燃用褐煤電廠輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

張 晴，常瑞麗

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250013)

0 引言

我國(guó)是煤炭資源和使用大國(guó)，無(wú)煙煤、貧煤、煙煤等儲(chǔ)量占煤炭?jī)?chǔ)量的主體，是火力發(fā)電的主要燃料，隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，近年來(lái)在內(nèi)蒙、東北、新疆等地區(qū)建設(shè)了一批以褐煤為燃料的電廠。 同時(shí)，東南亞國(guó)家(如印尼)作為我國(guó)電力設(shè)備出口的主要地區(qū)的煤炭也以褐煤為主，可以預(yù)見(jiàn)今后一定時(shí)期內(nèi)，以褐煤為燃料的發(fā)電廠項(xiàng)目將越來(lái)越多。

相對(duì)于無(wú)煙煤、貧煤、煙煤等煤種，褐煤的成煤年代短，具有發(fā)熱量低、水分高、揮發(fā)分高等特點(diǎn)，易于風(fēng)化、碎裂和氧化自燃，因此，燃用褐煤的火電機(jī)組在輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮其燃料特點(diǎn)，使設(shè)計(jì)方案和設(shè)備選型適應(yīng)燃料特性，才能保證輸煤系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 褐煤特性及其對(duì)燃料輸送系統(tǒng)的影響

1.1 褐煤特性

褐煤依據(jù)其碳化程度的不同，分為老年褐煤和年輕褐煤。老年褐煤碳化程度較深、組織結(jié)構(gòu)較為致密、外觀程黑褐色。 我國(guó)內(nèi)蒙古和東北地區(qū)的褐煤屬老年褐煤。 年輕褐煤的碳化程度較淺，外觀程褐色、松散狀，含有木質(zhì)纖維(變質(zhì)石棉)。一般水分和揮發(fā)分均比老年褐煤要高，但發(fā)熱量較低。我國(guó)云南地區(qū)褐煤屬于年輕褐煤［1］。

總的來(lái)講，與普通電煤相比褐煤的共同特點(diǎn)是：煤種年輕，變質(zhì)程度較低，因此其碳含量相對(duì)較低，揮發(fā)份高(35%～50%)；其次褐煤的硬度小，空隙裂隙大，從而褐煤的含水量較高(30%～50%)，這也導(dǎo)致其熱值相對(duì)較低；另外，褐煤氧含量較高，著火點(diǎn)較低，煤質(zhì)疏松且易碎，易于揚(yáng)塵和自燃。表1給出了褐煤和普通電煤的主要特性的對(duì)比。

表1 褐煤和普通電煤的主要特性對(duì)比表

1.2 褐煤特性對(duì)燃料輸送系統(tǒng)的影響

褐煤中所含水分較大，在輸煤過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生自流，給上煤造成困難，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成堵塞，中斷上煤，影響生產(chǎn)。因?yàn)槿济旱乃衷黾?，原煤的松散性逐漸惡化，造成篩分、破碎困難，各種故障率增加，易引起設(shè)備粘煤、堵煤，落煤管積煤、皮帶跑偏、過(guò)載、打滑等現(xiàn)象。

褐煤揮發(fā)份較高，燃點(diǎn)較低，極容易自燃。運(yùn)行中，煤的揮發(fā)份和硫分大量增加時(shí)，應(yīng)特別注意防爆和煤的自燃［2］。據(jù)觀察和統(tǒng)計(jì)標(biāo)明，揮發(fā)份高的褐煤，即使是同樣條件下的露天存貯，發(fā)生自燃的幾率也要比普通低揮發(fā)份煤種大一倍。

褐煤的煤質(zhì)疏松，在運(yùn)輸過(guò)程中煤粒收到?jīng)_擊、摩擦、剪切和擠壓作用，從而產(chǎn)生變形與碎裂。在來(lái)煤的接卸和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，煤的水分蒸發(fā)后不可避免的會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，成為火電廠較大的污染源。粉塵不僅破壞工作環(huán)境、影響職工身體健康，還會(huì)帶來(lái)安全隱患，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

2 褐煤輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及設(shè)備選型

2.1 卸煤設(shè)施

涉外工程中(印尼、印度、菲律賓等地)一般作為坑口電廠或港口電廠燃料，卸煤設(shè)施一般以皮帶來(lái)煤或者碼頭卸煤為主要方案。國(guó)內(nèi)工程 (我國(guó)新疆、內(nèi)蒙等地)也有公路或者鐵路來(lái)煤的個(gè)例。燃用褐煤的卸煤設(shè)施，在設(shè)計(jì)上要分地域按實(shí)際情況考慮。在東南亞高溫、多降雨、濕度大的地區(qū)，應(yīng)充分考慮粘煤和設(shè)備堵塞的問(wèn)題；而在我國(guó)新疆、內(nèi)蒙等干旱地區(qū)，褐煤經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途運(yùn)輸后比較容易風(fēng)化和粉碎，在卸煤過(guò)程中極易揚(yáng)塵，應(yīng)充分考慮煤塵防治的問(wèn)題。

