循環(huán)流化床鍋爐煤泥輸送和摻燒的應用與分析

張建忠

（山西西山熱電有限責任公司，山西 太原 030022）

0 引言

煤泥是煤炭洗選過程中產生的副產品，長期以為，綜合利用率低，長期堆放造成環(huán)境污染。由于國家鼓勵對煤泥實施綜合利用，所以，從節(jié)能和降低成本考慮，綜合利用電廠必須最大限度地利用煤泥代替原煤發(fā)電，從而實現(xiàn)企業(yè)利潤的最大化。

循環(huán)流化床鍋爐的特點是燃料適應性廣，燃燒效率高、氮氧化物排放低、綜合利用效果好，尤其是能摻燒高灰分、高水分、低熱值、低灰熔點的劣質燃料，如煤矸石、洗中煤和煤泥等。而對于煤泥，由于其發(fā)熱量高而價格低，大量摻燒煤泥可降低發(fā)電成本，降低受熱面磨損，延長鍋爐連續(xù)運行時間，提高鍋爐運行可靠性[1]。

為解決選煤廠煤泥的利用問題和實現(xiàn)熱電廠的利潤最大化，某熱電廠煤泥輸送系統(tǒng)在2009年9月開始建設，2010年9月投產。

1 某熱電廠煤泥系統(tǒng)說明

1.1 煤泥來源

該熱電廠屬于坑口電廠，在距電廠2 km外有2座選煤廠，煤泥供應穩(wěn)定，選煤廠年產煤泥15～20萬t，其熱值為14 644 kJ/kg，水份為24～26%，全部供應熱電廠。

1.2 煤泥系統(tǒng)設計規(guī)模和配置

某熱電廠裝機規(guī)模為3×50 MW汽輪發(fā)電機組，配3×240 t/h循環(huán)流化床鍋爐，煤泥系統(tǒng)按煤泥摻燒比例30%計算，年摻燒煤泥20萬t。

煤泥系統(tǒng)配置為：在每臺鍋爐頂部設2個給料點，配置2條管路，2臺獨立的膏體泵，共3個儲料倉配6臺膏體泵，采用輪式裝載機裝料，刮板輸送機布料方式。煤泥系統(tǒng)的關健設備膏體泵選型為NBS20/18，額定泵送量20 m3/h，電機功率132 kW，系統(tǒng)壓力31.5 MPa，出口壓力18 MPa，主缸油泵最高壓力40 MPa，能夠滿足生產運行要求。

液壓原理：膏體泵的推送和切換的動力由液壓動力產生，液壓由動力包內電機帶動主泵產生。主泵是斜盤式雙向變量軸向柱塞泵，電機帶動缸體和缸體內柱塞旋轉，斜盤不動并有一定角度，柱塞頭貼住斜盤旋轉時產生往復運動，產生吸油和壓油，調節(jié)斜盤的角度可改變輸出油量，以此來調節(jié)煤泥量的大小[2]。液壓動力包由3個子系統(tǒng)組成：主泵送液壓系統(tǒng)、補油及控制油路系統(tǒng)、S管閥擺動液壓系統(tǒng)，分別由主泵、補油泵、擺缸泵提供液壓油。

1.3 煤泥生產流程和控制

煤泥生產輸送系統(tǒng)分為兩大部分。

第一部分為制漿系統(tǒng)，即將拉運來的含水率為25%左右煤泥加水攪拌制成含水率為35%左右的煤泥漿，流程為：煤泥棚（裝載機上料）—上料刮板機—分配刮板機—制漿機、渣漿分離機—儲料倉。

第二部分為煤泥輸送系統(tǒng)，即將儲料倉內煤泥漿用膏體泵通過管道輸送至鍋爐頂部入料口，流程為：儲料倉內煤泥漿進入正壓給料機—膏體泵—輸送管道—鍋爐爐頂給料閥—進入鍋爐。

