電廠煤泥燃料系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

文 劉學(xué)冰 山東華聚能源股份有限公司

我國是產(chǎn)煤大國，在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭始終占到70%以上,煤炭入洗率逐年大幅度提高。洗煤泥是煤礦選煤廠的副產(chǎn)品，是一種高濃度、高粘度的粘稠物料，其表觀粘度變化較大(10～103Pa·s)，均勻混合后屬于典型的非牛頓流體，流動性小、粘結(jié)性大。經(jīng)過國家“七五”科技攻關(guān)，在兗礦興隆莊熱電廠實(shí)現(xiàn)煤泥直接入爐燃燒。目前煤泥流化床鍋爐已日趨成熟，煤泥制備、輸送、給料也發(fā)展為柱塞泵送系統(tǒng)。

在煤泥資源綜合利用系統(tǒng)中，煤泥生產(chǎn)和使用是分別屬于洗煤廠和電廠兩個單位的相對獨(dú)立的部分，在裝備特點(diǎn)、運(yùn)行參數(shù)、控制指標(biāo)、生產(chǎn)接續(xù)等方面存在偏差。生產(chǎn)方和使用方的割裂和難以銜接，造成系統(tǒng)工藝繁雜、能耗較高等問題，給電廠生產(chǎn)帶來諸多不利影響。因此，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化研究十分必要。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 典型系統(tǒng)

目前國內(nèi)各煤泥資源綜合利用電廠典型的煤泥生產(chǎn)、儲存、制備、輸送、給料工藝系統(tǒng)流程如圖1。

圖1 典型的煤泥處理工藝系統(tǒng)流程

煤礦選煤廠的煤泥濃縮池將洗煤廠加入絮凝劑的煤泥水沉淀，濃縮池底流煤泥水濃度約250～350g/l。經(jīng)渣漿泵送至壓濾車間，在壓濾倉存儲攪拌后，由泵送至壓濾機(jī)內(nèi)，煤泥水經(jīng)壓濾機(jī)壓濾后，形成水分為23%～28%的煤泥餅，卸料后經(jīng)刮板機(jī)、皮帶機(jī)進(jìn)入電廠煤泥棚。

在電廠煤泥棚內(nèi)，裝載機(jī)將存儲的煤泥送至刮板機(jī)，經(jīng)給料機(jī)進(jìn)入皮帶輸送機(jī)、經(jīng)刮板機(jī)，進(jìn)入煤泥柱塞泵系統(tǒng)：勻料機(jī)、振動篩、中儲倉、煤泥泵，通過管道送入鍋爐燃燒。

1.2 存在問題

現(xiàn)有煤泥制備系統(tǒng)存在諸多不合理之處,如輸送環(huán)節(jié)復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用高等。其主要存在以下問題：

①不利于電廠穩(wěn)定運(yùn)行：敞開式系統(tǒng)，煤泥棚儲存、皮帶輸送等環(huán)節(jié)易混入雜物，不僅損壞運(yùn)輸設(shè)備，而且影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。②環(huán)節(jié)復(fù)雜、易出故障、電耗高、運(yùn)行成本高。③煤泥生產(chǎn)與使用割裂，選煤廠消耗大量電能將煤泥水份壓濾到25%左右，煤泥在轉(zhuǎn)運(yùn)、儲存過程中易失水結(jié)團(tuán)，并易混入雜物。為改善可泵性，電廠處理時需要進(jìn)行加水至30%左右，且需攪拌、除雜、搓和等復(fù)雜程序，消耗大量電能。④煤泥失水結(jié)團(tuán)后，雖然消耗大量電力加水?dāng)嚢?、搓和，仍然難以達(dá)到均質(zhì)，不易流動，可泵性較差。⑤基建費(fèi)用高、占地面積大。⑥環(huán)境污染較嚴(yán)重。⑦從洗煤廠煤泥壓濾到電廠煤泥燃料制備、上料等多環(huán)節(jié)為斷續(xù)生產(chǎn)，無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。

