大型CFB鍋爐煤泥摻燒技術探討

文 // 代祥龍 王世山 淮北礦業股份有限公司

臨渙中利發電有限公司(以下簡稱“中利發電”) 4×300MW循環流化床燃煤機組，是以原煤洗選后的副產物（煤泥、矸石、中煤）為燃料，采用循環流化床燃燒技術發電的綜合利用電廠。一期、二期各2臺330MW循環流化床機組，分別于2009、2013年通過試運行，至今總體狀況良好，煤泥摻燒比例達30%～50%，遠大于設計值（一期設計值為15%，二期設計值為40%）,由于燃燒煤泥燃料成本低，公司盈利水平逐年提高。

1 煤泥摻燒系統設備概況

1.1 煤泥摻燒工藝流程

臨渙中利發電有限公司煤泥摻燒方案，設計將含水率為20%～22%的煤泥，通過煤泥皮帶直接從臨渙選煤廠壓濾車間輸送至電廠爐前煤泥倉，煤泥倉的煤泥經過適量加水、搓和處理后泵送至爐膛。一期2臺爐分別對應1臺煤泥倉，二期2臺爐共用3臺煤泥倉，一、二期每臺倉下均布置4臺卸料螺旋、4臺混合螺旋以及4臺煤泥泵，每臺煤泥泵出口設有除雜裝置，分別通過管道與爐膛煤泥入料口的煤泥槍相連接。

1.2 煤泥泵送設備

1.2.1 煤泥泵送系統與設備概況

煤泥泵送關鍵設備煤泥泵、液壓系統等設備采用進口件，運行可靠性較好。泵送距離：一期2臺爐共8套煤泥泵送系統設備，單套設計出力9m3/h,最大泵送能力達20m3/h,泵送水平距離約180m，垂直距離約10m，單臺爐設4只煤泥槍入料口（左右各2只），并分別配套壓縮空氣對入爐煤泥進行霧化、噴送；二期2臺爐12套煤泥泵送系統設備，單套設計出力20m3/h,單套泵送水平距離約220m，垂直距離約15m，單臺爐設6只煤泥槍入料口（左右各3只），并分別配套壓縮空氣對入爐煤泥進行霧化、噴送。

1.2.2 煤泥泵送系統主要設備特點

(1) 煤泥倉

中利發電一期、二期煤泥倉（一期2臺、二期3臺）均布置在專用的煤泥泵房內，位于爐后方向、兩臺爐之間，每臺煤泥倉最大容積300m3，有效容積250m3，在煤泥輸送設備故障條件下可起到約4h左右的緩沖作用。煤泥倉上有超聲波探頭和旋轉式探頭，可對料位進行控制。煤泥倉設有加水裝置，以保證煤泥含水量在30%左右，便于泵送。煤泥倉設有破拱滑架。

(2) 卸料螺旋與混合螺旋給料機

每臺倉下分別布置4臺卸料螺旋給料機與混合螺旋給料機，主要作用是向煤泥泵輸送一定比例水分的煤泥,每臺螺旋輸出流量為20m3/h，驅動裝置采用液壓動力包。卸料螺旋采用雙螺旋或單螺旋結構，混合螺旋給料機采用雙螺旋結構。

(3) 煤泥泵

每臺倉對應4臺煤泥泵，單臺泵最大出力為20t/h，最大連續輸出壓力可達60～90Bar。一期煤泥泵是帶S擺管的雙缸柱塞泵，通過液壓動力包液壓驅動，煤泥泵雙缸通過相互反向運動方式組合起來，以保證輸送煤泥的連續性，其最大特點就是能無故障地泵送含有較大固體顆粒(最大為泵的缸徑的2/3)的介質。二期煤泥泵采用的是提升閥結構的雙缸柱塞泵，特點是通過液壓驅動提升閥按程序切換來實現柱塞泵連續推送煤泥物料功能，正常運行穩定、可靠，對卡澀較大雜物的應對能力稍差。

(4)除雜裝置

煤泥泵送系統每臺泵后配置1臺除雜裝，主要作用是為了防止或減輕雜物堵塞煤泥管道與煤泥槍。除雜裝置的取出口配備了快速連接，可實現簡單快速的操作。

(5) 液壓動力包

液壓動力包是煤泥泵、混合螺旋、卸料螺旋以及滑架的驅動單元，每套泵送設備配備1臺液壓動力包，滑架單配一套液壓動力包，以提高其安全性。

煤泥泵送液壓系統最容易出問題的部件是煤泥泵雙缸切換驅動缸、液壓馬達、液壓泵、各種電磁閥（控制煤泥泵、卸料螺旋、混合螺旋）以及各種液壓缸密封等，其中液壓油的清潔、防污極為關鍵，是煤泥泵送系統能否長周期連續運行的關鍵因素。

