新型煤泥烘干系統在某火電廠煤場中的應用研究

鄧紹賢

（貴州盤江電投發電有限公司，貴州六盤水 553531）

0 引言

煤泥泛指煤粉含水形成的半固體物，是煤炭生產過程中的一種產品，其種類眾多，用途廣泛，根據品種的不同和形成機理的不同，其性質差別非常大，可利用性也有較大差別。由于煤泥持水性強，水分含量高，含水一般在30%以上，且煤泥中一般含有較多的黏土類礦物，粒度組成細，所以大多數煤泥黏性大，為此煤泥很難被工業化應用[1]。火電廠通過摻燒煤泥可以大幅節約經濟成本，但由于煤泥含水量較高，故其摻燒比例應較小[2]。為此，文獻[3-4]探討了煤泥烘干技術在燃煤電廠的應用，主要采用煤泥烘干機進行入爐煤質烘干，但煤泥烘干機存在電耗較高、安全性不高的問題。為此，本文研究了一種采用蒸汽供熱地暖管的新型煤泥烘干系統，該系統可以實現低溫干燥，相比于傳統的干燥設備安全性更高。煤泥中含有易燃易爆的有機物質，因此在干燥過程中存在一定的安全風險，而采用蒸汽供熱地暖管的新型煤泥烘干系統利用蒸汽傳熱地暖管對煤泥進行干燥處理，避免了直接接觸高溫空氣而導致的煤泥自燃和爆炸等問題，提高了生產的安全性和可靠性[5]。

1 現狀概述

某電廠原生產干煤泥的工藝為晾曬煤泥，通過太陽直接進行晾曬。現要提高煤泥產量，將工藝更改為采用蒸汽烘干煤泥，通過在新建煤棚設置煤泥烘干裝置來提高干煤泥的產量。

新建煤棚分為三塊，針對新建煤棚一區（長115 m、寬66 m）地面布置地暖式煤泥烘干系統。在煤廠地面鋪設換熱管，通過散熱的方式對煤泥進行烘干。烘干系統采用蒸汽作為熱源，蒸汽從臨機母管上預留接口取用。鑒于煤泥的烘干要求為將水分從26%降到17%，故設計蒸汽的參數為0.5～1 MPa，溫度為260～280 ℃，經過換熱管，最后出來的為凝結水，水的壓力為0.5 MPa，溫度為151 ℃。煤泥采用自然堆高的形式，經過試驗，煤泥自然堆高的高度大約為1.5 m。

煤泥烘干系統散熱管屏分為8組，每組設置一個進口、出口集箱，在進口連接管上設置手動、電動閥門調整蒸汽流量及溫度。散熱管采用?60×4 mm、材質20-GB/T 3087的碳鋼，管子節距為0.5 m，地面鋪設面積約7 800 m2。設計管屏上鋪設粉煤灰及煤矸石，為保障受熱面管屏不被工程機械操作時損傷，在第6、7、8組管屏部分區域用槽鋼形成框架支撐鋪設360 m2鋼板。

2 煤泥烘干系統組成

新建煤泥烘干系統由換熱管屏、進口蒸汽管道、回水管道、儀表控制四部分組成，如圖1所示。

圖1 新建煤泥烘干系統圖

2.1 換熱管屏

為提高效率，將整個管屏分為8個小管屏（模塊），每個模塊設置一個進口集箱（規格：?219×6 mm；材質：20-GB/T 3087）、一個出口集箱（規格：?219×6 mm；材質：20-GB/T 3087），模塊中的換熱管數量為16（17）根，管子節距為0.5 m，換熱管采用規格為?60×4 mm、材質為20-GB/T 3087的碳鋼；模塊寬度為8 m（8.5 m），模塊長度為11.63 m，在模塊長度方向換熱管設置15個π型膨脹彎，為方便排水，將管屏與水平面設置一個0.3°的夾角。換熱管屏材料規格如表1所示。

表1 換熱管屏材料規格

2.2 進口蒸汽管道

進口母管經過煤棚西側，到煤棚南側，由8個進口連接管與8個模塊進口集箱相連，進口母管在西側設置7個π型膨脹彎，在西側設置4個π型膨脹彎；進口母管由規格為?325×8 mm、材質為20-GB/T 3087的管子及規格為?325×8 mm、材質為20-GB/T 3087的90°長半徑彎頭（GB/T 12459—2017）組成，模塊進口連接管由規格為?133×4.5 mm、材質為20-GB/T 3087的管子及規格為?133×4.5 mm、材質為20-GB/T 3087的90°長半徑彎頭（GB/T 12459—2017）組成。進口蒸汽管道材料規格如表2所示。

表2 進口蒸汽管道材料規格

2.3 回水管道

每個模塊的出口集箱通過出口連接管將凝結水匯集到水箱，通過水泵將水箱內的凝結水送至鍋爐除氧器中。每個模塊設置一個出口連接管，連接管由規格為?133×4.5 mm、材質為20-GB/T 3087的管子及規格為?133×4.5 mm、材質為20-GB/T 3087的90°長半徑彎頭（GB/T 12459—2017）組成；水箱采用t12的Q245R鋼板制作為圓形臥式水箱；水泵出口回水管由規格為?219×6 mm、材質為20-GB/T 3087的管子及規格為?219×6 mm、材質為20-GB/T 3087的90°長半徑彎頭（GB/T 12459—2017）組成。回水管道材料規格如表3所示。

