煤泥干燥技術(shù)的創(chuàng)新研究及應(yīng)用

董麗華，陳晗

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司中南電力設(shè)計(jì)院，湖北武漢 430071)

1 概況

大路2×300MW坑口煤矸石熱電廠工程為煤電一體化、熱電聯(lián)產(chǎn)、坑口電站項(xiàng)目，電廠位于準(zhǔn)格爾旗大路新區(qū)內(nèi)。電廠燃煤全部采用不連溝煤礦洗煤廠的副產(chǎn)品末煤、煤泥和煤矸石，由帶式輸送機(jī)輸送進(jìn)廠。不連溝煤礦洗煤廠核定生產(chǎn)能力為2000萬(wàn)t/a，年產(chǎn)濕基煤泥100萬(wàn)t。由于濕基煤泥具有高含水、高揮發(fā)分的特性，燃點(diǎn)低、易自燃，運(yùn)輸、儲(chǔ)存不便，直接應(yīng)用到電廠既影響鍋爐運(yùn)行，又易造成發(fā)電機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定和運(yùn)煤系統(tǒng)堵塞。目前采用創(chuàng)新煤泥干燥技術(shù)對(duì)煤泥進(jìn)行脫水，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)洗水“閉路循環(huán)”，達(dá)到零排放的要求。

2 煤泥干燥技術(shù)的現(xiàn)狀及難點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)的煤化工業(yè)、型煤產(chǎn)業(yè)、煤礦業(yè)、新能源和電廠等企業(yè)使用的干燥設(shè)備有:滾筒式干燥機(jī)、圓盤(pán)式干燥機(jī)、立式橫流干燥機(jī)、振動(dòng)干燥機(jī)、流化床干燥機(jī)等。按熱介質(zhì)使用分類(lèi)主要有蒸汽熱解式流化床干燥機(jī)、蒸汽導(dǎo)熱式干燥機(jī)、直接煙道氣對(duì)流傳熱干燥機(jī)等。但這些干燥工藝普遍存在處理能力小、干燥效果差、干后煤泥易返潮吸水、干燥過(guò)程易燃燒爆炸等問(wèn)題。

3 多迴程煤泥干燥系統(tǒng)

3.1 多迴程滾筒式煤泥干燥系統(tǒng)定義

多迴程滾筒式煤泥專(zhuān)用干燥機(jī)是針對(duì)上述煤泥的特性研發(fā)的專(zhuān)用于煤泥干燥的新型節(jié)能高效干燥系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)火力干燥的方式對(duì)煤炭產(chǎn)品進(jìn)行深度脫水處理，可將高水分(26% ～28%)的煤炭產(chǎn)品干燥成水分12%～14%以下的產(chǎn)品，有效提高其發(fā)熱量指標(biāo)及儲(chǔ)裝運(yùn)性能，使之各項(xiàng)指標(biāo)滿足商品煤的要求，不僅具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

3.2 多迴程滾筒式煤泥專(zhuān)用干燥系統(tǒng)組成

多迴程滾筒式煤泥干燥系統(tǒng)主要由原料破碎及給料系統(tǒng)、燃燒供熱系統(tǒng)、干燥脫水系統(tǒng)、環(huán)保除塵系統(tǒng)、配電測(cè)控系統(tǒng)以及產(chǎn)品運(yùn)輸系統(tǒng)組成。

原料破碎及給料系統(tǒng)選用1臺(tái)篩分破碎機(jī)與振動(dòng)給料機(jī);燃燒供熱系統(tǒng)選用煤粉爐(沸騰爐、鏈條爐)、燃料上煤機(jī)、鏈板除渣機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備，確保向干燥系統(tǒng)提供穩(wěn)定的高溫?zé)峤橘|(zhì)。干燥脫水系統(tǒng)選用密封給料箱、螺旋推進(jìn)器、多迴程滾筒式干燥機(jī)、排料箱等設(shè)備，完成高水分物料與高溫?zé)峤橘|(zhì)的質(zhì)熱交換。環(huán)保除塵系統(tǒng)選用旋風(fēng)除塵器、螺旋輸送機(jī)或星形鎖氣器、引風(fēng)機(jī)、濕式除塵器等設(shè)備回收干燥產(chǎn)品中的微細(xì)顆粒，同時(shí)實(shí)現(xiàn)尾氣達(dá)標(biāo)排放。

配電測(cè)控系統(tǒng)選用成套配電裝置、測(cè)控操作臺(tái)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、就地箱、電動(dòng)執(zhí)行器等電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)干燥系統(tǒng)集中或就地自動(dòng)控制。產(chǎn)品運(yùn)輸系統(tǒng)選用一部或多部膠帶運(yùn)輸機(jī)將干后產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)接脩糁付ㄎ恢?，其中靠近干燥機(jī)出料口的設(shè)備采用耐熱且密封性能良好的輸送設(shè)備。

3.3 多迴程滾筒式煤泥專(zhuān)用干燥機(jī)的特點(diǎn)

