨勢圖并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，其主要指標(biāo)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)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(jì)分析得出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從數(shù)學(xué)模型中可得出一定時(shí)間各項(xiàng)煤質(zhì)特性指標(biāo)的變化量，見表4。表4各煤質(zhì)特性指標(biāo)隨時(shí)間的變化量參數(shù)時(shí)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(shí)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究4結(jié)論煤在儲(chǔ)存過程中，煤質(zhì)會(huì)發(fā)生不同程度的變化，導(dǎo)致熱量損失，有的煤還會(huì)產(chǎn)生自燃。通過上述試驗(yàn)及結(jié)果分析，可得出如下結(jié)論：4.1各煤層中心點(diǎn)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(shí)，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(chǔ)煤氧化并造成自燃的關(guān)鍵因素，也是導(dǎo)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(jī)械強(qiáng)度小，空氣中易風(fēng)化破碎，粒度變小。試驗(yàn)表明，煤的粒度變小與時(shí)間成線性關(guān)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(fēng)化，煤的粒度隨時(shí)間逐漸變小。粒度變小，吸水性增強(qiáng)，加速氧化速度，導(dǎo)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(xué)研究院李春艷褐煤儲(chǔ)存損失試驗(yàn)研究4.3試驗(yàn)煤組堆時(shí)經(jīng)軌道衡計(jì)量共計(jì)堆煤7141噸，試驗(yàn)結(jié)束取試驗(yàn)煤堆上鍋爐燃用，經(jīng)皮帶稱計(jì)量煤量7011噸（含試驗(yàn)用煤，即樣品制備后的余煤返回試驗(yàn)煤堆），與組堆時(shí)相比累計(jì)煤量損失130噸，該煤堆共儲(chǔ)存107天，總損失率1.82%，月?lián)p失率0.51%。4.4從試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析看，隨著褐煤存放時(shí)間的增加，熱值損失率會(huì)增大。本次試驗(yàn)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(huì)降低529~607J/g；存放60天，收到基低位發(fā)熱量會(huì)降低1075~1236J/g。