電廠煤泥燃料系統的研究與應用

文 劉學冰 山東華聚能源股份有限公司

我國是產煤大國，在一次能源生產和消費結構中，煤炭始終占到70%以上,煤炭入洗率逐年大幅度提高。洗煤泥是煤礦選煤廠的副產品，是一種高濃度、高粘度的粘稠物料，其表觀粘度變化較大(10～103Pa·s)，均勻混合后屬于典型的非牛頓流體，流動性小、粘結性大。經過國家“七五”科技攻關，在兗礦興隆莊熱電廠實現煤泥直接入爐燃燒。目前煤泥流化床鍋爐已日趨成熟，煤泥制備、輸送、給料也發展為柱塞泵送系統。

在煤泥資源綜合利用系統中，煤泥生產和使用是分別屬于洗煤廠和電廠兩個單位的相對獨立的部分，在裝備特點、運行參數、控制指標、生產接續等方面存在偏差。生產方和使用方的割裂和難以銜接，造成系統工藝繁雜、能耗較高等問題，給電廠生產帶來諸多不利影響。因此，進行系統優化研究十分必要。

1 技術現狀

1.1 典型系統

目前國內各煤泥資源綜合利用電廠典型的煤泥生產、儲存、制備、輸送、給料工藝系統流程如圖1。

圖1 典型的煤泥處理工藝系統流程

煤礦選煤廠的煤泥濃縮池將洗煤廠加入絮凝劑的煤泥水沉淀，濃縮池底流煤泥水濃度約250～350g/l。經渣漿泵送至壓濾車間，在壓濾倉存儲攪拌后，由泵送至壓濾機內，煤泥水經壓濾機壓濾后，形成水分為23%～28%的煤泥餅，卸料后經刮板機、皮帶機進入電廠煤泥棚。

在電廠煤泥棚內，裝載機將存儲的煤泥送至刮板機，經給料機進入皮帶輸送機、經刮板機，進入煤泥柱塞泵系統：勻料機、振動篩、中儲倉、煤泥泵，通過管道送入鍋爐燃燒。

1.2 存在問題

現有煤泥制備系統存在諸多不合理之處,如輸送環節復雜、運行費用高等。其主要存在以下問題：

①不利于電廠穩定運行：敞開式系統，煤泥棚儲存、皮帶輸送等環節易混入雜物，不僅損壞運輸設備，而且影響鍋爐的安全穩定運行。②環節復雜、易出故障、電耗高、運行成本高。③煤泥生產與使用割裂，選煤廠消耗大量電能將煤泥水份壓濾到25%左右，煤泥在轉運、儲存過程中易失水結團，并易混入雜物。為改善可泵性，電廠處理時需要進行加水至30%左右，且需攪拌、除雜、搓和等復雜程序，消耗大量電能。④煤泥失水結團后，雖然消耗大量電力加水攪拌、搓和，仍然難以達到均質，不易流動，可泵性較差。⑤基建費用高、占地面積大。⑥環境污染較嚴重。⑦從洗煤廠煤泥壓濾到電廠煤泥燃料制備、上料等多環節為斷續生產，無法實現系統的自動控制。

2 優化研究

國內的煤泥管道輸送系統，把煤泥預處理后輸送，以降低管道輸送阻力。煤泥預處理工藝一般為：選煤廠壓濾車間生產出含水量25%左右的煤泥，到電廠后再加適量的水進行攪拌、搓和等預處理工序，制成含水量30%左右的煤泥。儲存、輸送、攪拌預處理的工作量大，電能消耗也大。所以把煤泥生產和煤泥發電燃料制備作為一個整體系統來看：煤泥壓濾成餅后再加水攪拌處理的過程顯得繁瑣、不協調，利用臥螺離心式脫水機對濃縮池的底流進行脫水，生產出含水量在30%左右的煤泥，直接供給電廠煤泥泵送系統作為鍋爐燃料，會大幅度減少系統工藝環節，降低生產成本。

2.1 方案說明

山東華聚能源股份有限公司鮑店電廠煤泥生產、制備、輸送、使用系統改造方案見圖2。

該工藝流程一方面利用現有系統：煤泥水壓濾后產生的煤泥經煤泥棚、皮帶機、刮板機轉運至勻料機、振動篩、中儲倉，通過煤泥泵、管道輸送至鍋爐，組成“煤泥壓濾-管道輸送系統”，作為備用系統；另一方面，洗煤廠濃縮池底流煤泥漿輸送到煤泥泵房，經臥螺離心機脫水后，直接進入中儲倉，組成“煤泥濃縮-管道輸送系統”。

2.2 主要研究內容

2.2.1 系統研究

①采用緩沖池，控制煤泥漿含固量。②采用給料泵及自動控制裝置，穩定煤泥漿的壓力、流量。③煤泥漿脫出水自流回洗煤廠濃縮池，閉路循環技術研究。④系統采用DCS控制，并與原有鍋爐煤泥泵送給料系統銜接，實現自動控制。⑤設計配套設備、管系、電氣、監測、控制等系統。⑥優化系統運行參數、指標。

