燃煤水分分析方法的探讨

燃煤水分分析方法的探讨

张东华

山西大唐国际临汾热电有限责任公司

燃料质量验收部

随着市场经济的不断深入，燃料管理工作已逐步得到完善提高，受到了人们的重视。但仍存在弊端，电力系统燃料费用占火电厂发电成本的80%左右。燃料成本又直接的关系到火电厂的经济效益。燃煤现在都是以发热量计价，平均煤的发热量每差1J/g,电力系统燃煤成本则相差300万元左右。所以，现在各个电厂、以及各个煤矿都非常重视煤的发热量的测定工作。但是我以为，在重视煤的发热量的同时，还必须同时重视煤的水分的控制及监督。只有对水分的控制及监督这项工作加以重视，才能更好的提高火电厂的经济效益，以减少不必要的损失。

一、 搞好水分分析具有重要的意义

（一） 搞好水分分析，能准确的计算水分对燃料低位收到基热值的影响及对燃料成本的影响

1、 让我们首先来看看全水分对煤的低位发热量及燃料成本的影响。

   煤的全水分，往往受外界环境的影响在短期内有较大的变化。如下雨天时煤的全水分会增高，这会使煤的总重量增加而会使煤的低位发热量降低。同时，由于燃料化验人员的人为的因数,导致的全水分测量值与真实值之间的差异加大,也会导致煤的收到基地位热值的降低或升高等等。所有的这些因数最后都将影响燃料成本的升高或者降低。下面，我们来看看具体的影响：

低位发热量的计算公式如下：

Qnet,ar=(Qgr,ad-206Had)*(100-Mar)/(100-Mad)-23*Mar

式中   Qnet,ar -------- 收到基煤的低位发热量，J/g

       Qgr,ad  -------- 分析试样的高位发热量，J/g

       Mar   -------- 收到基的全水分        %

       Mad    --------  分析试样的水分       %

       Had     --------  分析试样的氢含量     %

现在假设在不同的全水分△M下燃料低位收到基发热量之差为△Q

则根据经验推导有：

△Q=（Q2+2300）*△M/（100-M2）------（1）

△Q =2300*（M1-M2）/（100-M1）*T1----（2）

由（1）式可见：△Q随△M的增大而增加，成倍数的关系。也就由此可以知道，如果没有一个准确的全水分值，就很难保证得到一个准确的低位发热量值。

如果我们假设以每吨煤价格0.1元/卡，全年的运煤量以我公司平均200万吨，全年的入厂煤的加权平均低位热量15472J/g,加权平均水分5.5%计算。则△M=1、即若水分误差为1时，影响的△Q为（15472+2300）*1/94.5=188 J/g，影响的燃料成本约为：                   188/4.1816*0.1*200=898（万元）。

由（2）式可见：全水分变化时对煤的地位热值的影响与煤的全水分及煤的总重量有关。我们知道低位发热量产生变化的实质，是煤中水分蒸发吸收的热量发生了改变。这就说明如果全水分损失，是外界对煤做了功，使水分蒸发掉，这个功计入煤的收到基低位发热量中，使煤的收到基低位发热量的总值（即锅炉的可用热量）增高；反之则相反。

再以实例来看看全水分的变化对燃料成本的影响：

如果我们假设以每吨煤价格0.1元/千卡，以我厂一天的平均进厂煤量为6000吨，平均水分5.0%，若全水分的变化继续以相差1％计算。则：

△Q*0.1＝2300*1/（100-5）*6000*0.1＝14526（元）

   所以我们对因天气的变化或者是其他的什么方面的原因而导致的全水分的变化时，要注意对煤的重量及煤的收到基低位热量加以校正。同时对煤的采、制、化以及煤的密封等工作要快速、及时，从而来减少因煤的全水分的变化而影响燃料成本的变化。

2、我们再来继续看看内水分的测试误差对煤的收到基地位发热量及燃料成本的影响

设Mad1=M1 Mad2=M2时煤的低位发热量为Q1、Q2由煤的低位发热量的计算公式解得：

Q1=(Qgr,ad-206Had)*(100-Mar)/(100- M1)-23* Mar

Q2=(Qgr,ad-206Had)*(100-Mar)/(100- M2)-23* Mar

△Q=Q2-Q1   △Mad=M2-M1，

根据公式可解得：

△Q=（Q1+23* Mar）*△Mad/（100-M2）

现以我厂为例：年入厂煤量200万吨，加权平均内水分为1.05%，加权平均全水分为5.5%，加权平均低位热量为15472J/g，吨煤价格为0.1元/千卡，且以内水误差 0.05％计算；则

△Q＝（15472+23*5.5）*0.05/（100-1.05）＝7.88J/g

影响的燃料成本约为：

7.88/4.1816*0.1*200＝37.68（万元）

由此可见，内水分测试的误差对煤的发热量影响也是不容忽视的。虽然内水分的变化较小，但应注意我们的年耗量是巨大的，一个较小的波动值乘以一个很大的耗煤量。则会造成燃料成本的升或降。

