大型电站燃煤损耗测评及其治理技术的发展趋势

钟丁平 林木松 陈晓强

（1.广州粤能电力科技开发有限公司，广东 广州 510699；2.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080）

1 产生燃煤损耗的原因

大型电站燃煤损耗包括数量损耗和热量损耗两个方面。数量损耗俗称“亏吨”，产生数量损耗的原因包括途损、风损、雨损、氧化损耗等。热量损耗俗称“亏卡”，造成热量损耗的主要原因是煤的氧化，按照氧化程度分为低温氧化和自燃。低温氧化阶段煤表面吸附氧气，形成中间产物：氧化基/过氧化络合物，放出热量，而到达自燃阶段，煤燃烧放出大量热量，造成的热损失更大，如果发生充分燃烧，其反应热等于煤本身的热值；其次风损、雨损造成部分细小颗粒的煤炭损失，也会引起热值损耗。燃煤损耗既造成电站的发电成本大幅增加，又造成环境受到严重污染[1]，因此，行业标准《火力发电厂能量平衡导则 第2 部分：燃料平衡》（DL/T 606.2-2014）[2-3]以及《电力工业燃料管理办法》均对燃煤的数量损耗及热值做了相关的规定，要求数量损耗不得高于统计期内日均储煤量的0.5%，热值损耗量不得高于502 J/g，测评方法是通过统计期内燃煤出入账的不平衡量进行统计分析。以下对煤场损耗的测量统计方法进行详细介绍。

2 燃煤损耗测量统计

2.1 煤量损耗测量统计

2.1.1 煤量的测量

统计期内入厂煤、入炉煤计量以皮带秤为准。皮带秤在使用前应进行校准，皮带秤的校准包括链码校准、挂码校准、实物校准等方式。

由于统计期内燃用的入炉煤不一定全是统计期内入厂煤，也可能部分是存煤，统计期内的入厂煤部分可能等到统计期后燃用。因此，在统计存煤量时，应统计统计期开始时的存煤量和结束时的存煤量。存煤量包括煤场、煤粉仓、原煤仓的存量。由于煤粉仓、原煤仓存量计量的难度较大，并且相对于煤场存量来说较小，因此，通常在测量时将煤粉仓、原煤仓的开始和结束存量保持一致，例如：都是满仓，这样，煤粉仓、原煤仓开始和结束存量差值为零。煤场存煤量等于体积乘密度，测量工作包括体积测量和密度测量两部分。如果煤场由多个不同煤种的煤堆组成，应分别测量各个煤堆的质量，煤场的存量为各个煤堆的质量之和。体积测定方法：采用激光盘煤仪测定存煤堆积体积。密度测定方法：用台秤称量容器的皮重，称准至0.5 kg；用铁铲小心装煤于容器中，要求煤样落下的高度不超过0.6 m，煤样装至高出容器顶100 mm，用硬直板将高出部分除去，使煤样面与容器顶部平齐，称总重。结果计算如式（1）。

式中：Ds,ar为收到基堆积密度，t/m3；m0为容器的皮质量，t；m1为总质量，t；V为容器的体积，m3。重复性：0.04 t/m3。

2.1.2 加权平均全水分值的计算

入厂煤、入炉煤、存煤量的平均全水分值采用加权平均值更为合理。计算公式如式（2）。

2.1.3 日均贮煤量计算

统计期日贮煤量计算公式如式（3）。

式中：Brzm为统计期煤场当日贮煤量，t；Bszm为统计期煤场上一日库存量，t；Bdrc为统计期当日入厂煤量，t；Bdrl为统计期当日入炉煤量，t。

统计期日均贮煤量为平衡试验周期日贮煤量的算术平均值。

2.1.4 煤场数量损耗量及损耗率计算

煤场数量损耗为统计期内的入厂煤量与开始时的存煤量之和减去入炉煤量和结束时的存煤量，同时，还要考虑入厂煤、入炉煤、存煤的全水分差别，需要将入炉煤、存煤的质量换算为入厂煤水分基准下。由于水分增加使质量增加，因此，其基准的换算系数与发热量的换算系数成倒数关系。由于原煤仓及煤粉仓在开始和结束时均为满仓，前后的差值为零，在公式中不体现出来，计算公式如式（4）。

