褐煤儲存損失試驗研究

1、2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷1 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 136400 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷2 褐煤儲存損失試驗研究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。 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷3 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 火力發(fā)電企業(yè)

2、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(yīng)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

3、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。 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷4 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 1 試驗準備試驗準備 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（40m35m）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1.52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

4、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。 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷5 褐煤儲存損失試驗研究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361630.46.9635.3748.9519021206 煤堆36162906983659490318851223 第二列352530.49.0529.5147.8720511305 煤堆71413094752777476121151322 2021-7

5、-9吉林省電力科學研究院 李春艷6 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 1.2 儀器設(shè)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、5 m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(shè)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。 202

6、1-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷7 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 2 試驗內(nèi)容與方法試驗內(nèi)容與方法 2.1 氣象參數(shù)觀測 在試驗煤堆頂部設(shè)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(yīng)溫度。每天監(jiān)測距 地面1、3、5 m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、 613、1325、25的粒度煤樣占樣品總量的百分率。 2021-7-9吉

7、林省電力科學研究院 李春艷8 褐煤儲存損失試驗研究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GB4751996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GB

8、4741996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。 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷9 褐煤儲存損失試驗研究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,dCdHd St,d 周期每天每天每周每周每天 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷10 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 3 試驗結(jié)果試驗結(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1631.5，平均25.3；濕度862

9、%RH，平均35.1%RH； 氣壓737763mmHg，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3 m煤層溫度最高，17143，平均54.5，變化 趨勢最明顯，變化量為126，距地面5 m煤層溫度略高于距地面1 m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(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。 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷11 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖1 煤

10、堆溫度變化情況 圖1 煤堆不同層面溫度變化曲線 0 50 100 150 200 17131925313743495561677379859197103 1米 3米 5米 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。 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷12 表3 粒度分析試驗數(shù)據(jù) 序號 采樣時間 篩分試驗(%) 6-13mm13-25mm25mm 120070528 38.5021.2920.4619.75 22007060437.8822.9021.4917.73 3200706114

11、3.6722.7117.7215.9 42007061847.0022.9613.9716.07 52007062546.9923.0414.8715.10 62007070247.8524.1012.9215.13 72007070947.2222.9817.3612.44 82007071649.7023.4313.9712.90 92007072349.4122.0817.8110.70 102007073050.0024.7914.6610.55 1120070806 52.2428.49.789.58 122007081351.8727.5810.819.74/p>

12、4.4128.579.377.65 142007082755.9131.803.608.69 152007090555.6531.025.817.52 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷13 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖2 煤的粒度變化情況 篩分試驗曲線 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 123456789101112131415 6-13mm 13-25mm25mm 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷14 褐煤儲存損失試驗研究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(guān)系，其中25煤 的粒

13、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%。 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷15 褐煤儲存損失試驗

14、研究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(yīng)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(yīng)的數(shù)學模型，其主要 指標變化趨勢見圖318。 圖3 上部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷16 褐煤儲存損失試驗研究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 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷17 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖5 上部樣干基灰分變

15、化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷18 褐煤儲存損失試驗研究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 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷19 褐煤儲存損失試驗研究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 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷20 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖8上部樣干基碳含量變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷21 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖9上部樣干基氫含量變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷22 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖10

16、上部樣干基全硫變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷23 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖16下部樣干基碳含量變化趨勢 圖11 下部樣干基高位發(fā)熱量變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷24 褐煤儲存損失試驗研究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 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷25 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖13 下部樣干基灰分變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷26 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖14下部樣干基揮發(fā)分變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究

17、院 李春艷27 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖15下部樣干燥無灰基揮發(fā)分變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷28 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖16下部樣干基碳含量變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷29 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖17下部樣干基氫含量變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷30 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 圖18下部樣干基全硫變化趨勢 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷31 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 經(jīng)統(tǒng)計分析得出相應(yīng)的數(shù)學模型，從數(shù)學模型中

18、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-90-187-379-293-607-1236012024048 下部樣-64-133-271-255-529-1075004007013 參數(shù) 時間（天） Vd（%）Vdaf（%）Cd（%）St,d（%）Hd（%） 153060153060606060 變化量上部樣-009-018-038-005-010-021-053-0020.04 下部樣-006-013-027-007-0

19、14-029-019-0020.03 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷32 褐煤儲存損失試驗研究褐煤儲存損失試驗研究 4 結(jié)論結(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(guān)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(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。 2021-7-9吉林省電力科學研究院 李春艷33 褐煤儲存損失試驗研究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