2 煤泥摻燒主要問題與應對措施

2.1 煤泥槍堵塞與磨損問題及措施

一期煤泥投運初期煤泥槍堵塞十分嚴重，原設計的沖洗水系統無法使用，同時煤泥槍頭磨損也很嚴重。

①對煤泥槍水沖洗系統進行改造，每臺煤泥槍加裝一套壓縮空氣吹掃風管路。停爐前或煤泥槍停用前先用水沖洗，然后再用壓縮空氣吹掃。

②運行中采用負壓煤泥槍清堵安全、技術方案。通過對煤泥槍結構分析，確立在煤泥槍漿液閥部位進行系統解列、清堵。

③針對煤泥槍頭磨損問題，一期采取的主要措施有：一是調整煤泥槍頭端部不超出爐墻耐火耐磨材料表層，并將煤泥爐膛入料口做成喇叭型，在減輕床料對煤泥槍的磨損的同時，方便煤泥滑落；二是煤泥泵送停用或煤泥量投用較少時，煤泥霧化風停用或少用；三是鍋爐逢停必檢，利用停爐水消缺期間對磨損嚴重并影響煤泥霧化的煤泥槍槍頭進行即時更換。

④對生產企業提出適量抬高煤泥槍爐膛密相區位置建議，并在二期鍋爐上進行了優化設計，將煤泥給料口調整到二次風口以上位置，二次風也可以對煤泥起到助吹作用。

2.2 雜物卡澀問題及應對措施

煤泥中雜物主要有各種金屬件（鋼板、角鋼、鐵鍬、鋼筋等）、非金屬件（膠合板、鑄石、橡膠管等），對煤泥泵送系統的煤泥泵等設備損傷極大，會造成煤泥泵等轉動部件卡澀、磨損、變形損壞。

①從源頭控制。定期組織召開由中利發電、返料系統、選煤廠壓濾車間以及煤泥皮帶機等相關管理維護人員專題會，分析原因，制定并落實煤泥雜物獎罰制度，在一定程度上減少了雜物入倉。

②加強檢修管理與技術培訓力度。煤泥泵送設備檢修、維護實行專人專責包機制度，要求定期檢查、主動消缺；通過不定期舉行煤泥泵送技術與技能培訓，提高檢修效率與質量，減輕雜物帶來的危害，保障煤泥摻燒設備安全運行。

③技術攻關與外出調研。通過對泵后除雜裝置格柵進行適量加密處理，減少了較大雜物在煤泥管道與煤泥槍部位聚集、堵塞；在煤泥料倉前加裝除雜裝置技術改造，今年上半年已投入運行，效果較好，出力還需進一步改進、提高。

2.3 加水與漫煤泥問題及應對措施

①加強加水裝置技術改造。原煤泥倉加水手動門控制改為電動門控制，嚴格控制加水量；在煤泥倉內加裝高清探頭，方便加水監控。改造后漫煤泥頻次大大降低。

②料斗料位計改造。通過對料位計改型、移位、加裝防護板等措施后效果顯著，特別是二期結合高低料位定值調整以及料斗內加裝隔板改造，料斗漏水、漫煤泥現象大為減少，煤泥泵送系統運行平穩。

③卸料螺旋出口閘板門由手動改成液壓或氣動門。二期設計采用液壓閘板門，效果良好，方便了控制，一期擇機進行改造。

④對煤泥加水方式進行改造。結合煤泥除雜改造，在煤泥入倉前進行加水制膏，煤泥倉及料斗內不用加水或少加水。

2.4 液壓潤滑系統問題及應對措施

煤泥泵送液壓系統運行中的主要問題是液壓系統各密封損壞泄漏、液壓油污染（進水與煤泥）、液壓泵磨損內漏或損壞、液壓馬達磨損內漏或動力不足、各液壓電磁閥磨損不能正常工作以及中央潤滑油站故障致轉動部件磨損損壞等。

2.4.1 液壓油污染問題及應對措施

①對煤泥泵料缸與活塞定期檢查、消缺。及時更換磨損嚴重的料缸活塞，防止或減少煤泥水漏入清水缸；及時更換內壁磨損嚴重的料缸筒體（尤其是偏磨），保持活塞工作狀態時密封的嚴密性，從而減輕煤泥水泄漏。

