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入厂煤、入炉煤热值差原因及分析方法

入厂煤、入炉煤热值差原因及分析方法

一、前言

发电厂入厂煤、入炉煤热量差是经济性评价及燃煤管理的重要指标,将其热量差控制在一定范围内可以体现出燃料管理和采制化工作的水平。

入厂煤、入炉煤热值差考核指标为502J/g。在目前市场这种情况下,要完成这一指标,从管理和技术上难度都很大。对均匀单一的煤种完成这一指标相对容易一些;对煤源复杂、煤量大,要完成这一指标有一定技术难度,必须从管理和技术上下很大功夫。

产生较大热量差的原因有多种因素,不一定是入厂煤或入炉煤的某一单方面的问题,也就是说可能是入厂煤的问题也可能是入炉煤的问题,或两方面都存在问题。可以肯定是采样、制样、化验工作未做好,另外就是产生较大热量差时分析原因不到位。

为什么认为分析原因不到位呢?一般在分析原因时大多从煤样的采制和化验的规范性操作检查入手,检查这些操作环节方面固然重要,但往往只是分析了一些常规的、表面上的东西,缺乏对采制化工作操作细节、仪器设备性能方面的深层次的分析,其结果是热量差降低效果不明显或未起到作用。

解决发电厂入厂煤、入炉煤热量差,我们应从两方面来做这个工作。第一重点放在预防上,通过平时扎实地做好入厂煤、入炉煤的采样、制样、化验工作,不让入厂煤、入炉煤热值差超过考核指标。不要有了问题再去解决,而是防患未然。第二如果发生了入厂煤、入炉煤热量差大的情况,那就要全面、系统地找出造成热值差大的根本原因。

二、采样、制样和化验偏差组成

要从一批煤中(几千吨或上万吨)采取少量煤样(几百公斤),经过制样程序制成数量较少,仅约100克,粒度<0.2mm的试样,供化验使用,即用少量煤样(单次测定仅为1克左右的样)的分析结果去推断一批燃煤的质量和特性,就必然会存在偏差,这些偏差由采样偏差、制样偏差和分析偏差构成在此条件下,若用方差来表示总偏差,则有如下表达式: *=*+*+*。其中采样偏差最大,占总偏差80%,制样偏差16%,分析偏差4%。从以上分析结果可以看出,分析结果的可靠性,在很大程度上取决于样本的代表性,因此在煤质检测中,首先要做好采样工作,这说明不但要有科学的采样方法,而且还要有受过严格训练的、能认真执行采样方法的采样人员。

但必须强调的是:在上述的关系下,往往容易造成误解,认为制样、化验就不重要了,这是错误的。其实制样、化验同样重要,如果不规范操作同样可以产生较大的误差。如某厂制样人员在制粉时不规范操作,产生约1000J的热量偏差。(操作描述)

了解采样、制样和化验偏差组成后,我们就可以有针对性地对各环节进行偏差的分析,以确定哪个环节出现的偏差。

三.影响入厂煤、入炉煤产生热量差的因素

1、入厂煤与入炉燃用煤不同步产生的差异

如果以月计算入厂煤、入炉煤热值差,那么首先要确认一下每月入炉煤燃用的是不是当月入厂煤进的煤,如果不是,那么当月的入厂煤、入炉煤热值差就没有可比性。可累计为三个月入厂煤、入炉煤热值差比较。

2.进厂煤平均质量下降的影响

2.1对燃用均匀、单一的煤种不易造成采样偏差,相对比较容易完成热值差指标

我们做过以下试验:某电厂燃用的神华煤,在同一列火车用机械采20个子样,人工采20个子样。机械采20个子样平均干基灰分Ad=10.27%,人工采20个子样平均干基灰分Ad=10.20%。机采的20个子样灰分极差为3.88%(7.93%~11.81%),说明煤质非常均匀。机械采样与人工采样20对样干基灰分Ad相差0.07%,非常吻合,说明煤质较均匀时不容易造成采样偏差。