2.2.2 煤泥系統專用臥螺離心機設備研發

①對煤泥水取樣、分析，在實驗室進行小型離心試驗。②利用專用臥螺離心試驗設備（移動試驗車），在鮑店煤礦洗煤廠進行煤泥水脫水中試。③對中試數據分析、整理，研究、設計離心脫水機樣機④樣機制造、檢驗、實驗、測試。⑤離心機設備安裝、調試。⑥針對樣機試運行參數、指標及存在問題，進行優化、改進、完善。

3 研究取得的主要技術成果及技術創新

3.1 主要技術成果

①將煤礦選煤廠煤泥水濃縮池底流通過臥螺離心機濃縮到直接可以供循環流化床鍋爐使用的燃料，產出的煤泥直接進入輸送泵站中儲倉存儲，通過煤泥泵泵出，經過管道送入鍋爐燃燒。整個過程全密封、對環境無污染。不需要專門的煤泥堆場。在單一系統中實現煤泥生產、制備、給料的連續、穩定運行。②通過選型設計、試驗研究，不斷改進優化設備結構，研發出煤泥電廠燃料生產、制備環節中關鍵的專用設備。③洗煤廠濃縮池底流煤泥漿液經給料泵送至臥螺離心機脫水濃縮成煤泥，臥式離心機脫出的水依靠高差勢能自流到洗煤廠濃縮池，形成閉路循環。④煤泥漿液緩沖池底部布置環狀噴嘴，利用給料泵回流循環進行激勵，動態解決了煤泥沉積問題。⑤將臥螺離心機程控與給料泵、反沖洗閥、緩沖池進料閥等輔助設備控制有機結合，形成了完整、協調、統一的控制系統。⑥反沖洗水的應用，防止了給料泵啟停時入口管的堵塞。

3.2 技術創新

①將洗煤廠煤泥生產系統與電廠煤泥燃料制備、輸送、給料系統有機結合，形成單一系統，減少了煤泥的中間儲存、制備等復雜環節；且根據柱塞泵及鍋爐燃燒需要調制煤泥水份。②洗煤廠煤泥濃縮池底流至煤泥進入鍋爐燃燒，形成整體單一系統，按照鍋爐運行的需求動態調整煤泥生產量。

4 應用情況

設備、系統調試完成后，2012年投入以來系統、設備正常、穩定運行。煤泥脫水系統調試和試運行表明：

①臥式螺旋離心機作為關鍵設備用于處理選煤廠煤泥水，直接生產煤泥，簡化系統，可以替代壓濾、煤泥棚、裝載機、轉載刮板機、立式給料機、皮帶輸送機（2級轉載）、刮板機、勻料機（加水攪拌）、振動篩等系統環節及相應設備，將選煤廠煤泥漿處理與電廠煤泥燃料制備形成單一系統，大幅度提高系統的運行可靠性。②可以實現煤泥漿液處理、煤泥制備、輸送、給料的封閉運行，降低環境污染。③煤泥產量可以滿足鍋爐使用要求，經測算可生產含水量30%左右的煤泥15.13 t/h。④經測試，煤泥均質，水份含量為30.15%～30.97%，滿足鍋爐使用要求。⑤煤泥漿脫水自流回洗煤廠濃縮池，實現閉路循環。⑥煤泥水處理與電廠煤泥燃料系統形成了統一自動監測控制。

5 效益分析

5.1 經濟效益

山東華聚能源股份有限公司鮑店礦電廠煤泥系統優化改造后，與壓濾煤泥生產、皮帶-勻料機預處理管道輸送系統相比大大簡化，兩系統運行成本綜合比較情況如下：

①根據實際運行測算，每年可節電52.56萬kWh，節省電費33.64萬元。②節省維修費、材料費、水費、裝載機燃油費等119.75萬元/年。③人工費（電廠部分）：原系統共需40人，煤泥脫水系統運行人員只需14人，可節省26人，節省人工費132.6萬元/年。

底流直接由臥螺離心機脫水生產煤泥進入中儲倉，由煤泥泵直接送入鍋爐。省略了煤泥壓濾后經皮帶轉載、振動篩選和勻料機等一系列的工作過程。運行費用可節省286萬元/年。

5.2 社會效益

①提高煤泥電廠生產安全穩定性。本項目克服了原有系統中在煤泥轉運環節中經常混入廢鐵、木塊、石塊等雜物，造成煤泥泵損壞、煤泥管堵塞等問題，有利于系統的穩定、安全運行。②優化完善洗煤泥的資源化利用系統，提高效率，節約資源，保護生產環境。③能夠大規模全天候地對洗煤廠產生的洗煤泥進行實時處理。