煤泥輸送系統(tǒng)及其在35t／h循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用小結(jié)

白雪峰

（山西豐喜華瑞煤化工有限公司，山西新絳 043100）

山西豐喜華瑞煤化工有公司配套有長沙鍋爐廠生產(chǎn)的3臺循環(huán)流化床鍋爐，型號為SHFX-35-3.82-AⅢ，屬于雙鍋筒自然循環(huán)的水管鍋爐，在密相區(qū)布置埋管，稀相區(qū)分3個回程，且稀相區(qū)四周布置了水冷壁，尾部設(shè)置三級省煤器。為節(jié)約燃料煤、降低蒸汽生產(chǎn)成本，公司于2017年新增1套煤泥輸送系統(tǒng)，擬對煤炭洗選過程中分離出來的煤泥進(jìn)行摻燒利用。

煤泥是以煤炭顆粒為主、含有各種雜質(zhì)的高水分排放物，作為洗煤廠的副產(chǎn)品，由于其高粘度、高流動性和高持水性的特點(diǎn)，使其堆放、運(yùn)輸、使用均十分困難，風(fēng)干后易隨風(fēng)飄散，且煤泥晾曬幾個月后，即使其表面已經(jīng)干燥，但其內(nèi)部含水率幾乎不變，大批量利用十分困難，目前主要以燃煤鍋爐摻燒的方式加以利用，具體方式有以下2種。

第一種是煤泥晾干或烘干后與煙煤混燒。該方式主要通過將煤泥自然晾干或通過烘干設(shè)備將煤泥烘干 （一般烘干后煤泥含水量≤15%）后與原料煤混合在一起，通過破碎后送至鍋爐進(jìn)行燃燒。其主要缺點(diǎn)是摻燒比例小、易堵塞、烘干成本高等。因此，此種方法較少采用。

第二種是濕煤泥直接入爐燃燒。上世紀(jì)80年代末，中科院與浙江大學(xué)對循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐）大比例摻燒濕煤泥進(jìn)行了深入研究，提出了結(jié)團(tuán)燃燒理論，并在35t／h鍋爐上試燒成功，迄今已有數(shù)百臺35～1000t／h摻燒煤泥的鍋爐在役。該種方式的優(yōu)點(diǎn)是：可實(shí)現(xiàn)大比例煤泥摻燒；摻燒煤泥后可有效降低鍋爐床溫，減少SO2和NOX的排放；泵送系統(tǒng)能夠滿足入爐煤泥量調(diào)整的實(shí)時性，泵送系統(tǒng)對外購煤泥具有除雜功能；可實(shí)現(xiàn)自動控制，煤泥輸送系統(tǒng)運(yùn)行、檢修、維護(hù)方便。因此，此種方法目前應(yīng)用比較廣泛。

1 煤泥輸送系統(tǒng)工藝流程簡介

來自洗煤廠的煤泥預(yù)先存入煤泥池中，用抓斗將煤泥送入膏漿制備機(jī)，在膏漿制備機(jī)中加入適量的稀釋水，將煤泥攪拌、制漿，最終制成含水率約30%的均勻性粘稠膏體，再由導(dǎo)料攪拌刀向卸料口送出，經(jīng)液壓閥門后落入振動篩。煤泥經(jīng)振動篩除雜后落入煤泥倉儲存，雜質(zhì)則經(jīng)振動篩篩選出后落入側(cè)面的除雜斗。儲料倉中的煤泥經(jīng)過料斗流入正壓給料機(jī)，通過正壓給料機(jī)調(diào)節(jié)輸送量后，用膏體泵將煤泥從鍋爐頂部送入。

2 煤泥輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵配置及工作原理

2.1 膏體泵

2.1.1 膏體泵的工作原理

公司使用的膏體泵是一種雙缸錐閥式柱塞泵，是在傳統(tǒng)雙缸S擺式柱塞泵的基礎(chǔ)上研發(fā)出的新型柱塞泵。主要由泵送油缸、泵送缸、吸料閥、排料閥、泵送活塞、液壓驅(qū)動系統(tǒng)等組成。