式中：Bcs为统计期燃煤损耗量，t；Brc为统计期内入厂煤量，t；Bpk为统计期开始时煤场盘点贮煤量，t；Brl为统计期入炉煤量，t；Bpj为统计期结束时煤场盘点贮煤量，t；其他参数如上。

存煤损耗率为统计期燃煤损耗量与统计期内日均存煤量之比。

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根据以上方法对省内5 个电厂两年的煤场数量损耗进行测量和统计得到各厂的损耗量和损耗率，见表1。

表1 各厂年度数量损耗

由表1 可见，大部分电厂的年度损耗率超过行业标准《火力发电厂能量平衡导则 第2 部分：燃料平衡》（DL/T 606.2-2014）关于煤场损耗率不能超过日均储煤量0.5%的规定。从实际损耗量来年损耗煤量上万吨，电厂4 年度数量损耗率达2.34%，按煤价800 元/t 计算，每年经济损失达1060 万元。可见，由于煤场损耗引起的经济损失还是非常巨大的。

2.2 热量损耗测量统计

燃煤在存储过程由于受氧化作用，必然存在一定的热值损失，损耗量为进厂煤与入炉煤热值差。由于燃用的入炉煤不一定全部是统计期内的进厂煤，可能部分是统计期前的进厂煤，因此，在进行进厂煤的热值统计时，应注意进厂煤与入炉煤的对应性问题，也就是要找到入炉煤对应的进厂煤，而不能将统计期的进厂煤热值直接与入炉煤热值相减；其次，由于煤质差别较大，因此在测量统计进厂煤与入炉煤热值时采用加权平均法。计算式如式（5）。

进厂煤热值平均值采用每一批的热值与煤量进行加权平均，入炉煤热值平均值采用统计期内每天的热值与煤量进行加权平均。

此外，进厂煤在存放过程中由于受到气候条件的影响水分发生变化。水分是煤中的不可燃物质，它的变化引起热值的变化，因此，在进行统计时应扣除水分带来的影响，需要进行基准换算。同时，对于低位热值的换算还要考虑水汽化热的影响，因此，热值损耗的计算公式如式（6）。

由表2 可见，电厂5 燃用的是褐煤，而其它电厂燃用是烟煤，电厂5 的年均热值损耗高于其他电厂，说明褐煤相对于烟煤更加容易氧化，因此，热值损耗偏高。其次，燃煤存放时间对热值损耗也有影响。大部分电厂燃煤的周转速度快，在煤场存放时间不会超过1个月，有的只有一两周就燃掉，因此，大部分电厂热值损耗低于0.502 MJ/kg。电厂4 采用仓储式存煤，而其它电厂采用的是露天式存煤，仓储式存煤由于受空间的限制，一些垫底煤难于被及时翻出来燃烧，造成少部分煤存放时间较长，所以热值损耗比露天式存煤大。综上所述，存放时间越长，热值损耗越大。

表2 各厂年度热值损耗

热值损耗增加煤耗，当损耗为0.502 MJ/kg 时相当于提高标准煤耗1.7%，相对于标准煤耗为300 g/kW·h 时，增加标准煤耗5 g/kW·h。2021 年电厂5 热值损耗达到0.58 MJ/kg，该厂当年进厂煤量72 940 t，相当于损失燃煤74 345 t，经济损失达5900 万元，由此可见热值损失造成经济损失也是非常巨大。

3 煤场损耗治理技术

由以上的分析可见，煤场损耗造成严重经济损失，大幅提高发电成本，同时还造成严重的环境污染，因此，对煤场损耗的治理一直受到人们的重视。煤场损耗的治理主要有物理方法和化学方法两种。物理方法主要是洒水和隔离风雨的措施；化学方法主要通过在煤堆表面喷洒化学试剂，化学试剂固结后在煤堆表面形成类似“壳”的防护层，达到阻隔风雨和避免低温氧化的作用。

3.1 物理方法

用来治理煤场损耗的物理方法有洒水、防风林、抑尘网、覆盖塑料薄膜、干煤棚、密闭储煤仓等。表3 为目前常用物理方法的作用机理及优缺点。

表3 常用的治理煤场损耗的物理方法

表4 减损率

采用物理方法治理煤场损耗原理简单，也具有一定的效果，但是洒水、覆盖塑料薄膜操作起来工作量大，需要大量的人力、物力，建筑抑尘网、干煤棚、密闭储煤仓需要高昂的建设费用[4]，同时像干煤棚、密闭储煤仓这些设施由于位置受限，不易翻堆，对垫底煤造成的自燃等问题较难处理，因此，物理方法逐渐会被化学方法代替。

