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燃煤电厂煤炭存查样监督抽查超差原因分析及措施建议

王林立1 王 圣2 徐静馨2 周 璐1

(1. 国家能源集团科学技术研究院有限公司,江苏省南京市,210046;2. 国电环境保护研究院,江苏省南京市,210031)

摘 要 存查样监督是燃煤电厂煤炭实验室质量控制的重要手段之一,基于多年的质量监督管理实践,笔者详细分析了影响煤炭存查样监督抽查超差的原因,并结合基层工作实际,提出了避免超差存在的可行性措施。该措施提高了煤质检测实验室的检测水平和监督抽查工作的可靠性,确保了监督检查工作质量,为管理部门科学决策提供了科学准确的数据。

关键词 煤炭存查样 监督抽查 超差原因 误差原因 可行性措施

2019年我国燃煤发电量占全国总发电量的71.80%[1],因此目前煤炭资源在我国能源结构中仍占据着重要地位[2-3]。煤电企业的原料是商品动力煤,煤炭质量对燃煤电厂锅炉燃烧的稳定性、热效率的提高以及避免受热面超温、炉内结焦等有着重要的影响,并直接关系着燃煤电厂的经济效益。因此,煤炭质量管理是煤电企业稳定、持续和高效运行过程中的关键一环[4-6]。存查煤样的监督抽查作为燃煤质量管理控制的重要手段之一,可以公正客观地评估各电厂煤质检测能力、制样规范性和管理水平,及时发现制样和化验上存在的技术和管理问题,规范煤样的制备、储存和化验工作,对保证煤炭质量、提高燃煤电厂的经济效益具有重要意义[7-8]

《商品煤质量抽查和验收方法》(GB/T 18666-2002)中规定的质量指标允许差[9],是指对大量的同一采样单元的煤采取2个总样的测定结果的统计数据制定的,若抽检单位和被抽检单位的煤样不是来自同一采样单元,双方的测定结果可能由于各种原因出现超差,目前对于超差出现的具体原因研究较少。基于此,国家能源集团连续多年开展燃煤电厂存查煤样的监督抽查工作,监督内容涉及到锅炉安全运行的工业分析指标(灰分、挥发分)、环保指标(全硫)、用于结算及计算的标煤单价、煤耗指标(发热量)等4项指标的监督,笔者通过深入分析并阐述了燃煤电厂煤炭存查样监督抽查出现的超差原因,为提高燃煤电厂检测采样的精准度、入炉煤质量评价的准确性、提高电厂机组经济运行性提供了可靠的理论依据。

1 煤炭存查样监督抽查的评定方法

监督抽查结果以全国范围部分电厂的报告值和国电南京煤炭质量监督检验有限公司检测值差值的绝对值|d|作为考核依据,要求送检样品粒度为3 mm,根据国家及行业标准对于不同实验室间再现性的相关规定,考虑到制样误差,灰分、挥发分、全硫、发热量等4项指标均采用1.2 T(T为各检测项目的再现性临界差)作为评价依据。当d不超过1.2 T时,该项指标评定为合格,否则被视为不合格。

2 存查煤样超差原因分析及改进措施

2.1 误差产生原因

2.1.1 随机误差

随机误差在测定操作中总是不可避免地出现,误差时正时负、时大时小。这种误差无法确定,也无法校正,但随着测定次数的增加,随机误差的算术平均值随测定次数的增加而趋近于零。减小随机误差的主要措施是进行多次重复测定,取其测定结果计算的平均值作为最终测定结果。在煤质检测中,为了避免随机误差的发生,所有检测均规定进行重复性试验,并规定了95%置信概率下的重复性限制。例如使用库仑滴定法,进行重复性检测煤中全硫精密度的方式,就可有效避免随机误差的发生,库仑滴定法测定煤中全硫精密度见表1[10]