正壓給料機(jī) （預(yù)壓螺旋輸送機(jī)）接收儲料倉中的高濃度膏體物料，由電機(jī)減速器驅(qū)動，通過同步齒輪箱使2根螺旋軸相向旋轉(zhuǎn)，對高濃度膏體物料進(jìn)行輸送，并對其進(jìn)行初步加壓，將物料以一定的正壓力送入料斗室。

左、右輸送缸在2個液壓缸驅(qū)動下交替吸入和泵出物料，煤泥進(jìn)入料斗室內(nèi)，左側(cè)進(jìn)料錐閥打開，出料錐閥關(guān)閉，左料缸吸料，同時右側(cè)進(jìn)料錐閥關(guān)閉，出料錐閥打開，右料缸推料；左、右料缸交替完成輸送任務(wù)。

右料室與料斗連通時，主油泵的壓力油進(jìn)入左液壓缸無桿腔，左液壓缸活塞推出，并帶動左輸送缸活塞伸出產(chǎn)生泵送動作，左輸送缸中的物料通過左出料錐閥孔被泵入輸送管道。與此同時，左液壓缸有桿腔中的液壓油通過左、右液壓缸相連的管路進(jìn)入右液壓缸有桿腔，推動其活塞回縮，從而帶動右輸送缸活塞后移產(chǎn)生吸力，將料斗內(nèi)的物料吸入右輸送缸中。當(dāng)右輸送缸的活塞即將到達(dá)輸送缸端點(diǎn)時，安裝在主液壓缸和輸送缸之間的感應(yīng)套到達(dá)洗滌室中接近開關(guān)的下方，其連桿上感應(yīng)套的感應(yīng)信息被接近開關(guān)接收，PLC即發(fā)出電信號，使電磁換向閥控制液壓油缸換向，使右進(jìn)料錐閥前進(jìn)，右進(jìn)料室關(guān)閉，同時，左進(jìn)料錐閥后退，左料室與料斗連通。

與此同時，PLC也向電磁換向閥發(fā)出換向信號，使補(bǔ)油泵輸出的壓力油經(jīng)主油泵電液換向閥而進(jìn)入控制主泵斜盤的油路，改變主泵斜盤的方向及角度，使油泵出液反向，壓力油進(jìn)入到右主液壓缸的無桿腔，完成與上一次主油缸相反的動作。此時左側(cè)輸送缸中的濃料已完全壓入輸送管道，右側(cè)輸送缸已吸滿物料而完成了一個工作循環(huán)。如此往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)物料的自動泵送。

左、右主油缸不斷交替地完成各自的吸送行程，使料斗里的物料源源不斷地輸送到輸送管道中，并通過泵外鋪設(shè)的管道輸送到鍋爐給料點(diǎn)，完成泵送作業(yè)。

2.1.2 膏體泵的控制及潤滑

（1）液壓動力部分。液壓主泵送回路和錐閥換向回路各自獨(dú)立，分別采用不同的液壓泵供油，互不干擾。主泵送部分采用閉式液壓系統(tǒng)，由電液比例閥換向，并通過電液比例閥自動調(diào)節(jié)輸出量；另外，蓄能器外補(bǔ)油方式能及時地為主泵補(bǔ)油，從而有效防止主泵因吸空而損壞。擺動油缸液壓回路為開式液壓系統(tǒng)，采用電液換向閥換向，換向速度快、操作靈敏、調(diào)節(jié)方便。

（2）控制部分。采用PLC控制器控制，具有輸出量無級調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程調(diào)控、運(yùn)行狀態(tài)模擬、數(shù)字顯示等功能，并能同其他設(shè)備進(jìn)行通訊。

（3）潤滑系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)由潤滑脂泵、潤滑脂箱、潤滑脂分配閥、潤滑管路和各潤滑點(diǎn)組成，其主要作用是潤滑錐閥油缸，以減少運(yùn)動時的阻力及摩擦，并防止?jié)饬蠞B入而磨損運(yùn)動部件。

