析煤泥燃燒發(fā)電應用工藝

周結(jié)焱

（淮南礦業(yè)集團電力有限公司, 安徽 淮南 232001）

析煤泥燃燒發(fā)電應用工藝

周結(jié)焱

（淮南礦業(yè)集團電力有限公司, 安徽 淮南 232001）

介紹了煤泥用于循環(huán)流化床鍋爐燃燒發(fā)電的工藝方案,重點分析了干燥工藝和濕法輸送工藝中最適合煤泥大規(guī)模利用的兩種典型方案:滾筒烘干和柱塞泵輸送;結(jié)合淮南礦區(qū)多個煤泥發(fā)電項目的方案論證及應用實踐,提出了方案比選過程中需要考慮的主要因素。

煤泥利用; 滾筒烘干; 柱塞泵輸送

DO I:10.3969/j.issn.1671-4733.2011.03.003

1 技術背景

煤泥作為選煤副產(chǎn)品,遇水即流失,風干即飛揚,不便于長距離輸送,一般選擇就近利用,燃燒發(fā)電是煤泥大規(guī)模利用的首選。

由于煤泥的濕粘特性,燃燒利用需要解決的主要問題是大量煤泥如何輸送入爐的問題,目前有干法和濕法兩類方案。

干法工藝即對煤泥強制干燥以改善其濕粘特性,以滿足常規(guī)的輸送,同時可提高低位熱值。根據(jù)加熱方式分為螺旋加熱干燥、流化床干燥和滾筒烘干工藝。螺旋加熱采用傳導加熱的螺旋干燥機,加熱介質(zhì)為蒸汽、熱水或?qū)嵊?加熱介質(zhì)通入殼體夾套內(nèi)和空心螺旋軸中,以傳導加熱的方式對物料進行加熱干燥,物料由加料口加入,在空心螺旋軸的葉片攪拌作用下推進物料至出料口,被干燥的物料由出料口排出,該工藝采用的是熱傳導方式,換熱強度較低,換熱量取決于螺旋軸表面積,煤泥量較小時可以采取這種方式;流化床干燥采用一定流速高溫煙氣作為流化介質(zhì)為對煤泥進行流化,屬于對流加熱式干燥,但是未能很好地解決煤泥粘結(jié)所致的“結(jié)床”問題,該工藝目前基本淘汰;滾筒烘干采用高溫煙氣（750℃）與煤泥直接接觸的對流換熱方式,換熱強度大,比較好的解決了煤泥粘結(jié)問題,更適合于煤泥發(fā)電等大規(guī)模干燥的場合。

濕法工藝直接從解決濕煤泥輸送入手,在工藝設備形式上歷經(jīng)傳統(tǒng)擠壓機、螺桿泵、擠壓泵、柱塞泵四種方式,柱塞泵方式在連續(xù)運行時間、可靠性、煤泥輸送量等指標方面明顯優(yōu)于前三種輸送方式。

就大規(guī)模煤泥處理而言,干法工藝首選滾筒烘干,濕法工藝首選柱塞泵輸送。

2 滾筒烘干法

燃燒爐燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣進入旋轉(zhuǎn)滾筒內(nèi),與滾筒內(nèi)煤泥在旋轉(zhuǎn)過程中充分混合,煤泥受高溫煙氣加熱蒸發(fā)水分,干燥后從滾筒另一端排出。燃燒爐出口的高溫煙氣約750℃,濕煤泥與高溫煙氣從滾筒同一側(cè)進入,即順流加熱方式。滾筒出料口煙氣溫度約70℃～150℃,煙氣經(jīng)旋風除塵器回收煤泥揚塵后,通過引風機經(jīng)除塵器排放,除塵方式采用洗滌塔或布袋,排放煙塵濃度≤100 mg/nm3。該工藝流程圖如圖1所示:

圖1 煤泥滾筒烘干工藝流程圖

該工藝的關鍵設備是干燥滾筒,新莊孜電廠項目滾筒直徑3.4 m,長度20 m,煤泥處理量60 t/h （濕基）。滾筒采用鋼制外殼,內(nèi)襯耐火耐磨材料。為解決煤泥粘結(jié)問題,滾筒內(nèi)壁裝設清掃鏈。調(diào)節(jié)煤泥入料量和燃燒爐給煤量可調(diào)節(jié)出料煤泥水分為10%～14%,干后煤泥可以實施常規(guī)堆放、轉(zhuǎn)運、皮帶輸送。該工藝在山東新汶礦業(yè)、棗礦集團、山西和內(nèi)蒙礦區(qū)都有應用。安徽淮南礦業(yè)集團新莊孜電廠煤泥烘干發(fā)電就采用該工藝,2010年1月建成投運,屬國內(nèi)加工規(guī)模最大的干法利用煤泥系統(tǒng)之一。