表1 库伦滴定法测定煤中全硫精密度 %

全硫质量分数St重复性限St, ad再现性临界差St, d≤1.500.050.151.50(不含)~4.000.100.25>4.000.200.35

St≤1.50%时,在同一实验室2次重复性检测的差值小于0.05%,说明试验的精密度合格。在不同实验室对同一样品由最后缩分阶段缩分出的样品进行检测,2个实验室结果的差值小于0.15%,说明2个实验室对这个样品检验的再现性临界差合格。

2.2.2 系统误差(偏倚)

系统误差是指导致一系列结果的平均值总是高于或低于用一参比方法得到的值,在测定过程中由于某些固定的原因,造成的误差称为系统误差。系统误差是测定结果中的主要误差来源,其特点是在测定过程中按照一定规律重复出现,并具有一定的方向性,表现为测定结果经常性偏高或偏低。系统误差通常由确定的原因造成,因此其可以被认识和修正,但增加测定次数并不能减小系统误差。以廊坊热电厂热量仪的质控结果为例,在2017年3月7日到4月9日期间,检测发热量利用GBW11109l烟煤物理性质和化学成分分析标准物质进行质控,该厂2号热量仪的质控结果见表2。

表2 2号热量仪的质控结果

实验日期标准值Qgr,d /(MJ·kg-1)Mad/%实测值Qgr,d /(MJ·kg-1)偏差/(MJ·kg-1)2017-3-723.51±0.232.4023.36-0.152017-3-2523.51±0.232.1723.32-0.192017-3-2823.51±0.232.1723.32-0.192017-3-2923.51±0.232.5423.30-0.212017-3-3123.51±0.232.4623.30-0.212017-4-223.51±0.232.4623.40-0.112017-4-523.51±0.232.4323.28-0.232017-4-923.51±0.232.4823.38-0.13

由表2可以看出, 质控结果偏低,从而造成此期间煤样监督抽查发热量超差。减小系统误差手段和措施主要包括以下几个方面。

(1)对测定结果加以修正。采用库仑法测定煤中全硫,可以乘上一个(1.04~1.06)系数,使全硫总是偏低的测定结果得到修正[10]。采用库仑滴定法测定硫含量,是由于二氧化硫的生成率并非100%,从而影响测定值的准确性,一般经验校正系数为100/(100-6)≈1.06,但由于各种复杂因素的存在,影响到校正系数的大小,因此需要对库仑测硫仪进行标定系数的确定。

(2)进行空白试验。空白试验是在不加入试样的情况下,按照与测定试验相同的步骤和条件进行的试验。试验所得结果称为空白值,从试验的测定结果中扣除空白值,就可得到比较可靠的分析结果。对于微量和痕量测定,一般化验室的器皿和试剂所引起的系统误差是很可观的,因此更需要做空白试验。

(3)进行比对试验。例如检测机械采制样装置是否存在系统误差,一般通过停用采样皮带,同时进行多次、多组人工采样和制样,将机械采制煤样和人工采制煤样的工业分析指标进行比对试验,从而进行判定是否存在系统误差。

(4)对仪器设备、计量器具予以校正或检定。应按照计量检定校准计划按期进行设备的检定或校准,检定合格才能投入使用。校准设备应使用校准因子,避免设备原因造成的系统误差。

(5)保持良好的检测环境条件。例如热量室对检测的环境条件要求较高,按照《煤的发热量测定方法》(GB/T213-2008)规定[11],进行发热量测定的实验室应为单独的房间,不宜在同一房间内同时进行其他试验项目;室温应保持相对稳定,每次测定室温的变化不超过1℃,室温在15 ℃~30 ℃范围为宜;室内应无强烈的空气对流,因此不应有强烈的热源、冷源和风扇灯,试验过程中应避免开启门窗;试验室最好朝北,避免阳光照射,热量计应放置在不受阳光直射的地方;标定热容量和测定发热量时的内筒温度相差不超过5 K。环境的变化,特别是一段时间内室温与标定时温度发生变化,会造成检测结果出现方向性的误差。

