燃用褐煤電廠輸煤系統的設計特點

張 晴，常瑞麗

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

0 引言

我國是煤炭資源和使用大國，無煙煤、貧煤、煙煤等儲量占煤炭儲量的主體，是火力發電的主要燃料，隨著電力工業的不斷發展，近年來在內蒙、東北、新疆等地區建設了一批以褐煤為燃料的電廠。 同時，東南亞國家(如印尼)作為我國電力設備出口的主要地區的煤炭也以褐煤為主，可以預見今后一定時期內，以褐煤為燃料的發電廠項目將越來越多。

相對于無煙煤、貧煤、煙煤等煤種，褐煤的成煤年代短，具有發熱量低、水分高、揮發分高等特點，易于風化、碎裂和氧化自燃，因此，燃用褐煤的火電機組在輸煤系統的設計中應充分考慮其燃料特點，使設計方案和設備選型適應燃料特性，才能保證輸煤系統的長期穩定運行。

1 褐煤特性及其對燃料輸送系統的影響

1.1 褐煤特性

褐煤依據其碳化程度的不同，分為老年褐煤和年輕褐煤。老年褐煤碳化程度較深、組織結構較為致密、外觀程黑褐色。 我國內蒙古和東北地區的褐煤屬老年褐煤。 年輕褐煤的碳化程度較淺，外觀程褐色、松散狀，含有木質纖維(變質石棉)。一般水分和揮發分均比老年褐煤要高，但發熱量較低。我國云南地區褐煤屬于年輕褐煤［1］。

總的來講，與普通電煤相比褐煤的共同特點是：煤種年輕，變質程度較低，因此其碳含量相對較低，揮發份高(35%～50%)；其次褐煤的硬度小，空隙裂隙大，從而褐煤的含水量較高(30%～50%)，這也導致其熱值相對較低；另外，褐煤氧含量較高，著火點較低，煤質疏松且易碎，易于揚塵和自燃。表1給出了褐煤和普通電煤的主要特性的對比。

表1 褐煤和普通電煤的主要特性對比表

1.2 褐煤特性對燃料輸送系統的影響

褐煤中所含水分較大，在輸煤過程中會產生自流，給上煤造成困難，嚴重時會造成堵塞，中斷上煤，影響生產。因為燃煤的水分增加，原煤的松散性逐漸惡化，造成篩分、破碎困難，各種故障率增加，易引起設備粘煤、堵煤，落煤管積煤、皮帶跑偏、過載、打滑等現象。

褐煤揮發份較高，燃點較低，極容易自燃。運行中，煤的揮發份和硫分大量增加時，應特別注意防爆和煤的自燃［2］。據觀察和統計標明，揮發份高的褐煤，即使是同樣條件下的露天存貯，發生自燃的幾率也要比普通低揮發份煤種大一倍。

褐煤的煤質疏松，在運輸過程中煤粒收到沖擊、摩擦、剪切和擠壓作用，從而產生變形與碎裂。在來煤的接卸和轉運過程中，煤的水分蒸發后不可避免的會產生大量粉塵，成為火電廠較大的污染源。粉塵不僅破壞工作環境、影響職工身體健康，還會帶來安全隱患，嚴重影響正常生產。

2 褐煤輸送系統設計要點及設備選型

2.1 卸煤設施

涉外工程中(印尼、印度、菲律賓等地)一般作為坑口電廠或港口電廠燃料，卸煤設施一般以皮帶來煤或者碼頭卸煤為主要方案。國內工程 (我國新疆、內蒙等地)也有公路或者鐵路來煤的個例。燃用褐煤的卸煤設施，在設計上要分地域按實際情況考慮。在東南亞高溫、多降雨、濕度大的地區，應充分考慮粘煤和設備堵塞的問題；而在我國新疆、內蒙等干旱地區，褐煤經過長途運輸后比較容易風化和粉碎，在卸煤過程中極易揚塵，應充分考慮煤塵防治的問題。

在雨季來煤較濕情況下，煤粒間的黏附力增大，流動性變差，翻卸時容易引起設備粘結，嚴重時可能導致停機；為了防止堵煤，在采用翻車機或者汽車卸煤溝卸煤時，應盡量在卸煤斗和煤溝側壁采用摩擦阻力小、不吸水的高分子塑料板或不銹鋼襯板以減小煤粉粘結，同時盡量減小煤的落差，降低轉運高度［3］。

為了防止煤塵飛揚，應在卸煤斗和卸煤溝等揚塵點設噴霧抑塵設施，以降低煤塵污染。圖1為噴霧噴頭抑塵的使用情況。

2.2 貯煤設施

儲煤場的容量和貯存設施，應根據運輸方式、運距及氣象條件、褐煤特性等因素統一考慮。由于褐煤屬于高揮發份煤種，基于風損大、易自燃等原因，根據規程規定一般貯存褐煤的煤場不宜大于全廠10天耗煤量。而且應設置防爆、通風、溫度監測和噴水降溫設施，并嚴格控制存煤時間。

圖1 卸煤系統噴霧抑塵設施

褐煤水分較高容易引起、粘煤現象，特別對于循環流化床鍋爐，其原煤斗內煤粒較小，濕度大時則難以下料。已投產的大中小CFB鍋爐運行情況都證實，濕煤進入CFB鍋爐的輸送導致系統堵煤已成為嚴重制約鍋爐連續、安全、經濟運行的主要因素［4］，防止輸煤系統堵煤的有效措施是設置干煤棚。