煤泥輸送系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller）程序控制，能實現(xiàn)現(xiàn)場、遠程、獨立和集中的控制方式。煤泥控制室和鍋爐主控室均有上位機，司爐可根據鍋爐的燃燒調整的需要調整煤泥流量，煤泥流量的變化反應到煤泥系統(tǒng)中正壓給料機的轉速和膏體泵的切換速度的變化，流量連續(xù)可調范圍為25%～100%。

2 煤泥系統(tǒng)的生產運行問題和解決

由于該熱電廠是初次使用煤泥系統(tǒng)，設備配置還需完善，運行經驗也欠缺，在運行中暴露出很多問題，如：刮板機堵塞、煤泥制漿速度慢等。針對問題不斷進行技術改進，逐步完善了生產工藝，使煤泥系統(tǒng)運行基本正常，保證了對鍋爐的煤泥供應。

2.1 制漿速度慢

問題：從2010年投產以來，生產量不大，制泥速度慢是主要因素。分析原因：第一，水量不夠，噴水孔易堵，配水攪拌不均，只能單臺制漿機制泥；第二，掌握不好進煤泥量，易發(fā)生溜槽堵泥；第三，刮板機間斷運行，起停次數(shù)較多，對電機安全運行不利。

解決辦法：第一，對制泥用水管路系統(tǒng)技改，由單供水管改為雙供水管，并在易于人員操作位置增加一個快開型閥門和壓力表，方便觀察水量和便于水量控制，同時將制漿機內水管噴水孔直徑由6 mm增加至8 mm，將每根水管上增加3個出水孔；第二，在上料刮板機頭、機尾增加噴水管，增加煤泥與溜槽的光滑度，并以此初步增加煤泥的含水率，使煤泥更易于在制漿機內攪拌均勻；第三，改變煤泥制漿環(huán)節(jié)的運行方式，由刮板機間斷運行變?yōu)檫B續(xù)運行，3臺膏漿制備機同時運行，裝載機間斷上料，根據制漿情況，合理的上料間隔時間為2～3 min，并監(jiān)視好制漿機電流變化。

效果：經過不斷實踐，形成了由裝載機上料、制漿人員控制水量和控制室監(jiān)盤人員監(jiān)視指揮三者的密切配合，逐漸提高了制漿速度，生產量由20 t/h增加到40 t/h，生產量明顯提高，基本解決了鍋爐用煤泥量和煤泥生產量的供需矛盾。

2.2 刮板機運行速度快

問題：按原設計，煤泥上料刮板機和分配刮板機減速機傳動比為i=40，在實際生產中存在刮板機運行速度過快，與煤泥上料量不匹配，進入3臺制漿機內的煤泥量不均勻，造成制漿機內煤泥攪拌不均勻，稀稠不好控制，并且使刮板機磨損速度增加，如刮板機在運行中卡上硬物，造成瞬間拉力大而損壞設備，也有一定的安全隱患。分析原因主要是刮板機運行速度快，所以需將上料和分配刮板機運行速度降低。

解決辦法：通過技術改造，將原傳動比為i=40的減速機更換傳動比為i=80的減速機，舊減速機可以作為檢修備用，以此解決了刮板機的運行速度快的問題。刮板機長度為30 m和70 m，控制箱安裝在機頭位置，在運行中發(fā)生故障后不能急停刮板機，易造成設備事故，所以在刮板機尾部安裝急停開關，在刮板機中部安裝事故拉線開關，以此解決了刮板機在故障突發(fā)時能急停設備，降低設備事故率。

效果：煤泥上料匹配度好轉，溜槽堵泥現(xiàn)象減少。刮板磨損和運行噪音減小，刮板機故障率降低，鏈條拉斷現(xiàn)象減少。關鍵是解決了煤泥漿稠稀不好控制的問題，因泥漿稠造成煤泥泵壓力高的現(xiàn)象少了。

2.3 膏體泵接近開關故障多

問題：運行中，安裝在主液壓缸和輸送缸之間的感應套與洗滌室上蓋的電感式接近開關感應易失靈，通過PLC不能發(fā)出電信號，使電液比例閥不能控制液動換向閥換向，導致膏體泵不能工作。這種問題頻繁出現(xiàn)，多的情況一月?lián)Q十幾個接近開關，嚴重影響膏體泵正常運行。分析原因：一是由于接近開關防水效果不好，進水后造成短路；二是由于接近開關安裝不牢固，運行中接近開關移位，接近開關與感應套之間的距離過大，接近開關感應不到感應套而造成不能及時切換料缸。