②定期更換清水缸（煤泥泵料缸與油缸之間）里的水，保持清水缸水質，防止出現煤泥水進入油缸，從而污染液壓油。

③保證油缸與活塞桿的密封完好，及時更換油缸盤頭密封等油封，防止油缸活塞運動期間漏入煤泥水。

2.4.2 液壓系統動力部件或電磁閥磨損問題及應對措施

加強維護保養與技術技能培訓，能及時查找出故障原因，定期對液壓泵、液壓馬達的動力與內漏性能進行試驗，根據診斷結果對整體性能嚴重不足的煤泥泵送液壓系統可利用大小期間分系統進行關鍵部件的整體更換。

2.5 煤泥滑架問題及應對措施

實際運行中滑架的主要問題是推桿與浮動盤磨損泄漏煤泥、煤泥局部板結或異物致使滑架卡澀、推桿卡箍連接螺栓松動脫落等；煤泥倉清倉主要問題是停爐前倉內存留的煤泥量大或滑架故障而需要清倉檢修維護以及清倉安全問題等。

2.5.1 滑架推桿與浮動盤磨損泄漏煤泥的應對措施

①對煤泥滑架中央潤滑油站進行定期維護保養，保證浮動盤密封潤滑良好，從而延長連續使用周期。

②控制煤泥滑架沖洗水壓力、流量正常，與浮動盤接口密封良好，回流水暢通。

③定期檢查煤泥倉浮動盤并及時更換浮動盤盤根與油封。

④利用大小修更換嚴重磨損的煤泥滑架推桿。

2.5.2 煤泥局部板結或異物致使滑架卡澀的應對措施

從源頭防止或減少較大金屬件雜物；合理控制煤泥倉加水量與頻次，防止出現煤泥倉內板結層；發現滑架卡澀要及時采用短行程反復活動，必要時適量調大滑架運行壓力定值； 各種措施均處理無效時，可考慮清倉檢查處理。

2.5.3 推桿卡箍連接螺栓松動脫落的應對措施

定期清倉檢查連接螺栓是否松動，并用扭力扳手將扭矩緊固到設值；將緊固螺母更換為符合強度標準的止退緊固螺母；必要時可將固定卡箍兩螺母用鋼筋連接焊死，以防止螺栓松動。

圖1

圖2

圖3

表1

2.5.4 煤泥滑架改進換型

針對大型煤泥倉卸料難的特點以及一期煤泥滑架遇到的一些安全問題，二期煤泥滑架進行了改進換型，即單臺煤泥倉采用雙滑架替代原來單滑架形式。一年多來運行經驗表明，大型煤泥倉雙滑架運行比單滑架運行阻力降低、滑架卡澀頻次明顯降低、滑架運行安全風險得到有效控制。

3 煤泥摻燒對鍋爐運行影響

3.1 煤泥投入量對床溫的影響

合適的床溫是CFB鍋爐安全、環保與經濟運行的重要保證。實際運行工況表明，隨著煤泥噴入量的增加，密相區下部、中部、上部床溫均有所下降。與不摻燒煤泥相比，在機組200～250MW負荷下，摻燒30%煤泥量，床溫下降約20～30℃。

3.2 煤泥投入量對底渣含碳量的影響

煤泥顆粒極細，在爐內爆燃后產生的底渣也很少，煤泥摻燒量加大后鍋爐排渣量總體減少，理論上底渣含碳量也不會有明顯變化，但由于摻燒煤泥后爐膛燃燒工況十分復雜，可能會產生部分未燃盡的煤泥團顆粒，從而影響鍋爐底渣含碳量，圖1為煤泥噴入量與底渣含碳量關系。

3.3 煤泥投入量對飛灰含碳量的影響

飛灰含碳量的大小也是影響鍋爐效率的重要指標之一，從圖2可以看出，煤泥投入量的多少對飛灰含碳量的影響并不明顯，在不同負荷、不同煤泥投入量的情況下，飛灰含碳量始終保持在1.2%～2.0%，燃燒效果較好。

3.4 煤泥對排煙溫度的影響

運行工況表明，煤泥投入對排煙溫度影響明顯。降低煤泥摻燒對排煙影響的主要措施有：對尾部煙道受熱面及空預器加強吹灰；鍋爐受熱面設計時充分考慮摻燒較大比例煤泥因素。

圖3為在230MW負荷工況下，吹灰正常進行條件下，未投入煤泥和投入40m3/h 的煤泥時排煙溫度隨時間的變化情況。

鍋爐摻燒煤泥后，隨著煤泥投入量的增加，鍋爐熱損失有所增大，鍋爐效率有所下降，煤耗略有增加。但是，由于煤泥在價格上具有非常大的優勢，大規模摻燒煤泥大大降低了發電成本，可為企業帶來巨大的經濟效益。表1為中利發電一期近年電廠燃料結構與盈利情況統計表。