煤泥烘干系統(tǒng)在燃煤電廠的實(shí)踐與應(yīng)用

王永斌， 閆岳鋒

（山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司， 山西　陽泉　045200）

引言

目前我國全社會用電量中約80%來源于火力發(fā)電，水電、核電等清潔能源只占較少一部分，未來我國發(fā)電的主體依然是火力發(fā)電。調(diào)查顯示很多燃煤電廠從2008年開始面臨著較大的生產(chǎn)成本壓力，煤炭價格的上漲幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電價的上調(diào)幅度，使電廠經(jīng)營狀況由盈利逐漸轉(zhuǎn)向微利甚至虧損，很多電廠的發(fā)電積極性受挫，發(fā)電量減少，導(dǎo)致出現(xiàn)違背正常規(guī)律的電荒現(xiàn)象，不僅不利于企業(yè)的生存發(fā)展，而且給全社會正常的生產(chǎn)、生活帶來負(fù)面影響。因此，如何采取有效措施使電廠扭虧為盈已成為全社會迫切需要解決的問題，除了要逐漸改革計劃電市場煤，加強(qiáng)電網(wǎng)的有序管理、采取分段電價等措施外，降低電廠燃料成本成為燃煤電廠自救的必要途徑。根據(jù)在山西陽泉地區(qū)調(diào)查，煤泥的市場價格遠(yuǎn)低于電煤，所以很多電廠都選擇購進(jìn)大量煤泥進(jìn)行摻燒，而由于煤泥自身的特點(diǎn)，直接摻燒煤泥會對電廠設(shè)備造成損壞。本文從燃煤電廠的生產(chǎn)成本入手，提出了采用煤泥烘干系統(tǒng)加工煤泥后與電煤進(jìn)行摻燒來降低生產(chǎn)成本的方法[1]。

1　煤泥簡介

煤泥是煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的包含煤粉、灰分、水分、礦物質(zhì)等成分的一種廢棄物，其具有發(fā)熱量較低、水分高、黏性大等特點(diǎn)，使得它的存放、運(yùn)輸和使用都比較困難，這樣的煤泥晾曬幾個月，表面似已干燥，內(nèi)部含水率幾乎不降，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，曾長期被電力用戶棄用。尤其是煤泥露天堆放時極易發(fā)生煤泥流失分化進(jìn)入空氣和河流，造成環(huán)境污染，同時煤泥中含有的煤粉成分隨之流失，煤泥的處理也成為煤礦企業(yè)的棘手問題，所以煤礦企業(yè)出售煤泥的價格要遠(yuǎn)低于電煤價格。對于燃煤電廠而言，直接使用煤泥會造成鍋爐制粉系統(tǒng)堵煤及斷煤事故，破壞電廠發(fā)電設(shè)備，易造成堵煤影響電廠的安全生產(chǎn)。但由于煤炭價格的上漲，燃煤電廠被迫選擇價格較低的煤泥進(jìn)行摻燒，如何合理利用煤泥則成為燃煤電廠首要考慮的問題。

2　煤泥烘干系統(tǒng)的工作流程和主要設(shè)備

煤泥烘干系統(tǒng)是采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)專門針對有效處理煤泥制作而成。一臺整機(jī)容量在290 kW，出力能力在45 t/h的煤泥烘干系統(tǒng)的工作流程是：沸騰爐燃燒產(chǎn)生溫度高達(dá)600～700℃的高溫?zé)煔?，由鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)配合使高溫?zé)煔鈴幕剞D(zhuǎn)滾筒中穿過，此時裝載機(jī)將高水分（ω（H2O）20%～25%）的煤泥放進(jìn)煤泥打散機(jī)，打散后的煤泥由上料皮帶輸送至回轉(zhuǎn)主滾筒，隨著主滾筒的不停旋轉(zhuǎn)通過高溫?zé)煔鈱衩耗嗪娓沙傻退郑é兀℉2O）12%～14%）的粉狀煤，粉狀煤由出料皮帶輸送至煤場。然后通過燃煤電廠的輸煤設(shè)備將烘干后的粉狀煤和電煤按一定比例混合輸送至制粉系統(tǒng)，進(jìn)入鍋爐燃燒[2]。