2.2 样品原因

(1) 全自动制样机出料粒度、出料质量达不到规定要求。按照《煤样的制备方法》(GB/T474-2008)规定,要求样品送检质量不少于100 g,且全部通过3 mm圆孔筛[12]。国电南京煤炭质量监督检验有限公司在2019年针对指标超差较多的35家电厂进行抽检过3 mm圆孔筛检查,共抽检158批次煤样。35家电厂样品送检合格/不合格率如图1所示。

图1 35家电厂样品送检合格/不合格率

由图1可以看出,在抽检的158批次样品中,106批次样品未能全部通过3 mm圆孔筛,不合格率高达67.09%,合格率仅为32.91%。由于样品的质量、粒度不满足《煤样的制备方法》(GB/T474-2008)的要求[12],送检样品代表性不足,反映在监督抽查结果上灰分、热值结果负相关这一现象,是典型的随机误差。

(2) 全自动制样机残留样品交叉污染。现场检查发现全自动制样机和人工联合制样机包括破碎机不同程度存在残留煤样,造成待制煤样的交叉污染。

(3)二分器使用不规范。二分器格槽宽度不一致,造成缩分精密度差,存查煤样与一般分析试验煤样代表性不一致。

(4)制粉作业指导书设计不符合国标的要求,或未按发布的指导书进行操作。在制样的最后阶段按照《煤样的制备方法》(GB/T474-2008)要求样品全部通过孔径为0.2 mm的筛子,在煤样达到空气干燥状态后,装入煤样瓶中。分析原因时发现,在进行磨粉阶段,制样人员未将样品全部通过0.2 mm筛子,造成样品均匀性较差,化验数据出现偏差,通过调取录像发现,制样人员将未通过0.2 mm的筛上物偷偷倒掉,人为造成误差,结果表现为方向性超差。

(5)未将样品达到空气干燥状态。空气干燥状态从定量角度判断,是将样品放置在与试验环境相似的环境中1 h,质量变化不超过0.1%,由于各地环境情况不一,应分别做试验确定放置的最短时间。存在超差的电厂在进行现场原因分析时发现,制样人员制粉结束后立即将粉样装瓶,化验人员立即开始称量进行检测。现场发现样品经过研磨后温度较高,而温度高的煤样吸湿性较强,煤样水分处于变化之中。水分作为工业分析的一项,用于其他分析试验的校正和换算,因此对各检测项目干基指标均有影响。

(6) 样品保管、保存方式不合适。褐煤容易氧化,煤样瓶透光不严密,是容易氧化的原因之一。

2.3 设备原因

未定期对设备进行检定/校准,或是检定机构出具的证书不规范。例如热量仪、测硫仪应出具检定证书,出具的却是校准证书。马弗炉只校准1个点的温度,没有对马弗炉恒温区进行炉温均匀度、稳定度、炉温偏差的校准,不能保证设备状态的稳定可靠。

设备问题一般是能够被发现并解决的,马弗炉热电偶、热量仪、搅拌器、水位不够、马弗炉感应开关等等问题,均是设备运行维护不到位,影响了数据的检测准确度。如白城电厂红外测硫仪测硫质控偏低,经检查后发现外刚玉管和内刚玉管均出现裂痕,更换后质控合格。

2.4 方法原因

试验方法选择错误。如水分检测方法《煤的工业分析方法》(GB/T212-2008)中规定了2种检测方法[13],空气干燥法和通氮干燥法,其中褐煤水分检测应使用通氮干燥法,若使用微波法检测则应进行比对试验,证明没有方法显著性差异方可使用。然而现场存在的问题是没有针对煤种选择正确的试验方法,而是使用了非国标方法,没有进行方法验证和比对试验,造成结果出现偏差。

