析煤泥燃燒發電應用工藝

周結焱

（淮南礦業集團電力有限公司, 安徽 淮南 232001）

析煤泥燃燒發電應用工藝

周結焱

（淮南礦業集團電力有限公司, 安徽 淮南 232001）

介紹了煤泥用于循環流化床鍋爐燃燒發電的工藝方案,重點分析了干燥工藝和濕法輸送工藝中最適合煤泥大規模利用的兩種典型方案:滾筒烘干和柱塞泵輸送;結合淮南礦區多個煤泥發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,燃燒發電是煤泥大規模利用的首選。

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,以滿足常規的輸送,同時可提高低位熱值。根據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,加熱介質為蒸汽、熱水或導熱油,加熱介質通入殼體夾套內和空心螺旋軸中,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所致的“結床”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問題,更適合于煤泥發電等大規模干燥的場合。

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傳統擠壓機、螺桿泵、擠壓泵、柱塞泵四種方式,柱塞泵方式在連續運行時間、可靠性、煤泥輸送量等指標方面明顯優于前三種輸送方式。

就大規模煤泥處理而言,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

燃燒爐燃燒產生的高溫煙氣進入旋轉滾筒內,與滾筒內煤泥在旋轉過程中充分混合,煤泥受高溫煙氣加熱蒸發水分,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進入,即順流加熱方式。滾筒出料口煙氣溫度約70℃～150℃,煙氣經旋風除塵器回收煤泥揚塵后,通過引風機經除塵器排放,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,內襯耐火耐磨材料。為解決煤泥粘結問題,滾筒內壁裝設清掃鏈。調節煤泥入料量和燃燒爐給煤量可調節出料煤泥水分為10%～14%,干后煤泥可以實施常規堆放、轉運、皮帶輸送。該工藝在山東新汶礦業、棗礦集團、山西和內蒙礦區都有應用。安徽淮南礦業集團新莊孜電廠煤泥烘干發電就采用該工藝,2010年1月建成投運,屬國內加工規模最大的干法利用煤泥系統之一。

3 柱塞泵輸送法

選煤廠壓濾后煤泥經膏體制備機進行調水制漿,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,經除渣排雜后,膏體狀煤泥卸入位于柱塞泵房內的煤泥儲倉,儲倉內的煤泥依據鍋爐負荷的需求,經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,采用液壓驅動,驅動機構目前主要為進口。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襯低摩擦系數復合材料的鋼管,以降低泵送阻力。淮北礦業集團臨渙電廠300 MW循環流化床鍋爐煤泥泵送燃燒系統是目前國內投運的最大的柱塞泵輸送燃燒煤泥處理系統。在建的淮南礦業集團顧橋電廠和潘三電廠配套建設該系統（其中潘三電廠屬技改增建煤泥燃燒系統）。

4 兩種工藝技術經濟比較分析

4.1 應用規模

烘干系統利用煤泥在滾筒內攪拌換熱干燥原理,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）,目前仍然是國內已投運的最大規模的煤泥烘干裝置之一,更大規模則需要建設雙系統或多系統;柱塞泵系統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,與常規煤質沒有區別,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流化床鍋爐,也需要控制煤泥摻混比例,淮北礦業臨渙電廠300 MW循環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耗能,但是,在爐內燃燒過程還是需要要蒸發這部分水分,此過程要吸收燃燒熱量。

煤泥含水量降低后低位發熱量相應提高,從理論上說,煤泥烘干蒸發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,后者是爐內燃燒耗能,相當于能量“轉移”。

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稀,兌水則降低煤泥低位熱值和鍋爐效率,資料統計,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煤炭轉運,不要求靠近電廠,如新莊孜電廠烘干系統建在選煤廠壓濾車間附近。

4.4 運行可靠性

發電機組對負荷平穩度及燃料供應系統運行可靠性要求高。影響泵送系統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濕不均勻所致的干塞;影響烘干系統可靠性的主要因素是:滾筒內煤泥粘結、滾筒進出料口粘結堵塞,烘干系統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,一旦出現給料機、柱塞泵或后續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狀來看,該工藝不能實現較高程度的自動化;柱塞泵系統將煤泥按照流體處置,易于實現較高程度的自動化。如新莊孜電廠煤烘干系統需要配置運行人員7人班,淮北臨渙柱塞泵系統僅需要4人班。

4.6 環境污染

烘干后的煤泥摻入常規燃煤,從鍋爐常規給煤線入爐,由于煤泥顆粒細,干燥的煤泥易在下游的燃料轉載點和皮帶走廊形成揚塵污染;泵送系統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,干燥筒排煙會產生較多的煤泥粉塵,除塵設備的運行負荷增大,干燥產品損耗率會增加。從新莊孜電廠使用經驗來看在,可以在煤泥中摻入煤矸石及其他燃料以改善煤泥粘結特性。

滾筒烘干和柱塞泵輸送是兩種最適合大規模利用煤泥發電的工藝方案,目前都有較成功的使用業績?？紤]烘干法消耗燃料同時提高了煤泥低位發熱量,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,必要時需調整鍋爐結構。

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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

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