3.2 化学治理技术及其发展趋势

化学治理方法主要是通过抑尘、防止雨水冲蚀、低温氧化进行治理。抑尘剂通过黏结、凝并、润湿、保水等作用，将细小颗粒凝并为大颗粒，增加尘粒之间的相互作用力，增加尘粒的水分含量，达到抑尘的效果。

抑尘剂按照其作用分为润湿型、黏结型、凝聚型、复合型等。润湿型抑尘剂由表面活性剂和无机盐组成，表面活性剂能够降低水的表面张力，提高对粉尘的润湿效果，吸湿性无机盐起着吸湿保水的作用。黏结型抑尘剂分为有机和无机两类。有机黏结型抑尘剂早期为重油、渣油等油类产品，由于此类产品容易对环境产生污染，而且常温下为固态，实施喷洒时需要加热液化，流动性差，喷洒的均匀性差，成本较高，因此目前使用较少。目前新型抑尘剂是由高分子聚合物合成，聚合物中的交联分子在煤堆表面形成网状结构，分子间又具有各种离子基团，由于电荷密度大，与尘粒之间产生较强的亲合力，它通过捕捉、团聚尘粒，将尘粒紧锁在网状结构中，起着润湿、黏结、凝结、吸湿、抑尘作用，能够将煤堆表面的煤粒固结形成一层壳状结构，同时还有良好成膜性，在煤堆表面形成防护膜。无机黏结型抑尘剂主要包括卤化物、高岭土等。凝聚型抑尘剂由水分剂组成，通过保持尘粒较高含水量达到抑尘目的，分为无机吸水盐类和高倍吸水树脂两类。无机吸水盐类主要有CaCl2、MgCl2等，无机吸水盐类由于腐蚀性而且对水泥等建筑材料有危害性，因此，逐渐减少应用。高倍吸水树脂由高分子聚合物组成，其吸水保水能力强，得到广泛应用。雨水对煤堆的作用包括渗透和冲蚀作用，煤中的细小颗粒被雨水冲蚀造成损耗，而雨水的渗透造成燃煤的含水量提高，增加锅炉燃烧热损失。抑尘剂能够在煤堆表面形成防护膜[5-8]，对雨水有一定隔离作用，但是许多高分子涂膜的分子与分子之间总是有一些间隙，其宽度约为几个纳米，单个水分子是完全能够通过的，因此，受到大雨或暴雨的冲刷，仍会有雨水进入煤中。同时抑尘剂在煤堆表面形成的防护膜会被破坏造成冲蚀，在抑尘剂的配方中加入阻水剂[5]，通过阻水剂的疏水性能进一步加强防护膜的隔水性能，降低雨水对煤堆的渗透和冲蚀。对于低温氧化损耗，采用能吸湿隔氧降温、负催化作用、分解的惰性气体稀释氧气、捕获煤氧化链反应中的自由基等作用遏制煤的低温氧化。复合型抑尘剂由多种抑尘剂复合而成，兼顾各种抑尘剂的性能，综合解决扬尘、雨水渗透与冲蚀、低温氧化等问题，在配方选择上添加多种功能助剂，使各个效果之间相互包容，而不是相互抵触。

对4 厂使用YT4 型复合抑尘剂进行治理，每万吨煤喷洒药剂1.02 t，年用量58 t，减损率达93%以上。

4 结语

煤场的损耗主要来自扬尘、雨水渗透与冲蚀、低温氧化这三大因素。经过对煤场损耗的实际测量表明，煤场存在着较大的损耗，数量损耗每年可达1000 万元，热值损耗每年可达6000 万元。由此可见，煤场损耗造成的经济损失巨大，因此对煤场损耗的治理是非常必要的。从目前来看，物理治理方法仍较为普遍，但是物理方法费时费力，效果不持久，若采用建筑物的方式则需要昂贵的费用，动辄上亿元，还需要大量的维护费用，因此逐渐被成本较为低廉的化学治理方法代替。通过复合型抑制剂在电厂的应用，可以降低燃煤损耗达93%以上，为电厂带来可观的经济和社会效益，因此环保复合型抑尘剂是将来的发展方向。