2.5 环境原因

部分实验室环境设施不符合《火力发电厂入厂煤检测试验室技术导则》(DL/T520-2007),火力发电厂入厂煤检测试验室技术导则要求[14],影响了检测结果的准确性。如云南阳宗海热量室就存在没有准备间且房间顶层没有隔热层,空调设置的温度和室内实际温度不一致等问题,室温在一天中不断发生变化,最高温差达到3.1 ℃,而且室内温度也不一致,不同位置的热量仪温差超过1℃。热量仪使用的热容量与标定时相比内筒温度超过了5 K以上,没有及时进行热容量的标定。因此环境对热量的测定至关重要,可以通过对实验室进行改造,解决热量超差的问题。

2.6 人员原因

部分电厂采制化人员技能水平和专业素质亟待提高,缺少专业技术管理人员,员工业务能力有待提高。从整体来看,经过多年的持证上岗培训、技能竞赛等活动的开展,煤质检测队伍人员的技能水平和专业素质都得到一定程度的提高,但从监督抽查中发现,煤质检测队伍人员的技能水平和专业素质层次分布很不均衡,少部分电厂采制化人员技能水平专业素质亟待提高。主要表现在:一是敬业精神淡化,责任心不强,缺乏职业操守;二是缺乏专业基础知识,技能水平偏低,制样、化验日常基本操作方法、流程和注意事项等不清晰,更有甚者对于基准换算煤样干燥等最基本概念都不明确;三是化验操作人员未按照国标或仪器标准进行操作,化验编码混乱,化验数据统计由人工录入,结果出现基准计算不准确导致的检测结果超差,随机误差无法得到有效控制。

2.7 测定原因

送检样品报告值错报。监督抽查结果是以电厂报告值和煤检中心检测值差值的绝对值作为考核依据。而在监督抽查过程中,少部分电厂报告值错报、误报时有发生。例如基准不对,挥发分误将干燥基报为干燥无灰基,导致样品的挥发分检测结果不合格;报出的数据串行,导致数据超差;样品编码不唯一,使电厂送检样品与实际报告值样品非同一样品,导致监督抽查结果部分指标超差。

2.8 质量控制方面存在的原因

长期使用单一的标煤校验设备,标煤指标不能覆盖实测样品。标准煤样的标准值和样品检测值越接近,检测的准确度越高。例如全硫指标的检测,电厂采用GBW11108n标准值(1.72±0.06)单点标定的方式标定设备,检测硫含量在0.50%左右的样品。即使GBW11108n质控合格,样品检测结果的准确度也不能确定,这是因为单点标定硫含量只在1.72%左右才准确,离开了这个范围,设备的校正系数就不准确了。部分企业质量控制不做统计分析,只是单纯判断合格还是不合格,并不能准确的分析出设备是否存在系统误差。

2.9 其他原因

入厂煤发热量超差结果偏高问题比较突出,虽然造成入厂煤热值偏高的原因比较复杂,但不排除在煤样制样、化验过程和燃料统计考核过程中有人为因素的影响。主要原因一是对采样、制样、化验工作各环节缺乏有效的质量控制和监督,对出现超差问题没有及时组织分析,找出造成超差的真实原因,更没有具体的解决措施,只注重某个环节,忽视全过程管理,个别环节如制样问题比较突出;二是少部分采制化管理人员质量意识、管理意识、效益意识差,思维方式和工作方法守旧;三是燃料基础管理工作薄弱,采样、制样、化验工作缺少有效的监督约束机制,化验室不注重对设备的保养和维护,现有仪器、设备在数量和质量上无法满足化验工作需要。

3 改进意见和建议

通过深入分析,发现存查煤样超差的原因主要集中在煤样采制、仪器设备、检测方法、实验环境、采制和检测人员、测定操作和方法、质量控制等方面,针对以上问题对燃煤电厂煤炭质量管理提出以下建议。