圖1　煤泥烘干系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

煤泥烘干系統(tǒng)主要包括高溫沸騰爐、煤泥打散機(jī)、上料皮帶、回轉(zhuǎn)主滾筒、出料皮帶、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)除塵器和袋式除塵器等設(shè)備（如上頁圖1）。

2.1　回轉(zhuǎn)主滾筒

回轉(zhuǎn)主滾筒也稱為滾筒干燥機(jī)，是整個烘干系統(tǒng)生產(chǎn)線的核心部分。該設(shè)備由機(jī)體、托輪裝置、擋托輪裝置、密封裝置、傳動裝置等組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，筒體前后滾圈支承在托輪裝置及擋托輪裝置上。擋托輪裝置上的一對擋輪可防止筒體上下串動。傳動裝置通過筒體上的大齒圈帶動筒體旋轉(zhuǎn)。筒體兩端設(shè)有密封裝置，防止冷空氣進(jìn)入筒體和防止燃燒室、筒體、排料箱的煙氣、塵埃溢出。濕物料從入料端直接落入給料箱，并由螺旋導(dǎo)料裝置將物料導(dǎo)入干燥機(jī)，經(jīng)活動翼板和帶清掃裝置的弧形揚(yáng)料板等的作用；再由于機(jī)體的傾斜和回轉(zhuǎn)，將物料不斷的拋撒并做縱向運(yùn)動。同時與進(jìn)入筒體的高溫介質(zhì)進(jìn)行質(zhì)熱交換，使水分得以蒸發(fā)，物料得以干燥[3-4]。

該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是能將粘結(jié)成大塊的煤泥打碎，再經(jīng)帶清掃裝置的圓弧形篦條揚(yáng)料板，增大物料和熱介質(zhì)的接觸面積，并能清掃掉粘結(jié)在揚(yáng)料板內(nèi)外的粘結(jié)物，獲得符合要求的粒度、水分的煤質(zhì)。

圖2　回轉(zhuǎn)主滾筒結(jié)構(gòu)圖

滾筒干燥機(jī)工作流程如下。

首先，將具有高濕、高粘結(jié)性的煤泥放進(jìn)煤泥打散設(shè)備，經(jīng)過打散的塊狀煤泥由帶式上料機(jī)輸送進(jìn)入呈負(fù)壓的回轉(zhuǎn)滾筒后分為以下幾個工作區(qū)。

1）導(dǎo)料區(qū)：濕煤泥進(jìn)入此區(qū)與高溫負(fù)壓熱風(fēng)接觸后被迅速蒸發(fā)出大量水分，煤泥在大導(dǎo)角的抄板抄動下，形不成粘結(jié)便被導(dǎo)入下一個工作區(qū)。

2）清理區(qū)：濕煤泥在此區(qū)被抄板抄起形成料幕狀態(tài)，物料落下時易形成粘結(jié)滾筒壁現(xiàn)象，在此區(qū)由于設(shè)備設(shè)計有清掃裝置，清掃裝置可以快速清理掉粘結(jié)筒壁的煤泥，在這個過程中，清掃裝置對于煤泥團(tuán)球結(jié)塊也起破碎作用，從而增加了熱交換面積，提高傳熱傳質(zhì)的效率，提高了干燥速率。

3）傾斜揚(yáng)料板區(qū)：此區(qū)是低溫干燥區(qū)，煤泥在此區(qū)已呈低水分松散狀態(tài)，此區(qū)已不具有粘結(jié)現(xiàn)象，經(jīng)過熱交換后成品達(dá)到所要求的水分要求，運(yùn)動進(jìn)入最后的出料區(qū)。

4）出料區(qū)：干燥主機(jī)滾筒在此區(qū)不設(shè)抄板，物料在此區(qū)滾動滑行至排料口，完成整個干燥過程。

為了達(dá)到最佳的烘干效果和環(huán)保的要求，烘干系統(tǒng)中其他主要設(shè)備的選型也是至關(guān)重要的。以下主要對烘干系統(tǒng)中熱源和除塵設(shè)備作簡單分析。

2.2　高溫沸騰爐

高溫沸騰爐是煤泥烘干系統(tǒng)的重要熱源，它能以劣質(zhì)煤取代優(yōu)質(zhì)煤進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔鈦砗娓擅耗?。其結(jié)構(gòu)如圖3，設(shè)備包括：沸騰爐、沸騰爐基礎(chǔ)、圓盤喂料機(jī)、斗提機(jī)、原煤倉、粉碎機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等。該爐具有燃燒速度快，供熱效率高，環(huán)境無污染的顯著特點(diǎn)，具有較高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