2.2对来煤均匀性较差的煤种易造成采样偏差

煤的粒度越大,越不均匀,而且粒度大的一般以矸石或石头居多。在实际采样操作中,人工采样和机械采样很难采到大于100毫米以上的矸石或石头。来煤粒度较大时,人工采样不好挖深坑,往往在好挖的地方挖坑,或挖的时候遇到较大的矸石、石头或让开挖坑或只采小粒度的煤样。机械采样头的直径一般在270~300毫米,扣除中间的螺旋杆直径,大于100毫米以上的矸石或石头也难被采到。此类采样头适用于煤的最大粒度为50毫米,被采到的概率可达95%,超过这一最大粒度的煤被采到的概率随最大粒度的增加而降低。因此随煤的最大粒度的增加,人工采样和机械采样都容易造成入厂煤的热量偏高。

2.3煤质极不均匀还容易造成采样代表性差

如某一电厂来煤,在同一车厢机械采20子样,灰分最小为36.45%,灰分最大为60.89%,极差为24.44%,煤质非常不均匀。对于这种情况,如果按常规采样而不增加子样个数,采样代表性就差。

3.煤长时间存放氧化的影响

加强煤场管理,防止煤场自燃,及时烧旧存新。据资料统计,无烟煤筒仓存放半年热量损失1%,若5000大卡/公斤热量损失就是50大卡/公斤;烟煤筒仓存放半年热量损失1%~3%;褐煤存放半年热量损失6%。

煤的存放热量损失数据大多参照一些资料上数据,这些数据只是作为一般性的参考作用,具体到某煤种存放一定时间到底损失多少热量没有较准确的数据。有些煤种自然存放的热损失比经验数据要大很多。

我们在实验室状态下做过某煤种煤粉样存放15天、30天、40天发热量损失试验,对所试验的煤样存放40天,热量损失为1.2%。这是在实验室状态下的测试结果,如果是在风吹、日晒和雨淋的条件下,煤样的热量损失肯定更大。

4.采样设备、化验设备存在系统误差的影响

据了解,在所使用的采样机中有相当一部分存在系统误差,体现在热量上要么偏大,要么偏小。产生系统偏差的原因有厂家设计不合理因素,主要还是使用过程中没有按机械采样机标准规定操作。

化验设备产生的系统误差主要是设备造成的。

例如,某厂某国产某型号热量计,全年测定标准煤样热量平均偏低120~150J,这种热量计存在系统偏差。如果入厂煤、入炉煤化验室的热量计一个是正偏差,一个是负偏差,热量差值会增大,这种情况就是不容忽视的因素。使用同种热量计,若偏差方向一致,不会增大差值。

消除设备系统误差需采取的措施:

4.1新投运的机采设备按规定做性能试验。机采设备必须经权威部门鉴定采样无系统偏差才能使用。对检定结果及结论要有适用性分析。比如可采煤的最大粒度。

4.2定期检查破碎机的出料粒度,定期检查采样头和缩分器的运行状况。

4.3要按机采设备性能试验给出的结论来运行机采设备。

比如:制样设备的出料粒度、破碎缩分比、采样精密度等指标。同类型的机采设备在不同的电厂由于煤质不一样,会得出不同的数据。只有按机采设备性能试验给出的结论来运行机采设备,采样偏差、制样偏差才能得到有效的控制。

5.采制化人员不规范操作带来的影响

采制化人员不规范操作带来的影响随意性大,影响大小很难量化。可以通过加强技术培训,建立有效的监督机制来规范操作。采制化技术管理人员要相对稳定。

不规范操作的各种现象:比如火车上采样蜻蜓点水,深度不够,采样量也不够,背着编织袋从车厢头采到尾。

应对不规范操作的措施:

