生物酶处理对煤炭存储热值及堆煤温度影响的试验研究

刘忠轩，宁新宇，程石

(中电华创电力技术研究有限公司，江苏 苏州 215123)

0 引言

大型火力发电厂为保证煤炭的稳定供应，一般都建有煤场用于存储煤炭，储煤量可达数十万吨，储存期有时长达数月。煤炭在堆积过程中发生氧化造成煤炭质量下降，氧化热不能及时排出时会导致煤堆自燃造成更大的损失［1－3］。减少煤炭在存储过程中的热值损失和自燃现象，能够提高电厂的经济效益。目前，针对煤炭的微生物处理研究方向主要是微生物溶煤［4－8］和微生物脱硫［9－10］两个方面，尚无关于电厂大规模燃用经生物酶处理过的煤的报道。

1 研究内容与方法

1．1 研究内容

(1)测试喷生物酶煤堆与未喷生物酶煤堆的温度变化情况。

(2)测试喷生物酶煤堆与未喷生物酶煤堆的热值变化情况。

1．2 生物酶

本次试验采用某公司的生物酶技术［11］，当煤炭折算硫分为1%时，添加比例为1∶10000，即每吨生物酶可处理1万t煤。

将生物酶适当稀释后均匀喷洒在煤炭上，静置72 h后效果逐步显现，功效可达6个月。

根据上述公司说明，生物酶用于煤炭的处理主要有以下效果:

(1)重组碳链，大分子团结构小分子化，促进煤炭均匀同步燃烧和完全燃烧，提升燃烧效率。

(2)脱氢加氧，使煤炭具备富氧燃料特性，减少助燃空气，降低排烟热损失的同时降低氮氧化物(NOx)排放。

(3)抑制煤炭中有害菌的滋生，降低煤炭堆存期间的热值损失，有效预防煤堆自燃。

(4)将煤炭中的可燃硫转化为硫酸盐，减少SO2的生成量。

本研究中主要关注点在于生物酶对降低煤炭堆存期间的热值损失和预防煤堆自燃的效果。

1．3 试验方法

将符合粒度要求(粒度超过25 mm的煤量不大于总煤量的10%)的霍林河地区褐煤分成对照组煤堆与测试组煤堆，两组煤堆的高度、重量、坡度、形状尽量维持一致。煤堆堆放示意图如图1所示。

图1 煤堆位置示意Fig．1 Location of the coal pile

分别在测试组煤堆和对照组煤堆中埋入8支热电偶:分别在距离煤堆底部2 m和4 m的平面各埋入4支热电偶，每层相邻两个测温点的水平距离为5 m，热电偶埋入深度约1 m。通过数据采集仪，在整个试验期间不间断采集煤堆温度数据。

在试验开始阶段、试验中期和后期分别对测试组和对照组煤堆取样，对样品进行工业分析和元素分析。

2 试验结果

2．1 煤质化验结果

在堆煤完成后分别对测试组和对照组进行取样化验，测试组1、对照组1为堆煤完成后当天取样，测试组2、对照组2为堆煤完成后第9天取样，测试组3、对照组3为堆煤完成后第23天取样，化验结果见表1。测试组和对照组煤样热值变化趋势如图2所示。

图2 煤堆热值随时间变化趋势Fig．2 Calorific value of coal piles changing with time

从图2可以看出，随着堆放时间的增加，煤样热值整体呈下降趋势。肖敏等人［2］的研究表明，由于煤炭热值受取样、环境等多种因素的影响，煤炭热值随着存储时间的变长而呈降低趋势，但热值结果也有较大波动。本试验中在对堆煤进行取样时采用多点取样后混合缩分的方式，最大可能地提高煤样的代表性，但对于接近9000t的大型煤堆来说，依然难以避免出现取样代表性不足的情况，导致测试组后期煤样化验热值略高于中期煤样热值，同时也说明后期测试组煤堆热值降幅不大。测试组和对照组热值降低百分比如图3所示。

图3 热值降低百分比Fig．3 Percentage of calorific value reduction

表1 煤堆对比取样化验结果Tab．1 Testing and comparison results of coal pile samples

从图3可以看出，测试组煤样热值降低百分比明显低于对照组。

2．2 煤堆温度测试结果

试验期间对照组及测试组煤堆每个测点温度测试平均值见表2。

从表2可以看出，试验期间测试组煤堆各温度测点平均值为61．84℃，高于对照组11．11℃。说明在试验期间，生物酶的活化反应引起了测试组煤堆温度的升高。由于温度是影响煤堆自燃的主要影响因素之一［12］，煤堆温度的升高将增加煤堆自燃的可能性，因此从煤堆温度测试结果来看，生物酶无法达到预防煤堆自燃的效果。

表2 煤堆温度测点平均值Tab．2 Average of coal pile temperature at measurement points ℃

3 结论

(1)本试验中生物酶对于降低煤堆储煤期间热值损失有一定效果，试验中期和后期测试组煤样热值损失均小于对照组。

(2)喷洒生物酶的测试组，试验期间煤堆温度高于对照组，从煤堆温度测试结果来看，生物酶没有预防煤堆自燃的效果。

(3)目前大规模工业化使用生物酶处理煤的经验仍然不足，对于采用生物酶处理的煤堆是否应该采用以往储煤、堆煤方式值得商榷，是否需要调整堆煤方式以利于提高生物酶处理效果及电站燃用生物酶处理后的煤是下一步需要解决的问题。