（4）冷卻系統(tǒng)。采用水冷方式對液壓系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，主要由冷卻器、水管組成，其主要作用是冷卻主泵送系統(tǒng)經(jīng)沖洗閥的回油；同時，本機(jī)洗滌室內(nèi)的水對物料缸、活塞兼有冷卻作用。

2.2 PLC自動控制系統(tǒng)

2.2.1 控制系統(tǒng)概述

煤泥輸送系統(tǒng)電氣自動控制部分采用西門子S7-200系列PLC作為其核心部件，上位機(jī)采用觸摸屏。物料輸送系統(tǒng)由現(xiàn)場控制單元和集控單元構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場控制單元主要完成膏體泵的控制任務(wù)，還包括膏體制備機(jī)、振動篩、閘板閥、保料倉滑架、預(yù)壓螺旋給料機(jī)及液壓輔助設(shè)備的控制與操作；集控單元主要完成整個物料輸送系統(tǒng)的控制。操作員通過觸摸屏發(fā)送指令給PLC控制器，完成對煤泥輸送系統(tǒng)設(shè)備的控制，同時反饋信號通過觸摸屏顯示出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2.2 膏體泵行程控制

煤泥輸送PLC自動控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，對時序有嚴(yán)格要求，其中，最為關(guān)鍵的是膏體泵主、副油缸活塞的前進(jìn)、后退行程換向和聯(lián)動錐閥的前進(jìn)、后退，以完成膏體泵動作順序的控制 （膏體泵動作順序：按下啟動按鈕→液壓站啟動→錐閥缸左動作→主油缸左動作→錐閥缸右動作→主油缸右動作）。系統(tǒng)由1臺PLC為控制中心，控制所有數(shù)字和模擬I／O模塊，設(shè)備狀態(tài)通過數(shù)字輸入模塊 （DI）讀入，數(shù)字輸出模塊 （DO）用于設(shè)備控制，外部連續(xù)變化的物理量通過模擬量輸入模塊 （AI）讀入。

3 煤泥輸送系統(tǒng)的設(shè)備選型

（1）膏漿制備機(jī)：主要用于對煤泥攪拌、制漿，電動機(jī)帶動減速器驅(qū)動攪拌軸，通過攪拌軸上的螺旋葉片對煤泥進(jìn)行攪拌，以制成含水率約30%的均勻性粘稠膏體，為下一步煤泥的管道輸送創(chuàng)造條件。

（2）振動篩：膏漿制備機(jī)制備的粘稠膏體狀煤泥中含有一定的雜質(zhì) （濾布、焊條、矸石等），不利于泵送，采用振動篩能夠?qū)㈦s質(zhì)從粘稠膏體狀煤泥中分離出來，將干凈的煤泥卸入儲料倉中，為后續(xù)系統(tǒng)的順利運(yùn)行提供保障，篩上雜質(zhì)則進(jìn)入收集車運(yùn)至廠房外。

（3）保漿緩存?zhèn)}：為方形鋼結(jié)構(gòu)，倉頂部配有料位計；倉底設(shè)有液壓滑架裝置，主要作用是破拱給料；底部設(shè)有2個矩形大口徑出料口。

引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生用自己的語言表述，在學(xué)生表述的基礎(chǔ)上概括抽象生成“集合”的描述性概念：一般地，一定范圍內(nèi)某些確定的、不同的對象的全體構(gòu)成一個集合.集合中的每一個對象稱為該集合的元素，簡稱元.

（4）正壓給料機(jī)：為雙螺旋軸結(jié)構(gòu)，變頻調(diào)速，可根據(jù)設(shè)定給料壓力自動調(diào)整輸送量（當(dāng)出料斗中介質(zhì)的壓力升高時，自動降低轉(zhuǎn)速從而減少輸送量；當(dāng)出料斗中介質(zhì)的壓力降低時，自動提高轉(zhuǎn)速從而增大輸送量），保證以一定的壓力向膏體泵供料，實(shí)現(xiàn)有壓給料，保證膏體泵的吸入效率。