高溫沸騰爐的主要技術(shù)特點(diǎn)是：等壓風(fēng)室，兩段燃燒，采用U型燃燒段可分離和收集未燃盡的細(xì)小碳粒，又可延長其燃燼時間；采用大節(jié)距變孔徑風(fēng)帽的布風(fēng)裝置，有良好的硫化質(zhì)量和燃燒工藝，減少邊壁效應(yīng)帶來的布風(fēng)不均勻的影響；采用大過量空氣系數(shù)，加強(qiáng)爐內(nèi)空氣攪動，強(qiáng)化燃燒，使煤在爐內(nèi)燃燒充分，溫度均勻，控制方便；采用合理的懸浮段結(jié)構(gòu)，煙氣流速較低，細(xì)灰?guī)ё吡啃?，供熱煙氣最高溫度可達(dá)1 050℃，煤粒燃燼95%以上。

圖3　高溫沸騰爐

2.3　兩級除塵系統(tǒng)

煤泥烘干機(jī)烘干煤泥后產(chǎn)生的粉塵較大，含塵濃度高、水分大、易結(jié)露、而且廢氣污染范圍廣，所以在選擇除塵設(shè)備時需進(jìn)行環(huán)保層面考量，某廠利用兩級除塵系統(tǒng)進(jìn)行除塵。

GXC型高效旋風(fēng)除塵器是除塵系統(tǒng)的一級除塵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如下頁圖4，用在煤泥干燥系統(tǒng)中分離煤粉，凈化干燥廢氣的一種新型高效旋風(fēng)除塵裝置，主要針對煤炭干燥脫水，凈化煙氣，回收煤粉，保護(hù)環(huán)境而設(shè)計的，它具有除塵效率高，阻力低，性能穩(wěn)定，無傳動部件，使用方便，占地面積小等特點(diǎn)。

JQM系列氣箱脈沖袋式除塵器是整個除塵系統(tǒng)的二級除塵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖5，該設(shè)備整合了分室反吹和噴吹脈沖袋式除塵器的特點(diǎn)，克服了分室反吹的清灰動能不足，噴吹脈沖的清灰與過濾同時進(jìn)行的缺陷，收塵效率可達(dá)99.9%以上，凈化后氣體的含塵質(zhì)量濃度小于50 mg/m3，擴(kuò)大了袋式除塵設(shè)備的應(yīng)用范圍，能夠適應(yīng)高濃度除塵，采用離線清灰技術(shù)進(jìn)行分室反吹脈沖清灰，既避免了在線式清灰產(chǎn)生的粉塵二次飛揚(yáng)再吸附現(xiàn)象，又不影響設(shè)備運(yùn)行工況的正常連續(xù)運(yùn)行，提高了清灰效果，延長了濾袋使用壽命；設(shè)備采用氣箱式結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備的局部阻損；采用雙膜片結(jié)構(gòu)電磁脈沖閥，具有控制靈敏，效率高，壽命長等特點(diǎn)。

圖4　GXC型高效旋風(fēng)除塵器

圖5　JQM系列氣箱脈沖袋式除塵器

經(jīng)過煤泥烘干系統(tǒng)處理的煤泥大大減少了鍋爐及上煤系統(tǒng)斷煤及堵煤現(xiàn)象，可以安全無隱患地運(yùn)用于火力發(fā)電廠，確保了機(jī)組安全運(yùn)行。

3　煤泥烘干系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

煤泥干燥系統(tǒng)主要有低壓配電裝置、PLC控制裝置和儀表裝置三部分組成一個完整控制體系。

3.1　低壓配電裝置

包括低壓柜、PLC柜、變頻器柜、啟動柜，集成煤泥干燥系統(tǒng)內(nèi)所有電機(jī)的主回路和二次控制回路。操作臺裝有工控機(jī)及UPS電源，便于操作，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、就地進(jìn)行切換的功能。

3.2　PLC控制裝置

PLC控制部分主要由PLC控制模塊和工控機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備集中聯(lián)鎖啟/?？刂疲瑢?shí)現(xiàn)設(shè)備的就地和遠(yuǎn)方手動操作功能，并具有溫度聯(lián)鎖自動啟動功能。工控機(jī)的動態(tài)面板顯示烘干系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)線各部件的運(yùn)行情況，同時可以監(jiān)視各變頻器輸出頻率及沸騰爐和烘干機(jī)的出口溫度。