5.1由对采制化流程熟悉、标准熟悉且有一定技术的人来监督采制化过程,不熟悉的人监督往往只是监督一些表面的东西,深层次的不到位。

5.2对采样点的布置、深度、子样质量及采后样品总量监督。

5.3建立对存查样定期抽检制度。

5.4建立各矿别数据库,根据数据库的数据归纳出各矿的经验公式,以此公式较核各矿测试数据的合理性和可靠性,还可对可疑值做出判断。

5.5通过加强技术培训来规范操作

由于目前大多以机械采样为主,采样人员对机械采样的采样原理、工作流程等相关技术缺乏了解,建议进行这方面的技术培训,尤其要以培训技术骨干为主。

四、发电厂入厂煤、入炉煤热值差分析方法

分析时应由浅入深、由易到难、逐一排除,最后找出问题所在。对于较大的热量差,可以肯定不是化验为主要问题,应先从制样开始分析,然后再分析采样问题。

1.热量计准确度检查

当热量差稍微超规定值时,应首先排除化验方面是否有问题。热量计准确度检查可以使用在有效期内的标准煤样 ,不推荐使用标准苯甲酸。

由于国内主要热量计制造厂家某型号存在设计制造方面的问题,反标苯甲酸的情况较好,但反标标准煤样的结果并不理想,这种系统误差很难从技术上消除,因此不推荐使用标准苯甲酸反标热量计。

当热量差比较大时,化验误差相对较小,应先从采制样检查入手。

将标准煤样的测定值与其标准值比较,若测定值在标准煤样的不确定度范围内则该热量计准确度符合要求。

另外还要检查近期3个季度的热量计热容量标定记录及反标记录。重点看反标标准煤样测定值与标准值的差值,比较测定值是在标准值的上限还是下限,若3次测定值全部在上限或下限,初步判断该热量计存在系统误差。这点分析重要,往往在热值差分析时容易被人们忽略。

热量计的标定记录及反标记录检查主要是了解设备性能及系统偏差情况。

2、人工制样偏差的检查

人工制样如果不按标准操作也可产生较大的误差。熟悉采制化标准的技术人员,可通过对制样人员的现场实际操作,检查制样人员规范操作的程度。

也可使用下面方法进行制样误差的检查:

准备13毫米以下粒度的煤样60千克以上,用二分器缩分两份试样,其中一份样再用二分器缩分成两份样,一份样由入厂煤化验室制样并化验,另一份由入炉煤化验室制样并化验,主要是检查制样环节存在问题。将第一次缩分出的另一份30千克以上的煤样再用二分器缩分成两份样,其中一份由第三方制样,制得的样品由入厂煤和入炉煤化验室化验,另一份备用(或备检)。

根据三方的化验数据比较,可得出是否是化验问题还是制样过程中存在的问题。此方法在检查化验和制样存在问题上非常实用。

3.采样偏差分析

    对于人工采样首先应澄清一个认识问题,不是人工采样不准或代表性差的问题,而是一方面采样人员没按照规范操作,另外一方面入厂来煤存在掺假或分层装车现象,此条件下人工采不到车底部的煤,从而造成人工采样代表差。

入炉煤采样机装在碎煤机之后,大块的石头或矸石经碎煤机破碎,入炉煤采样机反而有取到石头或矸石的机会。

在分析热值差时,人们首先会想到并重点关注采样问题,更多关注人工采样而忽略机械采样问题,以为使用机械采样就是具有代表性了,其实这种理解是错误的。实际采样过程中有些采样机存在问题是严重的。

需要说明的是:大部分机械采样的采样头所采初级子样(未经破碎、缩分的原始煤样)基本都具有代表性;另外认为皮带端部采样代表性好于中部皮带采样的也是错误的,缺乏事实根据。机械采样主要问题出在破碎、缩分系统上。

机械采样需检查下面几个项目:

1、对缩分器进行检查

主要检查缩分器缩分次数或切割煤流次数能否达到要求,而且必须截取煤流的全断面。

在没有进行采样机性能检定情况下,推荐缩分器缩分次数(切割煤流)为:

  —当采样机出料粒度为13mm时,切割煤流次数应大于10次以上;

  —当采样机出料粒度为6mm时,切割煤流次数应大于5次以上;

采样机实际采样时必须按照采样机性能检定的结论采样,或按照推荐的切割煤流次数运行。不符合要求的应进行调整或改造。

机械采样机有些问题一般都出在缩分器上,不按照规定粒度要求保留样品质量,不管缩分精密度是否合格,任意改变留样量。有些厂家采样机缩分器要达到缩分精密度合格,留样量很大,制样人员为减少制样工作量就少取样。缩分器缩分次数不够,直接影响采样的代表性。

例:某电厂入厂煤有汽车煤和火车煤,在以汽车为主时入厂煤与入炉煤热量差较大。检查化验和制样都没有太大的问题,初步判断应该是采样的问题。现场检查汽车煤采样机后认为由于采样机出料粒度较大,影响了缩分器的缩分精密度,而且存在样品发热量偏好的系统偏差。而又当火车煤较多以燃用火车煤为主时,入厂煤与入炉煤热量差较大的情况并没有改善,按说火车煤相对要均匀一些,又了解到子样数、样品量都没有问题,看过采样机后认为问题同样出在缩分器上,这种类型的缩分器也是容易造成样品发热量偏好的系统偏差。根据两台采样机实际运行情况,该厂热量差的主要原因应该在缩分器上。要解决热量差问题应先对缩分器进行调整或改进。

2.检查采样机缩分器的开口尺寸

      缩分器开口尺寸必须根据实际出料粒度去调整,而且必须保证开口尺寸是采样机实际出料粒度的3倍。缩分器开口尺寸小容易造成热量偏高。

这是因为煤样经过破碎机后,不容易破碎的、大颗粒的以石头或矸石居多,而这部分颗粒只有一部分经过缩分器缩分进入留样,从而造成热量偏高。

例:某厂入炉煤采样机缩分器未调整时缩分精密度检测结果

检测时的运行参数为出料粒度为25mm,远偏离设计出料粒度6 mm;切割煤流(二次采样)次数为1次。样品(留样)干基灰分平均24.93%,余煤干基灰分平均20.00%,差4.93%。在假定其它都正常的情况下,入炉煤采样机所采煤样灰分比实际高4.93%,严重偏离实际值,而且存在系统误差,对应的发热量高出实际值1650J(灰分变化1%,影响发热量约80大卡/千克),以这种方式运行必然导致较大的热量差。原因就是出料粒度为25mm,远偏离6 mm设计出料粒度,切割煤流次数太少,缩分精密精密度太差,体现在采样的代表性差。

缩分器性能评价:

综合几种型号采样机缩分器的运行情况,横过皮带缩分器和立式旋转缩分器相对较好,而滚筒式缩分器和圆锥旋转式缩分器容易造成系统偏差,这与其设计缺陷有关。

滚筒式缩分器和圆锥旋转式缩分器容易造成留样偏好,热量偏高。在分析入厂煤热量偏高时不防找找这方面的原因。

为避免使用滚筒式缩分器和圆锥旋转式缩分器造成的系统误差,在使用此类型缩分器时不能按常规三倍出料粒度去调整,应按四倍的出料粒度去调整。因为在圆弧上的开口在运转到侧面时实际的横向开口是逐渐变小的,导致在侧面时大颗粒不能进入缩分口,而小颗粒及煤粉可以进入,这样留样的热量必然偏高。

3.检查采样机的出料粒度

采样机出料粒度关系到留样量,缩分器切割煤流的次数等一系列问题,因此应定期对采样机出料粒度进行筛分。

采样机出料粒度出现的问题较多,大多由于各种原因出料粒度高于设计值,高于设计值后又没有及时调整其它运行参数,给采样工作带来影响。当采样机出料粒度大于13毫米时,根据检测采样机性能试验经验,采样机很难通过采样代表性试验,大多数情况会造成热量偏高。