多迴程滾筒式煤泥專(zhuān)用干燥系統(tǒng)的主要特點(diǎn):干燥效果好、處理能力大;干后煤泥不返潮吸水;高濕含量的載濕介質(zhì)，沒(méi)有揮發(fā)分釋出條件;系統(tǒng)集成化程度高，且配備全自動(dòng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)熱風(fēng)爐爐膛、干燥機(jī)入口、干燥機(jī)出口和引風(fēng)機(jī)入口主要部位的溫度、壓力、火焰、煙氧等參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)、參數(shù)連續(xù)自動(dòng)采集、故障報(bào)警及安全連鎖保護(hù)等;高效節(jié)能;安全性高、占地面積小;煤粉熱風(fēng)爐啟停方便、污染物排放控制水平高;環(huán)境效益好、性價(jià)比高;投資低、運(yùn)行費(fèi)用低，可在較短的時(shí)間內(nèi)收回投資。

4 煤泥干燥系統(tǒng)的創(chuàng)新研究

4.1 煤泥在干燥過(guò)程中的變化

煤泥在常溫下加熱到100℃以上時(shí)，大部分的自由水能夠被蒸發(fā)。當(dāng)煤泥在常壓下繼續(xù)加熱到180℃以上時(shí)，煤泥結(jié)合水能夠被脫除。進(jìn)一步提高溫度，將導(dǎo)致越來(lái)越多的羥基官能團(tuán)分解，從而引起煤泥的表面性質(zhì)改變。在這種干燥溫度條件下，大量的羥基官能團(tuán)分解，煤泥內(nèi)部的毛細(xì)孔倒坍和產(chǎn)生交聯(lián)。毛細(xì)孔倒坍可以阻止水分進(jìn)入毛細(xì)孔;同時(shí)也能夠觀察到煤泥的硬化，而交聯(lián)反應(yīng)則能夠?qū)γ?xì)孔進(jìn)行密封，阻止倒坍的毛細(xì)孔在吸收水分時(shí)再膨脹。另外，當(dāng)煤泥溫度被加熱到200℃以上時(shí)，煤泥內(nèi)部的焦油產(chǎn)生強(qiáng)烈遷移，遷移到毛細(xì)孔外部的焦油逐漸冷卻，由于焦油冷凝對(duì)毛細(xì)孔進(jìn)行密封，從而使煤泥的表面積減少。

4.2 煤泥干燥系統(tǒng)的安全性

濕基煤泥在堆放中吸收游離氧，極易自燃，而煤泥在運(yùn)動(dòng)條件下，配高含氧空氣、遇明火也不能燃爆。煤泥熱力干燥過(guò)程中的燃爆，氧只是其中的一項(xiàng)條件，而不是決定因素。只要控制好主機(jī)出口風(fēng)溫100～120℃，煤泥表面溫度50～60℃，即使進(jìn)口風(fēng)溫提高到560℃，也不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)口風(fēng)溫雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了煤泥的燃點(diǎn)，只要烘干過(guò)程中煤泥自身溫度不超過(guò)燃點(diǎn)，就不會(huì)引起燃燒。因此干燥過(guò)程中只要對(duì)明火、揮發(fā)分、溫度、壓力、水分等幾項(xiàng)關(guān)鍵因素作好規(guī)避，運(yùn)行是安全的。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

煤泥干燥系統(tǒng)投資為1070萬(wàn)元，其中土建工程費(fèi)220萬(wàn)元，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)620萬(wàn)元，安裝運(yùn)輸費(fèi)230萬(wàn)元。設(shè)管理人員1人，鏟車(chē)司機(jī)1人，集控員1人，設(shè)備巡查人員1人，維修人員3人。

經(jīng)濟(jì)效益分析，煤泥干燥前水分為26%，價(jià)格180元/t;干燥后水分為12%，價(jià)格350元/t，1t原料煤泥干燥后可生產(chǎn)出型煤0.841t，每干燥1t原料煤泥產(chǎn)出的型煤可銷(xiāo)售294.35元，煤泥干燥生產(chǎn)成本為16.72元/t。按年采購(gòu)原料泥煤66萬(wàn)t計(jì)算，年煤泥采購(gòu)成本為11880萬(wàn)元，年煤泥生產(chǎn)成本為1103.52萬(wàn)元，年型煤銷(xiāo)售額19427.1萬(wàn)元，則年經(jīng)濟(jì)效益6443.5萬(wàn)元。系統(tǒng)投資費(fèi)用1070萬(wàn)元，短時(shí)間內(nèi)可以收回。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上原則計(jì)算，煤泥干燥系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀，煤泥干燥系統(tǒng)建設(shè)可以在較短的時(shí)間內(nèi)收回基建投資，由此可見(jiàn)煤泥干燥系統(tǒng)方案在利用洗煤廠的副產(chǎn)品做燃料的電廠項(xiàng)目中，可以提高燃煤品質(zhì)，節(jié)約煤炭資源。采用煤泥干燥系統(tǒng)是安全可靠的，也是切實(shí)可行的。

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