1）在集中聯(lián)鎖狀態(tài)下，操作界面如圖6，進(jìn)入工控機(jī)動態(tài)操作面板，先設(shè)定引風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度為0，然后依次點(diǎn)擊系統(tǒng)集中、設(shè)備連鎖、溫度連鎖按鈕，最后點(diǎn)擊系統(tǒng)開車按鈕，則所有設(shè)備（即進(jìn)料皮帶、除塵攪龍、引風(fēng)機(jī)、出料皮帶、回轉(zhuǎn)滾筒、打散喂料機(jī)、上料皮帶）就會按照程序順序啟動。

圖6　集中聯(lián)鎖狀態(tài)操作界面圖

2）在溫度聯(lián)鎖狀態(tài)下，如下頁圖7，可以設(shè)定出料口的上限溫度、下限溫度，滾筒的高頻率、正常頻率、低頻率，打散喂料機(jī)的高頻率、正常頻率、低頻率，引風(fēng)機(jī)風(fēng)門的高開度、正常開度、低開度，摻風(fēng)閥的開關(guān)臨界溫度以及打散運(yùn)行時間和停止時間。通過溫度和頻率的設(shè)定，來控制煤泥烘干系統(tǒng)的出口溫度、出料質(zhì)量和產(chǎn)量。當(dāng)滾筒出口采集到的實(shí)際溫度大于摻風(fēng)閥的開關(guān)臨界溫度，則打開摻風(fēng)閥，使?jié)L筒出口溫度降低，以免燒壞袋式除塵器的布袋；當(dāng)出口采集到的實(shí)際溫度小于摻風(fēng)閥的開關(guān)臨界溫度，則關(guān)閉摻風(fēng)閥。當(dāng)滾筒出口采集到的實(shí)際溫度小于出料口設(shè)定的下限溫度，為保證出料質(zhì)量，滾筒執(zhí)行低頻率，喂料機(jī)執(zhí)行下限頻率，引風(fēng)機(jī)風(fēng)門執(zhí)行低開度值，此時產(chǎn)量逐步降低；滾筒出口采集到的實(shí)際溫度大于出料口下限溫度并且小于出料口上限溫度，則滾筒執(zhí)行正常頻率，打散喂料機(jī)執(zhí)行正常頻率，引風(fēng)機(jī)風(fēng)門執(zhí)行正常開度，此時產(chǎn)量正常。當(dāng)滾筒出口采集到的實(shí)際溫度小于出料口上限溫度，則滾筒執(zhí)行高頻率，打散喂料機(jī)執(zhí)行上限頻率，此時產(chǎn)量逐步升高。打散喂料機(jī)的運(yùn)行條件可根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)定其運(yùn)行時間和停止時間[4]。

3.3　儀表裝置

主滾筒的出口和入口都裝有溫度測量儀，溫度通過儀表裝置在就地顯示，并通過串口傳輸?shù)焦た貦C(jī)上顯示。鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的風(fēng)門由電磁閥門控制，風(fēng)門的開度可以在就地儀表裝置查看和控制，可以在工控機(jī)上進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4　引進(jìn)煤泥烘干系統(tǒng)對電廠經(jīng)濟(jì)效益的影響分析

4.1　摻燒煤泥前各項參數(shù)對比

某電廠進(jìn)行摻燒煤泥試驗(yàn)，摻燒比例7%，試驗(yàn)在鍋爐負(fù)荷為：300 MW、270 MW、240 MW、200 MW條件下進(jìn)行。分別記錄入爐煤量、廠用電率、主蒸汽流量、過熱器減溫水流量、主蒸汽和再熱蒸汽溫度、金屬壁溫、爐膛負(fù)壓等；進(jìn)行飛灰、灰渣取樣，測試空氣預(yù)熱器前后煙溫、氧量，計算得到鍋爐熱效率。在試驗(yàn)過程中，在給煤機(jī)處進(jìn)行入爐原煤取樣。在磨煤機(jī)出口進(jìn)行煤粉等速取樣，并進(jìn)行煤粉細(xì)度與均勻性參數(shù)測試。

圖7　溫度聯(lián)鎖狀態(tài)詳細(xì)參數(shù)