（5）膏體泵：膏體泵采用開式液壓系統(tǒng)，具有壓力沖擊小、管路壓力損失小、高效、節(jié)能、自動調(diào)節(jié)泵送輸出量 （即出料穩(wěn)定）等優(yōu)異功能，主要易損件表面經(jīng)過特殊強(qiáng)化處理，使用壽命長，維修和更換方便。

（6）立式給料機(jī)：立式給料機(jī)安裝于鍋爐頂部，采用滑閥結(jié)構(gòu)形式，以液壓缸為動力源，入料端與輸送管相連，出料端通過鍋爐接口器與鍋爐相連，通過在總控室遠(yuǎn)程操控實(shí)現(xiàn)向鍋爐爐膛內(nèi)喂料；立式給料機(jī)有送料、清洗2個工位，具有送料、清洗、疏通的功能。

（7）電控系統(tǒng)：PLC采用西門子S7-200系列，上位機(jī)采用觸摸屏，操作員通過觸摸屏發(fā)送指令給PLC控制器，完成對系統(tǒng)設(shè)備的控制，同時反饋信號通過觸摸屏顯示出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；輸送系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場、遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制采用硬接線與DCS通訊，信號包括膏體泵啟停、泵送啟停以及流量調(diào)節(jié)、總故障反饋及泵送狀態(tài)反饋。

煤泥輸送系統(tǒng)設(shè)備明細(xì)見表1。

表1 煤泥輸送系統(tǒng)設(shè)備一覽表

4 煤泥摻燒機(jī)理

煤泥給料口設(shè)置在爐膛頂部，煤泥呈團(tuán)狀進(jìn)入爐膛，給料方式為間斷給料，間斷時間取決于煤泥泵的開度即單位時間的泵送次數(shù)。爐膛深度19m，爐膛內(nèi)煙氣向上的流速為3.5～6.5m／s，煤泥在重力的作用下從爐頂落到埋管上，經(jīng)過埋管下落到布風(fēng)板；在煤泥團(tuán)的下落過程中，在高溫?zé)煔獾淖饔孟?，煤泥團(tuán)外表會形成一層堅(jiān)硬耐磨的外殼，當(dāng)煤泥團(tuán)落到布風(fēng)板上的高溫床料層后，在爐內(nèi)高溫的作用下，煤泥團(tuán)內(nèi)的水分被加熱蒸發(fā)，煤泥團(tuán)膨脹而爆破成若干個小的煤泥團(tuán)，再次吸收熱量膨脹爆破，直至破碎成細(xì)小的能夠參與循環(huán)燃燒的顆粒。

5 煙煤與煤泥摻燒的比較

35t／h循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計用煤的低位發(fā)熱量為22450kJ／kg，但由于煤種及煤質(zhì)方面的原因，實(shí)際入爐煤熱值的變化可能很大，典型的煤泥煤樣和設(shè)計用煤 （煙煤）煤質(zhì)的比較見表2。

表2 典型煤泥煤樣與設(shè)計用煤的煤質(zhì)對比

6 煤泥摻燒試驗(yàn)

2017年2月，公司煤泥利用項(xiàng)目破土動工，2017年4月底，泵房、廠房、煤泥預(yù)處理系統(tǒng)、泥漿泵及管路安裝完成。

第1次煤泥摻燒試驗(yàn)于2017年5月上旬進(jìn)行，煤泥膏體泵為定量輸送，輸送量為5t／h，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量32000m3／h，鍋爐產(chǎn)汽在18t／h左右，運(yùn)行6h，出現(xiàn)了一系列的問題：設(shè)備投運(yùn)之初2h內(nèi)，鍋爐爐膛溫度上升15℃左右，鍋爐產(chǎn)汽量增加；隨后幾小時鍋爐引風(fēng)出現(xiàn)問題，風(fēng)門風(fēng)量調(diào)節(jié)失效，鍋爐負(fù)荷無法調(diào)節(jié)，通過觀火孔觀察發(fā)現(xiàn)鍋爐爐膛密相區(qū)埋管上堆積大量未燃燼的煤泥，摻燒試驗(yàn)停止。