在雨季來(lái)煤較濕情況下，煤粒間的黏附力增大，流動(dòng)性變差，翻卸時(shí)容易引起設(shè)備粘結(jié)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致停機(jī)；為了防止堵煤，在采用翻車機(jī)或者汽車卸煤溝卸煤時(shí)，應(yīng)盡量在卸煤斗和煤溝側(cè)壁采用摩擦阻力小、不吸水的高分子塑料板或不銹鋼襯板以減小煤粉粘結(jié)，同時(shí)盡量減小煤的落差，降低轉(zhuǎn)運(yùn)高度［3］。

為了防止煤塵飛揚(yáng)，應(yīng)在卸煤斗和卸煤溝等揚(yáng)塵點(diǎn)設(shè)噴霧抑塵設(shè)施，以降低煤塵污染。圖1為噴霧噴頭抑塵的使用情況。

2.2 貯煤設(shè)施

儲(chǔ)煤場(chǎng)的容量和貯存設(shè)施，應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸方式、運(yùn)距及氣象條件、褐煤特性等因素統(tǒng)一考慮。由于褐煤屬于高揮發(fā)份煤種，基于風(fēng)損大、易自燃等原因，根據(jù)規(guī)程規(guī)定一般貯存褐煤的煤場(chǎng)不宜大于全廠10天耗煤量。而且應(yīng)設(shè)置防爆、通風(fēng)、溫度監(jiān)測(cè)和噴水降溫設(shè)施，并嚴(yán)格控制存煤時(shí)間。

圖1 卸煤系統(tǒng)噴霧抑塵設(shè)施

褐煤水分較高容易引起、粘煤現(xiàn)象，特別對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，其原煤斗內(nèi)煤粒較小，濕度大時(shí)則難以下料。已投產(chǎn)的大中小CFB鍋爐運(yùn)行情況都證實(shí)，濕煤進(jìn)入CFB鍋爐的輸送導(dǎo)致系統(tǒng)堵煤已成為嚴(yán)重制約鍋爐連續(xù)、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素［4］，防止輸煤系統(tǒng)堵煤的有效措施是設(shè)置干煤棚。

大部分電廠為了更好的實(shí)現(xiàn)翻燒以及有效控制褐煤的存放時(shí)間，在儲(chǔ)煤場(chǎng)內(nèi)均設(shè)干煤棚，干煤棚的容量滿足供機(jī)組燃用7天或者根據(jù)業(yè)主要求確定。當(dāng)來(lái)煤水分較高時(shí)，如果不采取措施會(huì)影響鍋爐燃燒熱效率。此時(shí)褐煤不宜直接送入爐膛，而是將先存入干煤棚，待已風(fēng)干后再運(yùn)輸至主廠房。

煤場(chǎng)機(jī)械一般選用懸臂式斗輪堆取料機(jī)，采用推煤機(jī)和裝載機(jī)作為輔助設(shè)備。在國(guó)外工程中，為了更好地實(shí)現(xiàn)堆、取料作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，褐煤煤場(chǎng)多采用獨(dú)立的懸臂堆料機(jī)和斗輪取料機(jī)，在來(lái)煤較濕的情況下，堆料機(jī)將煤堆卸至干煤棚內(nèi)以便于晾干水分，同時(shí)取料機(jī)把干煤棚內(nèi)存放的已經(jīng)風(fēng)干后的煤運(yùn)輸至主廠房。 為了靈活地實(shí)現(xiàn)堆料、取料方式，有些業(yè)主要求增加煤場(chǎng)旁路系統(tǒng)，即增設(shè)一條循環(huán)皮帶，將煤場(chǎng)取煤的帶式輸送機(jī)與上主廠房的帶式輸送機(jī)相連，形成一個(gè)回路。

2.3 篩碎系統(tǒng)

輸煤系統(tǒng)設(shè)置煤篩可以降低破碎機(jī)的出力，減少進(jìn)入破碎機(jī)的細(xì)煤量，但是遇到濕煤時(shí)極易造成堵煤，因此有些電廠在篩分破碎系統(tǒng)中取消篩機(jī)。

燃用褐煤的篩碎系統(tǒng)一般選用篩分性能較好的振動(dòng)篩，當(dāng)篩孔堵塞時(shí)，此煤篩能夠起到振動(dòng)給煤機(jī)的作用，以保證來(lái)煤能順暢的進(jìn)入碎煤機(jī)。

褐煤水分高容易造成碎煤機(jī)篩板孔粘煤現(xiàn)象，篩孔通流面積下降，破碎效率降低。因此碎煤機(jī)的選型一般不宜采用帶底篦的破碎機(jī)，不帶底篦的可逆雙向錘擊式碎煤機(jī)和雙齒輥式細(xì)碎破碎機(jī)比較適用［5］。