2 優(yōu)化研究

國內(nèi)的煤泥管道輸送系統(tǒng)，把煤泥預(yù)處理后輸送，以降低管道輸送阻力。煤泥預(yù)處理工藝一般為：選煤廠壓濾車間生產(chǎn)出含水量25%左右的煤泥，到電廠后再加適量的水進(jìn)行攪拌、搓和等預(yù)處理工序，制成含水量30%左右的煤泥。儲存、輸送、攪拌預(yù)處理的工作量大，電能消耗也大。所以把煤泥生產(chǎn)和煤泥發(fā)電燃料制備作為一個整體系統(tǒng)來看：煤泥壓濾成餅后再加水?dāng)嚢杼幚淼倪^程顯得繁瑣、不協(xié)調(diào)，利用臥螺離心式脫水機(jī)對濃縮池的底流進(jìn)行脫水，生產(chǎn)出含水量在30%左右的煤泥，直接供給電廠煤泥泵送系統(tǒng)作為鍋爐燃料，會大幅度減少系統(tǒng)工藝環(huán)節(jié)，降低生產(chǎn)成本。

2.1 方案說明

山東華聚能源股份有限公司鮑店電廠煤泥生產(chǎn)、制備、輸送、使用系統(tǒng)改造方案見圖2。

該工藝流程一方面利用現(xiàn)有系統(tǒng)：煤泥水壓濾后產(chǎn)生的煤泥經(jīng)煤泥棚、皮帶機(jī)、刮板機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至勻料機(jī)、振動篩、中儲倉，通過煤泥泵、管道輸送至鍋爐，組成“煤泥壓濾-管道輸送系統(tǒng)”，作為備用系統(tǒng)；另一方面，洗煤廠濃縮池底流煤泥漿輸送到煤泥泵房，經(jīng)臥螺離心機(jī)脫水后，直接進(jìn)入中儲倉，組成“煤泥濃縮-管道輸送系統(tǒng)”。

2.2 主要研究內(nèi)容

2.2.1 系統(tǒng)研究

①采用緩沖池，控制煤泥漿含固量。②采用給料泵及自動控制裝置，穩(wěn)定煤泥漿的壓力、流量。③煤泥漿脫出水自流回洗煤廠濃縮池，閉路循環(huán)技術(shù)研究。④系統(tǒng)采用DCS控制，并與原有鍋爐煤泥泵送給料系統(tǒng)銜接，實(shí)現(xiàn)自動控制。⑤設(shè)計(jì)配套設(shè)備、管系、電氣、監(jiān)測、控制等系統(tǒng)。⑥優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、指標(biāo)。

2.2.2 煤泥系統(tǒng)專用臥螺離心機(jī)設(shè)備研發(fā)

①對煤泥水取樣、分析，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小型離心試驗(yàn)。②利用專用臥螺離心試驗(yàn)設(shè)備（移動試驗(yàn)車），在鮑店煤礦洗煤廠進(jìn)行煤泥水脫水中試。③對中試數(shù)據(jù)分析、整理，研究、設(shè)計(jì)離心脫水機(jī)樣機(jī)④樣機(jī)制造、檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、測試。⑤離心機(jī)設(shè)備安裝、調(diào)試。⑥針對樣機(jī)試運(yùn)行參數(shù)、指標(biāo)及存在問題，進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)、完善。

3 研究取得的主要技術(shù)成果及技術(shù)創(chuàng)新

3.1 主要技術(shù)成果

①將煤礦選煤廠煤泥水濃縮池底流通過臥螺離心機(jī)濃縮到直接可以供循環(huán)流化床鍋爐使用的燃料，產(chǎn)出的煤泥直接進(jìn)入輸送泵站中儲倉存儲，通過煤泥泵泵出，經(jīng)過管道送入鍋爐燃燒。整個過程全密封、對環(huán)境無污染。不需要專門的煤泥堆場。在單一系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)煤泥生產(chǎn)、制備、給料的連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。②通過選型設(shè)計(jì)、試驗(yàn)研究，不斷改進(jìn)優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，研發(fā)出煤泥電廠燃料生產(chǎn)、制備環(huán)節(jié)中關(guān)鍵的專用設(shè)備。③洗煤廠濃縮池底流煤泥漿液經(jīng)給料泵送至臥螺離心機(jī)脫水濃縮成煤泥，臥式離心機(jī)脫出的水依靠高差勢能自流到洗煤廠濃縮池，形成閉路循環(huán)。④煤泥漿液緩沖池底部布置環(huán)狀噴嘴，利用給料泵回流循環(huán)進(jìn)行激勵，動態(tài)解決了煤泥沉積問題。⑤將臥螺離心機(jī)程控與給料泵、反沖洗閥、緩沖池進(jìn)料閥等輔助設(shè)備控制有機(jī)結(jié)合，形成了完整、協(xié)調(diào)、統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。⑥反沖洗水的應(yīng)用，防止了給料泵啟停時入口管的堵塞。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新

