褐煤储存损失试验研究

1、2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳1 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 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳2 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 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。 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳3 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 火力发电企业

2、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

3、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。 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳4 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 1 试验准备试验准备 1.1 试验用煤的选择和组堆 在煤场一侧清理出一块约1400（40m35m）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1.52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

4、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。 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳5 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 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吉林省电力科学研究院 李春艳6 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 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、5 m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。 202

6、1-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳7 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 2 试验内容与方法试验内容与方法 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、5 m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、 613、1325、25的粒度煤样占样品总量的百分率。 2021-7-9吉

7、林省电力科学研究院 李春艳8 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 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GB4751996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GB

8、4741996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。 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳9 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 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 MarMadAdVdQgr,dCdHd St,d 周期每天每天每周每周每天 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳10 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 3 试验结果试验结果 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1631.5，平均25.3；湿度862

9、%RH，平均35.1%RH； 气压737763mmHg，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3 m煤层温度最高，17143，平均54.5，变化 趋势最明显，变化量为126，距地面5 m煤层温度略高于距地面1 m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。 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳11 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图1 煤

10、堆温度变化情况 图1 煤堆不同层面温度变化曲线 0 50 100 150 200 17131925313743495561677379859197103 1米 3米 5米 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。 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳12 表3 粒度分析试验数据 序号 采样时间 筛分试验(%) 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吉林省电力科学研究院 李春艳13 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图2 煤的粒度变化情况 筛分试验曲线 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 123456789101112131415 6-13mm 13-25mm25mm 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳14 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 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

13、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%。 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳15 褐煤储存损失试验

14、研究褐煤储存损失试验研究 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318。 图3 上部样干基高位发热量变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳16 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图4 上部样收到基低位发热量变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳17 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图5 上部样干基灰分变

15、化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳18 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图6上部样干基挥发分变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳19 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图7上部样干燥无灰基挥发分变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳20 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图8上部样干基碳含量变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳21 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图9上部样干基氢含量变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳22 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图10

16、上部样干基全硫变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳23 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图16下部样干基碳含量变化趋势 图11 下部样干基高位发热量变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳24 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图12 下部样收到基低位发热量变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳25 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图13 下部样干基灰分变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳26 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图14下部样干基挥发分变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究

17、院 李春艳27 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图15下部样干燥无灰基挥发分变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳28 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图16下部样干基碳含量变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳29 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图17下部样干基氢含量变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳30 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 图18下部样干基全硫变化趋势 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳31 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 经统计分析得出相应的数学模型，从数学模型中

18、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（%） 153060153060153060 变化量 上部样-90-187-379-293-607-1236012024048 下部样-64-133-271-255-529-1075004007013 参数 时间（天） Vd（%）Vdaf（%）Cd（%）St,d（%）Hd（%） 153060153060606060 变化量上部样-009-018-038-005-010-021-053-0020.04 下部样-006-013-027-007-0

19、14-029-019-0020.03 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳32 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 4 结论结论 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。 2021-7-9吉林省电力科学研究院 李春艳33 褐煤储存损失试验研究褐煤储存损失试验研究 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