(1)增强燃煤电厂煤炭质量管理意识。煤炭作为我国的主要能源资源,对我国经济社会的发展起着巨大的推动作用,另一方面国家正在进行能源改革,为了推进节能减排、绿色高效、可持续化发展,煤炭质量检测十分必要。煤炭质量的好坏直接决定了燃煤电厂的经济效益,只有强化各环节的煤炭质量管理,才有利于煤炭市场的发展。

(2)重视存查样本的储存。煤炭的某些性质易受环境影响而改变,建议对存查煤样保存的各个阶段加强监督,煤样的完好储存可以有效降低复查超差概率。

(3)建议燃煤电厂引入CNAS实验室质量管理体系。加强对实验室的管理,对采制化和计量检测人员进行岗前培训,提高采样准确性,在煤质检测各个环节严格把关,合理选择检验方法,确保检测符合国家以及行业标准。重视检测环境,保证实验室的温度、湿度、风速、震动等不会给煤质检验带来干扰。

(4)加强仪器设备的维护保养。设专人定期检修校准,对设备的使用、实验药品的领用回收等事项制定详细的管理制度,确保合理有效使用。

4 结语

煤质检测数据的准确性与煤电企业的经济效益、经济指标息息相关。通过对燃煤电厂煤炭存查样监督抽查发现,造成超差原因较多,建议从增强燃煤电厂的煤炭质量管理意识、提高煤样采制化标准、重视存查样本储存、引入CNAS实验室质量管理体系、加强仪器设备的维护保养等方面,使实验室管理精细化、标准化;并建议制定相应的整改措施,减少出现煤样超差的情况,提高燃煤电厂煤炭验收管理水平,有效降低管理风险。

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[9] GB/T 18666-2002,商品煤质量抽查和验收方法[S].

[10] GB/T 214-2007, 煤中全硫的测定方法[S].

[11] GB/T 213-2008, 煤的发热量测定方法[S].

[12] GB/T 474-2008, 煤样的制备方法[S].

[13] GB/T212-2008, 煤的工业分析方法[S].

[14] DL/T 520-2007, 火力发电厂入厂煤检测试验室技术导则[S].

Cause analysis and suggestions on out of tolerance in spot check of coal storage samples supervision in coal-fired power plant

Wang Linli1, Wang Sheng2, Xu Jingxin2, Zhou Lu1

(1.China Energy Group Science and Technology Research Institute Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 210046, China;2. State Power Environmental Protection Research Institute, Nanjing, Jiangsu 210031, China)

Abstract Coal storage samples supervision is one of the important means of coal laboratory quality control in coal-fired power plant. Based on the years of practices in quality supervision and management, the author analyzed in detail the causes for out of tolerance in spot check of coal storage samples supervision, and put forward some feasible measures to avoid the out-of-tolerance problem in combination with the actual grass-roots work. The results could improve testing level of coal quality testing laboratory and ensure the quality of supervision and inspection, which provided scientific and accurate data for scientific decision-making of management departments.

Key words coal storage sample, supervision and spot check, out-of-tolerance cause, error cause, feasible measures

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引用格式:王林立,王圣,徐静馨,等. 燃煤电厂煤炭存查样监督抽查超差原因分析及措施建议[J].中国煤炭,2020,46(11):91-95.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2020.11.014

Wang Linli, Wang Sheng, Xu Jingxin, et al. Cause analysis and suggestions on out of tolerance in spot check of coal storage samples supervision in coal-fired power plant [J]. China Coal, 2020, 46(11):91-95. doi:10.19880/j.cnki.ccm.2020.11.014

基金项目:生态环境部2020年度固定源大气污染防治研究专项(2020A060)

中图分类号 F273.2

文献标识码 A

作者简介:王林立(1978-),女,天津人,学士,工程师,检测工程师,主要从事煤质分析等方面的研究。E-mail:2716465@qq.com。

(责任编辑 王雅琴)