①將洗煤廠煤泥生產(chǎn)系統(tǒng)與電廠煤泥燃料制備、輸送、給料系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，形成單一系統(tǒng)，減少了煤泥的中間儲存、制備等復(fù)雜環(huán)節(jié)；且根據(jù)柱塞泵及鍋爐燃燒需要調(diào)制煤泥水份。②洗煤廠煤泥濃縮池底流至煤泥進(jìn)入鍋爐燃燒，形成整體單一系統(tǒng)，按照鍋爐運(yùn)行的需求動態(tài)調(diào)整煤泥生產(chǎn)量。

4 應(yīng)用情況

設(shè)備、系統(tǒng)調(diào)試完成后，2012年投入以來系統(tǒng)、設(shè)備正常、穩(wěn)定運(yùn)行。煤泥脫水系統(tǒng)調(diào)試和試運(yùn)行表明：

①臥式螺旋離心機(jī)作為關(guān)鍵設(shè)備用于處理選煤廠煤泥水，直接生產(chǎn)煤泥，簡化系統(tǒng)，可以替代壓濾、煤泥棚、裝載機(jī)、轉(zhuǎn)載刮板機(jī)、立式給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)（2級轉(zhuǎn)載）、刮板機(jī)、勻料機(jī)（加水?dāng)嚢瑁⒄駝雍Y等系統(tǒng)環(huán)節(jié)及相應(yīng)設(shè)備，將選煤廠煤泥漿處理與電廠煤泥燃料制備形成單一系統(tǒng)，大幅度提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。②可以實(shí)現(xiàn)煤泥漿液處理、煤泥制備、輸送、給料的封閉運(yùn)行，降低環(huán)境污染。③煤泥產(chǎn)量可以滿足鍋爐使用要求，經(jīng)測算可生產(chǎn)含水量30%左右的煤泥15.13 t/h。④經(jīng)測試，煤泥均質(zhì)，水份含量為30.15%～30.97%，滿足鍋爐使用要求。⑤煤泥漿脫水自流回洗煤廠濃縮池，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。⑥煤泥水處理與電廠煤泥燃料系統(tǒng)形成了統(tǒng)一自動監(jiān)測控制。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

山東華聚能源股份有限公司鮑店礦電廠煤泥系統(tǒng)優(yōu)化改造后，與壓濾煤泥生產(chǎn)、皮帶-勻料機(jī)預(yù)處理管道輸送系統(tǒng)相比大大簡化，兩系統(tǒng)運(yùn)行成本綜合比較情況如下：

①根據(jù)實(shí)際運(yùn)行測算，每年可節(jié)電52.56萬kWh，節(jié)省電費(fèi)33.64萬元。②節(jié)省維修費(fèi)、材料費(fèi)、水費(fèi)、裝載機(jī)燃油費(fèi)等119.75萬元/年。③人工費(fèi)（電廠部分）：原系統(tǒng)共需40人，煤泥脫水系統(tǒng)運(yùn)行人員只需14人，可節(jié)省26人，節(jié)省人工費(fèi)132.6萬元/年。

底流直接由臥螺離心機(jī)脫水生產(chǎn)煤泥進(jìn)入中儲倉，由煤泥泵直接送入鍋爐。省略了煤泥壓濾后經(jīng)皮帶轉(zhuǎn)載、振動篩選和勻料機(jī)等一系列的工作過程。運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省286萬元/年。

5.2 社會效益

①提高煤泥電廠生產(chǎn)安全穩(wěn)定性。本項(xiàng)目克服了原有系統(tǒng)中在煤泥轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)中經(jīng)常混入廢鐵、木塊、石塊等雜物，造成煤泥泵損壞、煤泥管堵塞等問題，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。②優(yōu)化完善洗煤泥的資源化利用系統(tǒng)，提高效率，節(jié)約資源，保護(hù)生產(chǎn)環(huán)境。③能夠大規(guī)模全天候地對洗煤廠產(chǎn)生的洗煤泥進(jìn)行實(shí)時處理。