解決辦法：第一，更換好質量的防水接近開關；第二，洗滌室水位不宜過高，并在洗滌室側面裝溢流管閥控制水位；第三，將接近開關安裝固定牢靠，調整好感應間距不能大于10 mm，并定期清理接近開關感應頭上的污泥。

效果：接近開關感應故障問題好轉，更換次數(shù)和數(shù)量明顯減少。據統(tǒng)計，從2012年8月到2013年10月期間，2號、6號泵一個月更換接近開頭6～8個，技改后，從2013年11月到2014年3月期間，三個月未更換接近開關。因接近開關故障而停泵的時間和次數(shù)減少了，有利于鍋爐摻燒煤泥量的增加和煤泥泵運行的平穩(wěn)性、延長壽命。

3 煤泥系統(tǒng)在生產、設計、設備上的注意事項

從生產中得到總結，煤泥系統(tǒng)在生產運行、設計中，關健需要注意以下幾點。

a）從選煤廠出來的煤泥要保證清潔度，不能有石頭、鐵件等雜物，否則易造成S擺閥切割環(huán)和眼鏡板損壞。

b）煤泥制漿過程中用水量大并要連續(xù)供水，可以有效利用廢水。

c）膏體泵切換時接近開關感應靈敏度要高，膏體泵流量能隨時調整，壓力最好保持在16 MPa以下，輸送距離越遠，產生壓力越大，設計時盡量縮短輸送距離。

d）煤泥輸送管道不能直埋。在冬季寒冷的北方，最好能有管道伴熱。

e）膏體泵切換時接近天關感應靈敏度要高，防水性要好，否則故障率高。

f）動力包液壓系統(tǒng)油質定期檢查、定期過濾，油質惡化要及時更換，否則易造成主泵內液壓元件損壞。

4 煤泥摻燒對鍋爐的影響

煤泥摻燒其響應鍋爐負荷變化速度比通過調節(jié)給煤機給煤量的響應速度稍快，尤其是在煤質較差出渣量大時，加大煤泥量對鍋爐燃燒尤顯得重要。

煤泥入爐熱值12 552 kJ/kg左右，煤泥發(fā)熱量高于煤矸石，灰分低，燃燒產物的總灰量比單燒煤矸石大為減少，全廠灰渣排放總量顯著減少，減輕了冷渣系統(tǒng)的運行壓力。煤泥通過膏體泵擠壓至鍋爐爐膛頂部，塊狀煤泥從上到下落下受熱燃燒發(fā)生熱爆裂[3]，產生的灰粒度小，分離器對灰粒的捕捉量小，造成了電除塵灰量大，所以提高煤泥摻燒量時要考慮除灰和輸灰的能力大小。

煤泥的有效摻燒使循環(huán)流化床鍋爐最為突出的磨損問題隨之減輕，提高了鍋爐的運行可靠性和使用壽命，相應節(jié)省了大量的檢修維護費用。

5 結束語

隨著煤泥輸送系統(tǒng)不斷改進，煤泥系統(tǒng)運行趨于穩(wěn)定，設備故障率明顯減少，也給鍋爐長周期運行提供了有利條件。

表1是歷年某熱電廠鍋爐用煤量、煤泥量情況對比。通過比較可見，從2011年到2013年，該熱電廠摻燒煤泥的比例有很大提高，大大減少了原煤的燃燒量，同時也增加了煤矸石的摻燒量，這對一個綜合利用電廠來說具有重要意義。由于原煤的價格遠高于煤泥的價格，因此熱電廠的用煤成本大大降低，有利于熱電廠的增產增效，同時也給社會帶來了一定的社會效益，減輕了煤泥堆放帶來的負面影響，減少了煙塵和硫化物排放量，減輕了大氣污染。

表1 歷年爐前用煤量與摻燒煤泥量對比