綜合各負(fù)荷工況下，按摻燒比例為7%煤泥試驗(yàn)結(jié)果及鍋爐效率反平衡計算結(jié)果可知，如表1和表2所示，摻燒煤泥后，飛灰含碳量、排煙溫度、固體不完全燃燒熱損失、散熱損失、灰渣物理熱損失等不同幅度升高，鍋爐熱效率是降低的，發(fā)電煤耗有所增加，在3～8 g/kWh范圍內(nèi)波動。

表1　機(jī)組負(fù)荷不同摻燒煤泥前對應(yīng)的鍋爐熱效率測試結(jié)果

4.2　產(chǎn)量及成本概況

1）產(chǎn)量：一套整機(jī)容量在300 kW、生產(chǎn)能力為40 t/h的煤泥烘干系統(tǒng)，每天24 h不間斷運(yùn)行，按每月實(shí)際運(yùn)行天數(shù)25天計算，則月烘干煤泥24 000 t。

2）熱源成本：根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)表明，煤泥烘干系統(tǒng)每小時所消耗的原煤為0.8 t，每月消耗原煤480 t，按照市場電煤價格530元/t計算，則每月熱源成本為25.44萬元。

3）用電成本：根據(jù)實(shí)際測算，煤泥烘干系統(tǒng)每月耗電量為7萬度，按照工業(yè)電價0.57元計算，則每月用電成本為3.99萬元。

表2　機(jī)組負(fù)荷不同摻燒煤泥對應(yīng)的鍋爐熱效率和煤耗增量

4）其他成本費(fèi)用（包括人工費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、運(yùn)費(fèi)）約每噸16元。

則單位烘干成本為（254 400+39 900）÷24 000+16=28.26 元 /t。

4.3　經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)調(diào)查目前山西陽泉地區(qū)燃煤電廠燃煤市場行情，發(fā)熱量在5 100 kcal/kg、全水10%的電煤價格大約為530元/t；發(fā)熱量在4 000 kcal/kg、全水25%的煤泥價格大約為380元/t。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，烘干后的煤泥水分約15%，熱值約4 700 kcal。按水分丟失計算，除去烘干10%的水分后，煤泥的價格為380/0.9=422.2。

按熱值差計算，煤泥與電煤的差價為（530÷5100）×（5 100-4 700）=41.5元。

按照燃煤電廠摻燒煤泥7%左右的實(shí)際情況，加權(quán)平均后會提高供電煤耗約5 g/kWh，折合為煤價升高約20元/t。

由此可見，烘干后的煤泥與電煤的差價為：530-422.2-28.26-41.5-20=18.04 元 /t。

以月烘干煤泥24 000 t計算，月節(jié)約成本43.3萬元，年節(jié)約成本519.6萬元左右。

燃煤電廠可根據(jù)自身機(jī)組規(guī)模和生產(chǎn)需要，引進(jìn)符合本企業(yè)生產(chǎn)狀況的煤泥烘干系統(tǒng)，將烘干后的煤泥按照一定的比例進(jìn)行摻燒，不僅解決了燃煤電廠購買電煤難的問題，而且每年為企業(yè)增加的利潤也是很可觀的，尤其對于處在虧損狀態(tài)的燃煤電廠，是扭虧為盈的重要途徑之一。

5　結(jié)語

分析表明，燃煤電廠引進(jìn)煤泥烘干系統(tǒng)摻燒煤泥，不僅可以解決煤泥存放造成的各種環(huán)境問題，產(chǎn)生生態(tài)效益，而且可降低企業(yè)生產(chǎn)成本，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，有效改善火力發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)效益和運(yùn)營狀況，從而為全社會生產(chǎn)、生活用電提供有力保障。因此，在我國建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、循環(huán)經(jīng)濟(jì)社會的大背景下，燃煤電廠引進(jìn)煤泥烘干系統(tǒng)摻燒煤泥具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]王明權(quán).煤泥烘干機(jī)的設(shè)計與應(yīng)用[J].山西建材，2000（4）：22-24.

[2]郭斌.煤泥專用烘干機(jī)的相應(yīng)技術(shù)[J].中國建材，2010（8）：1-2.

[3]華新，左玉輝.中國電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2007（8）：165-168.

[4]伍靈玲.電力行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展探討[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2009（4）：118.