可逆錘擊式破碎機(jī)在設(shè)計(jì)上放棄了出口易導(dǎo)致堵塞的篩板，即無(wú)底篩設(shè)計(jì)，靠調(diào)整錘頭和破碎板間隙來(lái)控制粒度，能夠有效防止堵煤、粘煤。雙齒輥式破碎機(jī)通過(guò)調(diào)整齒輥的間距來(lái)控制物料粒度，不易產(chǎn)生過(guò)破碎，并且對(duì)濕煤不敏感，對(duì)滿足鍋爐燃煤粒度級(jí)配要求較為方便。可逆錘擊式破碎機(jī)和雙齒輥式破碎機(jī)分別如圖2、圖3所示。

圖2 可逆錘擊式破碎機(jī)

圖3 雙齒輥式破碎機(jī)

2.4 廠內(nèi)輸送系統(tǒng)

燃用褐煤的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中輸送帶應(yīng)采用難燃膠帶，并采取相應(yīng)的消防措施。燃用褐煤時(shí)，從貯煤設(shè)施取煤的第一條膠帶機(jī)上應(yīng)設(shè)置明火煤監(jiān)測(cè)裝置。

褐煤輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小層高和落差，落煤斗、落煤管的內(nèi)襯應(yīng)采用不燃燒材料。必要時(shí)可以增加非標(biāo)落煤管的數(shù)量；在落煤斗和導(dǎo)料槽的連接處應(yīng)做成喇叭口狀，防止積煤和堵煤。

輸煤系統(tǒng)出力除應(yīng)滿足鍋爐BMCR工況并符合碼頭卸煤工作方式外，還應(yīng)考慮保證鍋爐原煤斗容量。 由于褐煤特性原煤斗容積受限，為保證機(jī)組供煤可靠性，褐煤輸煤系統(tǒng)運(yùn)行與主機(jī)一樣按照三班制設(shè)計(jì)。

3 褐煤輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 工程簡(jiǎn)介

印尼Riau坑口燃煤電站工程，規(guī)劃容量2×300 MW，一次建成，采用CFB鍋爐。工程廠址位于印尼蘇門答臘島Jambi邦，擬燃用印尼當(dāng)?shù)睾置骸?/p>

廠址氣象條件為典型的熱帶海洋性氣候，高溫、降雨多、濕度大，平均環(huán)境溫度為27°C，年平均降水量2 500 mm，平均相對(duì)濕度為86.5%。

3.2 褐煤輸送系統(tǒng)方案

燃煤擬采用汽車運(yùn)輸至電廠，采用汽車卸煤溝作為卸煤設(shè)施，汽車卸煤溝設(shè)18個(gè)卸車位。卸煤系統(tǒng)和上煤系統(tǒng)均采用雙路帶式輸送機(jī)，輸送機(jī)參數(shù)按照帶寬1 200 mm，帶速2.5 m/s，出力1 000 t/h。帶式輸送機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足來(lái)煤直通主廠房以及通過(guò)煤場(chǎng)旁路輸送到主廠房。

由于燃用高水分褐煤，煤場(chǎng)分為露天煤場(chǎng)和干煤棚兩部分。煤場(chǎng)總?cè)萘繛闈M足兩臺(tái)機(jī)組8天耗煤量(100%容量)的運(yùn)行煤場(chǎng)加上滿足機(jī)組7天耗煤量(100%容量)的干煤棚。在儲(chǔ)煤場(chǎng)，設(shè)兩臺(tái)懸臂斗輪堆料機(jī)將分別向煤場(chǎng)堆煤，每個(gè)煤堆設(shè)一臺(tái)。 煤場(chǎng)斗輪機(jī)堆料和取料出力均為1 000 t/h。應(yīng)業(yè)主要求，在煤場(chǎng)設(shè)循環(huán)皮帶機(jī)以便于褐煤的翻燒儲(chǔ)存。

由于CFB鍋爐爐前不設(shè)磨煤機(jī)，因此入爐煤粒度均由輸煤系統(tǒng)的篩碎設(shè)備來(lái)保障。工程設(shè)計(jì)的最初階段，擬采用兩級(jí)篩分、破碎系統(tǒng)，將來(lái)煤破碎至滿足鍋爐需求的8～10 mm粒度。后經(jīng)業(yè)主澄清來(lái)煤粒度能保證在50 mm以下，且破碎機(jī)并入鍋爐島一起采購(gòu)，因此輸煤系統(tǒng)不再設(shè)置篩機(jī)和碎煤機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

燃料輸送系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的重要組成部分，它將原煤制備成滿足要求的燃燒用煤，在燃煤粒度和燃煤質(zhì)量方面滿足鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。褐煤相對(duì)于其它普通電煤，具有較高的水分、灰分和揮發(fā)份，因此容易黏結(jié)、堵煤，且容易引起粉塵，易自燃。 因此，輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮以上因素，使設(shè)計(jì)方案和設(shè)備選型適應(yīng)燃料特性，保證輸煤系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。