表3 回水管道材料規格

2.4 儀表控制

為控制及檢測烘煤裝置消耗的蒸汽量，在進口母管上設置一個手動閘閥、一個電動閘閥、一個電動調節閥、一個蒸汽流量計、一個溫度計、一個壓力表、兩個放水閥門；在每個進口連接管上設置一個電動截止閥、一個手動閘閥，每個進口集箱設置一個截止閥用于放水，在每個出口連接管上設置一個疏水閥、一個手動閘閥、一個溫度計；水箱上設置一個帶遠程顯示的液位計、一個安全閥、一個壓力表、一個排氣閥、一個放水閥，水泵采用一備一用，每個水泵前后都需設置一個截止閥，在回水管靠近鍋爐除氧器端設置一個壓力表、一個溫度計、一個手動閘閥。

2.5 管道保溫

采用 “硅酸鋁纖維氈+鐵絲+鋁皮” 的形式對管道及集箱進行保溫，管道及集箱大于DN50保溫厚度為160 mm，管道小于DN50，采用硅酸鋁纖維繩，保溫厚度為30 mm。新建煤泥烘干系統需要增設保溫的元件包括換熱管屏、管道、水箱、閥門本體等。以換熱管屏加裝保溫為例，如圖2所示。

圖2 換熱管屏保溫示意圖

3 試驗驗證方案及結果

為檢驗煤泥烘干系統的烘干效果，驗證系統鋪設煤矸石及鋼板兩種方案的可行性，收集相關參數，摸索優化系統的運行方式，為后期煤泥烘干系統的投運、煤泥堆存、優化整改等提供依據，決定對煤泥烘干系統開展烘干試驗。

3.1 試驗方案

試驗分為兩種方案進行，一種是將煤泥堆放到鋪設有鋼板的管屏上進行試驗，另一種是將煤泥堆放到鋪設有煤矸石的管屏上試驗。

方案一：試驗在煤泥烘干系統鋪設鋼板的第6、7、8組管屏上進行，該區域管屏底部墊60 mm厚的粉煤灰，管屏表面鋪設δ=16 mm的鋼板，鋪設面積360 m2，在該區域管屏上堆放壓干煤泥，并用小型挖機均勻鋪開，確保煤泥堆放厚度在300、500 mm。煤泥堆放完畢后，對該區域管屏通蒸汽進行加熱，管屏熱量通過鋼板傳出，從而對煤泥進行加熱，實現水分烘干。

方案二：試驗在煤泥烘干系統鋪設煤矸石的第3、4、5組管屏上進行，表面鋪設厚度約80 mm的煤矸石。將壓干煤泥堆放到該區域，并用小型挖機均勻鋪開，確保煤泥堆放厚度在300、500 mm。煤泥堆放完畢后，對該區域管屏通蒸汽進行加熱，管屏熱量通過煤矸石傳出，從而對煤泥進行加熱，實現水分烘干。

3.2 試驗結果

為了使試驗結果更具對比性，兩種方案采用相同的蒸汽參數和堆放厚度，進口母管蒸汽壓力0.55MPa，溫度271 ℃；蒸汽流量13.2 t/h；烘干時間29 h。方案一和方案二試驗對比結果如表4和表5所示。

表4 方案一試驗結果

通過表4和表5綜合對比可以得出，兩種方案對堆放厚度300、500 mm煤泥進行加熱烘干后的水分平均值分別為18.1%、17.7%和14.03%、12.33%，得出結論：采用方案一需要大量的鋼板，投資成本較高，方案二烘干效果較好且投資成本更低，為此該廠采用方案二進行改造。

4 土建方案

新建的煤棚一區地面布置地暖式煤泥烘干系統，根據設計圖紙要求進行土建。通過煤泥烘干系統的烘干效果驗證，煤棚內烘煤區域場地采用 “毛石+煤矸石+原灰” 進行夯實，毛石厚度不低于350 mm，煤矸石嵌縫平整后鋪設管道。管道間隙采用粉煤灰（原灰）填平碾壓緊實，壓實系數不得低于0.96。管道上鋪設煤矸石厚度80 mm，壓實系數不得低于0.96。

土石方工程施工前應進行挖、填方的平衡計算，綜合考慮土方運距最短、運程合理和各部分工程銜接施工等，做好土方平衡調配，減少重復挖運。溝道表面應平整，溝底無反坡、凹兜，溝沿走向寬窄一致，外形美觀，溝內無雜物。溝底坡率、截面尺寸、混凝土強度、砌塊及砂漿強度、變形縫位置及數量應滿足設計及規范要求，采取分段施工時，必須有施工縫防滲漏的保證措施。

5 結束語

本文研究了新型煤泥烘干系統在某火電廠煤場中的應用，通過在新建煤棚設置煤泥烘干裝置來提高干煤泥的產量，該新型蒸氣煤泥烘干系統具有結構簡單、維護方便、環保節能等優勢，使得蒸氣煤泥烘干系統成為當前煤泥干燥領域的推薦設備之一。