3 柱塞泵輸送法

選煤廠壓濾后煤泥經(jīng)膏體制備機進行調(diào)水制漿,制漿過程為攪拌搓和的過程。攪拌均勻的含水率約25%～30%的煤泥落入除渣機,經(jīng)除渣排雜后,膏體狀煤泥卸入位于柱塞泵房內(nèi)的煤泥儲倉,儲倉內(nèi)的煤泥依據(jù)鍋爐負荷的需求,經(jīng)正壓給料機壓入柱塞泵中,柱塞泵增壓后通過復合煤泥輸送管路送入電廠鍋爐間,并經(jīng)鍋爐給料設施入爐燃燒,煤泥給料點可布置在鍋爐中下部或頂部。該工藝流程圖如圖2所示:

圖2 煤泥泵送系統(tǒng)工藝流程圖

該工藝的關鍵設備是柱塞泵,其輸出煤泥壓力達10 M Pa,采用液壓驅(qū)動,驅(qū)動機構(gòu)目前主要為進口。柱塞泵及輸送管道對煤泥的流動性和雜物量有一定要求,所以設置了攪拌制漿以改善煤泥的流動性,并設置煤泥篩選排雜設備。煤泥輸送管道采用內(nèi)襯低摩擦系數(shù)復合材料的鋼管,以降低泵送阻力。淮北礦業(yè)集團臨渙電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐煤泥泵送燃燒系統(tǒng)是目前國內(nèi)投運的最大的柱塞泵輸送燃燒煤泥處理系統(tǒng)。在建的淮南礦業(yè)集團顧橋電廠和潘三電廠配套建設該系統(tǒng)（其中潘三電廠屬技改增建煤泥燃燒系統(tǒng)）。

4 兩種工藝技術經(jīng)濟比較分析

4.1 應用規(guī)模

烘干系統(tǒng)利用煤泥在滾筒內(nèi)攪拌換熱干燥原理,在這種換熱方式對應的換熱強度下,該裝置的最大處理能力受滾筒尺寸制約,新莊孜電廠的Φ3.4 m ×20 m滾筒設計的煤泥處理量60 t/h（濕基）,目前仍然是國內(nèi)已投運的最大規(guī)模的煤泥烘干裝置之一,更大規(guī)模則需要建設雙系統(tǒng)或多系統(tǒng);柱塞泵系統(tǒng)基本不受輸送量制約。

從對鍋爐燃燒的影響性考慮。烘干方案煤泥含水量低,與常規(guī)煤質(zhì)沒有區(qū)別,鍋爐不受摻燒比限制;柱塞泵方案由于入爐煤泥含水量高,對鍋爐燃燒有一定影響,即使對于燃料適應性較強的循環(huán)流化床鍋爐,也需要控制煤泥摻混比例,淮北礦業(yè)臨渙電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐最大摻燒比例35%。

兩種方案的煤泥處理量都有限制瓶頸,滾筒烘干工藝受烘干設備規(guī)模限制,柱塞泵輸送工藝受鍋爐對濕煤泥的摻燒比限制。

4.2 運行能耗

兩方案電耗相當,對于60 t/h處理量系統(tǒng)配電容量均為1 000 kW左右。

煤泥烘干需要消耗燃料,每千克水在常壓下汽化需要吸收2 260 kJ熱量,新莊孜電廠烘干系統(tǒng)最大出力工況耗標準煤2 t/h;對于柱塞泵工藝,雖然煤泥在泵送過程中沒有蒸發(fā)耗能,但是,在爐內(nèi)燃燒過程還是需要要蒸發(fā)這部分水分,此過程要吸收燃燒熱量。

煤泥含水量降低后低位發(fā)熱量相應提高,從理論上說,煤泥烘干蒸發(fā)耗能與其低位熱值的提高是等價的。就干法與濕法能耗而言,前者是爐外烘干耗能,后者是爐內(nèi)燃燒耗能,相當于能量“轉(zhuǎn)移”。

4.3 場地限制條件

柱塞泵輸出管道要求距離不超過1 000 m,并且盡量減少彎頭以降低輸送阻力,輸送距離太長則需要對煤泥兌水調(diào)稀,兌水則降低煤泥低位熱值和鍋爐效率,資料統(tǒng)計,當煤泥水分超過35%則鍋爐效率相對降低3%,鑒于此,柱塞泵系統(tǒng)必須建設在電廠鍋爐附近,如果條件滿足,把選煤廠煤泥水輸送至電廠,煤泥壓濾車間建在電廠柱塞泵房附近,若電廠消耗煤泥量大,甚至可以把多個選煤廠煤泥水集中壓濾處理;烘干后煤泥可以視同常規(guī)煤炭轉(zhuǎn)運,不要求靠近電廠,如新莊孜電廠烘干系統(tǒng)建在選煤廠壓濾車間附近。