大部分電廠為了更好的實現翻燒以及有效控制褐煤的存放時間，在儲煤場內均設干煤棚，干煤棚的容量滿足供機組燃用7天或者根據業主要求確定。當來煤水分較高時，如果不采取措施會影響鍋爐燃燒熱效率。此時褐煤不宜直接送入爐膛，而是將先存入干煤棚，待已風干后再運輸至主廠房。

煤場機械一般選用懸臂式斗輪堆取料機，采用推煤機和裝載機作為輔助設備。在國外工程中，為了更好地實現堆、取料作業同時進行，褐煤煤場多采用獨立的懸臂堆料機和斗輪取料機，在來煤較濕的情況下，堆料機將煤堆卸至干煤棚內以便于晾干水分，同時取料機把干煤棚內存放的已經風干后的煤運輸至主廠房。 為了靈活地實現堆料、取料方式，有些業主要求增加煤場旁路系統，即增設一條循環皮帶，將煤場取煤的帶式輸送機與上主廠房的帶式輸送機相連，形成一個回路。

2.3 篩碎系統

輸煤系統設置煤篩可以降低破碎機的出力，減少進入破碎機的細煤量，但是遇到濕煤時極易造成堵煤，因此有些電廠在篩分破碎系統中取消篩機。

燃用褐煤的篩碎系統一般選用篩分性能較好的振動篩，當篩孔堵塞時，此煤篩能夠起到振動給煤機的作用，以保證來煤能順暢的進入碎煤機。

褐煤水分高容易造成碎煤機篩板孔粘煤現象，篩孔通流面積下降，破碎效率降低。因此碎煤機的選型一般不宜采用帶底篦的破碎機，不帶底篦的可逆雙向錘擊式碎煤機和雙齒輥式細碎破碎機比較適用［5］。

可逆錘擊式破碎機在設計上放棄了出口易導致堵塞的篩板，即無底篩設計，靠調整錘頭和破碎板間隙來控制粒度，能夠有效防止堵煤、粘煤。雙齒輥式破碎機通過調整齒輥的間距來控制物料粒度，不易產生過破碎，并且對濕煤不敏感，對滿足鍋爐燃煤粒度級配要求較為方便。可逆錘擊式破碎機和雙齒輥式破碎機分別如圖2、圖3所示。

圖2 可逆錘擊式破碎機

圖3 雙齒輥式破碎機

2.4 廠內輸送系統

燃用褐煤的帶式輸送機系統中輸送帶應采用難燃膠帶，并采取相應的消防措施。燃用褐煤時，從貯煤設施取煤的第一條膠帶機上應設置明火煤監測裝置。

褐煤輸送系統轉運站設計應盡量減小層高和落差，落煤斗、落煤管的內襯應采用不燃燒材料。必要時可以增加非標落煤管的數量；在落煤斗和導料槽的連接處應做成喇叭口狀，防止積煤和堵煤。

輸煤系統出力除應滿足鍋爐BMCR工況并符合碼頭卸煤工作方式外，還應考慮保證鍋爐原煤斗容量。 由于褐煤特性原煤斗容積受限，為保證機組供煤可靠性，褐煤輸煤系統運行與主機一樣按照三班制設計。

3 褐煤輸送系統設計實例

3.1 工程簡介

印尼Riau坑口燃煤電站工程，規劃容量2×300 MW，一次建成，采用CFB鍋爐。工程廠址位于印尼蘇門答臘島Jambi邦，擬燃用印尼當地褐煤。

廠址氣象條件為典型的熱帶海洋性氣候，高溫、降雨多、濕度大，平均環境溫度為27°C，年平均降水量2 500 mm，平均相對濕度為86.5%。

3.2 褐煤輸送系統方案

燃煤擬采用汽車運輸至電廠，采用汽車卸煤溝作為卸煤設施，汽車卸煤溝設18個卸車位。卸煤系統和上煤系統均采用雙路帶式輸送機，輸送機參數按照帶寬1 200 mm，帶速2.5 m/s，出力1 000 t/h。帶式輸送機系統設計能夠滿足來煤直通主廠房以及通過煤場旁路輸送到主廠房。

由于燃用高水分褐煤，煤場分為露天煤場和干煤棚兩部分。煤場總容量為滿足兩臺機組8天耗煤量(100%容量)的運行煤場加上滿足機組7天耗煤量(100%容量)的干煤棚。在儲煤場，設兩臺懸臂斗輪堆料機將分別向煤場堆煤，每個煤堆設一臺。 煤場斗輪機堆料和取料出力均為1 000 t/h。應業主要求，在煤場設循環皮帶機以便于褐煤的翻燒儲存。

由于CFB鍋爐爐前不設磨煤機，因此入爐煤粒度均由輸煤系統的篩碎設備來保障。工程設計的最初階段，擬采用兩級篩分、破碎系統，將來煤破碎至滿足鍋爐需求的8～10 mm粒度。后經業主澄清來煤粒度能保證在50 mm以下，且破碎機并入鍋爐島一起采購，因此輸煤系統不再設置篩機和碎煤機。

4 結語

燃料輸送系統是火力發電廠的重要組成部分，它將原煤制備成滿足要求的燃燒用煤，在燃煤粒度和燃煤質量方面滿足鍋爐的安全、經濟運行。褐煤相對于其它普通電煤，具有較高的水分、灰分和揮發份，因此容易黏結、堵煤，且容易引起粉塵，易自燃。 因此，輸煤系統設計應充分考慮以上因素，使設計方案和設備選型適應燃料特性，保證輸煤系統的長期穩定運行。