推荐半年进行一次采样机出料粒度的筛分试验。

为什么要重视采样机的出料粒度呢?因为在缩分器开口一定的情况下,煤粒度变大时,大颗粒的煤样被有效的缩分的概率降低,造成热量偏高。

4、劣质煤及掺假煤对采样机的影响分析

由于采样机设计方面及安全方面的原因,采样头不能完全采取车厢底部的煤,大约有10~20cm的煤不能采到;对于螺旋钻头较长的采样头,大约有30~40cm的煤不能采到。这就给不法发煤单位造成可乘之机,有的采用在车厢底部装约30cm高左右的矸石或劣质煤,然后再在上面装质量好的煤。由于以上原因,致使采样机所采煤样发热量偏高,给电厂造成经济上的损失。   

应对劣质煤及掺假煤的办法:

4.1定期检查火车底部或汽车底部的装煤情况;

4.2拒收有掺假现象的煤进厂;

4.3对付分层装车的最好办法是采用在卸煤过程中用横过皮带的采样机采样,不管怎样装车都会被采样机采到;

4.4人工采样与机械采样相结合采集煤样,两种采样方法互为补充。

5.对采样机性能检定试验数据及结论进行分析

对应用于商务交往的采样机,应由权威部门按相关国家标准进行采样机的性能检定试验。但检定后应对试验数据及结论进行分析,应该做到对采制样的性能进行深入分析,在结论中不光要看采样的代表性,还要看采制样机是否存在系统偏差。

采制样机是否存在系统偏差是分析热量差的重要内容之一。

6.解决热量差问题应先从规范入炉煤采制化工作开始

在分析热量差前应先将入厂或入炉采制化工作的某一方作为基准进行分析。根据入炉煤都是机械采样情况,采样机装在碎煤机之后,出料粒度一般小于50毫米,采样机安装在皮带中部或端部,因此入炉煤采样机在采样条件上好于入厂煤,所以应先从规范入炉煤采制样工作开始。如果将入炉煤采制样工作先规范化,以其为基准来比较热量差,就容易查出问题所在。 

举例某厂化验室的化验的数据如下:

同一煤样入厂煤、入炉煤分别制样并化验的结果。

入厂煤化验室化验结果

入炉煤化验室化验结果

空气干燥基水分Mad(%)

1.75

1.06

  干燥基灰分Ad(%)

31.74

34.94

  干燥基发热量Qgr,d(MJ/kg)

21.645

20.530

入厂、入炉热量相差1115J/g

由第三方制样,然后缩分出两份煤粉样,分别由入厂、入炉煤化验室化验。

 入厂煤化验室化验结果

入炉煤化验室化验结果

空气干燥基水分Mad(%)

1.81

1.83

干燥基灰分Ad(%)

34.59

34.69

干燥基发热量Qgr,d(MJ/kg)

20.714

20.716

注:两化验室使用同型号热量计。

 

 

 

 

 

 

 

 

入厂、入炉热量相差2J/g,两化验室热量的平均值为20.715 MJ/kg,以此值比较同一煤样分别制样并化验的结果。入厂煤化验室热量测定值比实际高930J,入炉煤化验室热量测定值比实际值低185J。由以上数据可以看出,入厂、入炉煤化验室化验第三方制样的煤样热量结果非常接近,对标准煤样发热量测定结果也在标准值的允许范围内,证明两化验室化验的数据是可靠的。但入厂煤化验室测定自己制样的煤样发热量偏离实际值较大,说明入厂煤制样存在问题。实际观察入厂煤制样人员操作,认为误差主要出现在制粉上,1003毫米的煤样根本没有全部制粉,只是随便取一部分煤样制粉(只有仔细观察全过程才能发现此问题)。而入炉煤化验室测定自己制样的煤样发热量与实际值比较接近,说明入炉煤化验室制样比入厂煤化验室制样规范。

 

 

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