4.4 運行可靠性

發(fā)電機組對負荷平穩(wěn)度及燃料供應系統(tǒng)運行可靠性要求高。影響泵送系統(tǒng)運行可靠性主要因素是:除雜設備堵塞、煤泥水分不足并且調(diào)濕不均勻所致的干塞;影響烘干系統(tǒng)可靠性的主要因素是:滾筒內(nèi)煤泥粘結(jié)、滾筒進出料口粘結(jié)堵塞,烘干系統(tǒng)可以設置干后成品料棚,保證足夠的緩沖燃料量,故障檢修時不影響燃料供應;柱塞泵煤泥倉設置在泵入口,一旦出現(xiàn)給料機、柱塞泵或后續(xù)管道堵塞等故障停運,直接影響煤泥供給。

4.5 自動化程度

烘干系統(tǒng)需要燃料落地,滾筒入料出料口都需要按時清理,從新莊孜電廠使用現(xiàn)狀來看,該工藝不能實現(xiàn)較高程度的自動化;柱塞泵系統(tǒng)將煤泥按照流體處置,易于實現(xiàn)較高程度的自動化。如新莊孜電廠煤烘干系統(tǒng)需要配置運行人員7人班,淮北臨渙柱塞泵系統(tǒng)僅需要4人班。

4.6 環(huán)境污染

烘干后的煤泥摻入常規(guī)燃煤,從鍋爐常規(guī)給煤線入爐,由于煤泥顆粒細,干燥的煤泥易在下游的燃料轉(zhuǎn)載點和皮帶走廊形成揚塵污染;泵送系統(tǒng)將煤泥通過密閉管道從單獨煤泥入爐口送入爐膛,不形成污染。

另外,滾筒干燥機出料水分受入料量、入料水分、干燥爐給煤量等因素影響,不易控制,滾筒干燥出料水分控制不好或水分不均會引起電廠輸煤系統(tǒng)的落煤管、破碎機、原煤倉等部位粘煤、堵塞。出料水分一旦過低（低于10%）,一方面干燥系統(tǒng)的出力將大為減少,出料煙溫上升,運行費用要增加;另一方面,干燥筒排煙會產(chǎn)生較多的煤泥粉塵,除塵設備的運行負荷增大,干燥產(chǎn)品損耗率會增加。從新莊孜電廠使用經(jīng)驗來看在,可以在煤泥中摻入煤矸石及其他燃料以改善煤泥粘結(jié)特性。

滾筒烘干和柱塞泵輸送是兩種最適合大規(guī)模利用煤泥發(fā)電的工藝方案,目前都有較成功的使用業(yè)績。考慮烘干法消耗燃料同時提高了煤泥低位發(fā)熱量,兩種方案運行能耗（包括電耗和煤耗總量）基本相同。但是如果泵送需在煤泥中兌水調(diào)稀,則降低了煤泥入爐的低位熱值,相當于增加能耗。

方案比選過程中要充分考慮煤泥利用量、場地條件、自動化程度需求等。

濕法入爐對燃燒有一定影響,選擇該方案要與鍋爐設計方溝通,必要時需調(diào)整鍋爐結(jié)構(gòu)。

[1] 吳丙福,周善斌,薛玉明.循環(huán)流化床鍋爐燃用濃煤泥及其輸送系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性分析[J].節(jié)能,2003,（5）: 25.

[2] 王貴清,李定明.煤泥干燥——提質(zhì)增效的新途徑[J].煤質(zhì)技術,2009,（5）:44。

[3] 孫德珍,鄭德倫,杜淳.等.循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤泥的特點和實施[J].能源技術,2003,（4）:74.

[4] 陳榮根,王玉強.循環(huán)流化床鍋爐洗煤泥輸送系統(tǒng)概述[J].鍋爐技術,2005,（1）:29.

[5] 徐鐵建.轉(zhuǎn)筒干燥機干燥壓濾煤泥的工藝及應用[J].煤炭加工與綜合利用,2004,（6）:43.

On the App lication Project of Burning Coal Sludge to M ake Electricity

ZHOU Jie-yan
（Pow er Corporation of H uainan Coal M ining Group Corporation L td.,Huainan Anhui232001）

This paper p resents the two classical p rojects w hich are roller drum drying and ram pump transporting for burning coal sludge in circulation fluidized bed boiler to generate electricity.Based on the verification and application of coal sludge power generation p rojects in Huainan diggings,the main factor that should to be taken into account for setting the app lication p roject is given.

coal sludge app lication;roller drum drying;ram pump transpo rting

TQ536

B

1671-4733（2011）03-0007-03

2011-05-03

周結(jié)焱（1971-）,男,安徽太湖人,工程師,從事低熱值燃料發(fā)電技術工作,電話:13966469740。