"不以细流无以成江河"，所以水分的准确测定应当足以引起我们的重视。

（二）保证火电厂锅炉设备的安全经济运行。

       水分的存在不仅使煤中可可燃质的含量减少，降低了发热量。还会因受热蒸发、汽化而消耗大量的热量(1Kg水汽化约耗去2.3MJ的热量)。这将会导致炉膛温度的降低，煤粉着火困难，排烟量增大。增加了厂用电率的同时，还增加了给煤系统堵塞的机率影响了正常的供煤。一般认为，煤中水分大于5％～6％时，常给给煤系统带来麻烦。若水分超过10％～12％，则会严重威胁锅炉运行系统的安全可靠。燃用多水分的煤，烟气中的水蒸气分压高，促进了烟气中的三氧化硫形成硫酸蒸汽的作用。增加了锅炉尾部低温处硫酸凝结沉积，造成空气预热器腐蚀，堵灰和烟囱内衬的剥落。此外，煤中的水分还白耗了运输能力，提高了煤炭的基价。而消除上述危害的基本前提就是要准确的测得煤中水分的含量，以便采取切实可行的措施。

二、 日常的化验工作中，如何做好切实可行的措施

1、化验人员的素质要给予充分的保证

       从事化验工作的人员，要有一定的文化水平，要进行有关的基本理论专业知识和操作技能的培训，并经考试合格持证上岗。并且要有一定的工作责任心，对化验工作认真细致，严格按照国标的要求进行煤样的检测和化验。

2、测定水分要在带有鼓风装置的干燥箱中进行

       干燥箱，又名叫烘箱、恒温箱。它是测定煤炭水分的重要设备，它借助鼓风机的作用使烘箱内的热空气强迫对流。并产生扰乱气流，这都有助于消除不同层高度的温度差别因而场温度比自然对流均匀。实验证明，箱内温度在鼓风的条件下，一般不超过0.5～1℃。同时强迫热空气对流，也加速了煤样的干燥速度，因此，测定煤样的水分要选用带有鼓风的干燥箱。

3、对于测定全水分时要趁热称量

       对于粒度小于13mm的煤样烘干后要趁热称量。它比煤样烘干后在空气中达到平衡后称量要有以下几个优点：

（1）、消除空气湿度的影响。

干燥后的热态煤样吸湿性强，在不同的空气湿度下达到平衡后所得出结果肯定是有差异的。一般湿度大则测试值低，湿度小则水分测定值高。

（2）、缩短时间。

烘干后的热态煤样要趁热称量，可省去热煤样冷却到室温并达到空气中平衡所需的时间（一般8～12h），因此有利于现场煤质的控制。

（3）、有利于国际煤炭贸易。

目前各主要工业国在煤炭全水分快速或简易的测定方法中，都规定烘干后热态煤样可趁热称量。并可以此作为计算全水分的依据。

4、对于装有热煤样的称量瓶要按规定的冷却时间冷却

       称样瓶从干燥箱中取出，要立即加盖，并在空气中冷却1－2min后，置入干燥器中冷却。实验证明，在空气中冷却3min后放入干燥器中冷却相比，结果会偏低。因为称量瓶从干燥箱中取出来时，热的干燥煤样吸湿性极强。当温度急剧下降时，称量瓶内产生微负压而吸入潮湿空气，使干燥过的煤样增重。水分测定值固有所偏低。

5、测定水分时要注意进行检查性的干燥试验

       进行检查性的干燥试验的目的主要是确认煤样中的水分是否完全逸出，直到恒重为止。它是实验终结的标志。最后一次干燥后称量与前一次称量比较直至减量在规定的范围内，或质量有所增加为止。在后一种称量的情况下，采取增重前的一次质量作为计算的依据。

三、实施切实可行的改进措施后所获得的经济效益

         通过我们在工作中进行切实有效的措施后，提高了工作效率，使全水分指标从煤样的采集、制备开始到测定实验都受到控制，所找回的全水分差值，折算成收到基低位发热量为：

(Qgr,ad-206Had)/（100-Mad）-23    J/g------------全水分每升高1％所降低的热值

从而降低了发电成本，提高了经济效益。

四、结束语

        水分对煤的发热量乃至发电厂的经济成本、经济运行都产生巨大的影响。所以，各个电厂应极为重视水分的检测工作。尽量缩短采、制、化的时间间隔。做好煤样的密封，以减少煤样的水分损失，则可减少火电厂的经济损失，提高经济效益。

参考资料：

①　1998年第3期《燃料纵横》高松等著《水分对煤发热量的影响》

②　《燃料分析技术问答》方文沐　等　中国电力出版社

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