第2次摻燒試驗(yàn)時，更換了煤泥膏體泵泵頭，將定量泵改為變量泵，煤泥膏體泵主缸直徑150mm，主缸行程500mm，煤泥密度1300kg／m3，根據(jù)柱塞泵比例閥開度調(diào)節(jié)主缸行程時間，確定給料量 （煤泥膏體泵比例閥開度與輸送量的對應(yīng)關(guān)系如表3）；同時，對鍋爐給料器配壓縮空氣管線，用壓縮空氣對鍋爐入口煤泥進(jìn)行分散，防止煤泥在爐膛密相區(qū)埋管上堆積。試驗(yàn)過程及情況為：開啟壓縮空氣，將煤泥膏體泵比例閥開度設(shè)定為43%，主缸行程時間為188.4s，煤泥輸送量216kg／h，鍋爐產(chǎn)汽在25t／h左右，運(yùn)行2h，情況良好；多次調(diào)整煤泥膏體泵比例閥開度，調(diào)整到46%時，煤泥輸送量達(dá)1129kg／h，運(yùn)行24h，爐膛密相區(qū)埋管上有煤泥堆積的現(xiàn)象，后調(diào)整煤泥膏體泵比例閥開度到45%，煤泥堆積現(xiàn)象減少，煤泥膏體泵可持續(xù)運(yùn)行。

表3 煤泥膏體泵比例閥開度與煤泥輸送量的對應(yīng)關(guān)系

7 摻燒試驗(yàn)總結(jié)

7.1 煤泥摻燒投加量調(diào)節(jié)

（1）鍋爐啟動后，通知煤泥泵值班員做好煤泥上料的準(zhǔn)備工作，但禁止立刻投煤泥。

（2）當(dāng)鍋爐燃燒工況穩(wěn)定、出口煙氣溫度達(dá)到750℃方可進(jìn)行煤泥投加，因?yàn)槌隹跓煔鉁囟容^低時投加煤泥，煤泥中的水分無法析出，影響煤泥的爆燃過程。

（3）投加初期，煤泥管路物料中水分較高，投加過程應(yīng)緩慢，并保持與煤泥泵值班員的聯(lián)系，調(diào)節(jié)煤泥投加量時，系統(tǒng)反應(yīng)較慢，不要盲目地增減煤泥量，最好是按額定負(fù)荷的1%緩慢調(diào)整，調(diào)節(jié)間隔時間以5～10min為宜，鍋爐燃燒工況不穩(wěn)定時調(diào)節(jié)間隔時間更應(yīng)延長，或減小煤泥投加量，待工況穩(wěn)定后再根據(jù)床溫、煙氣氧量等參數(shù)的變化同步調(diào)節(jié)給煤量。另外，泵送時應(yīng)保證煤泥的濃度，煤泥不宜過稠也不宜過稀，煤泥含水量以30%為宜，過稠會增加管道磨損，易堵塞煤泥輸送管道；過稀則水分過高，易澆滅爐火。

（4）煤泥投加的整個過程中，司爐要勤與煤泥泵站聯(lián)系，同時增加爐前觀察次數(shù)，據(jù)爐內(nèi)實(shí)際工況及時進(jìn)行風(fēng)量、煤量等的調(diào)整，控制好床溫，保持爐況穩(wěn)定，若投加過程中鍋爐燃燒工況出現(xiàn)異常或床溫變化較大，應(yīng)及時停加煤泥。

7.2 煤泥摻燒的參數(shù)控制

（1）爐床溫度的控制：運(yùn)行中司爐要密切監(jiān)視爐床溫度，并積極調(diào)整給煤量或煤泥量，保持爐床溫度的穩(wěn)定，一般控制在900～950℃，過高易結(jié)焦，過低易滅火，正常生產(chǎn)情況下最低不應(yīng)低于800℃；爐床溫度變化較大時，除調(diào)節(jié)煤泥量和給煤量外，還應(yīng)調(diào)節(jié)送風(fēng)量，但嚴(yán)禁低于最低流化風(fēng)量；對于料層溫度、返料器溫度不均衡現(xiàn)象，應(yīng)利用對應(yīng)的不均衡給煤機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，盡量減小床溫偏差。

（2）料層差壓的控制：煤泥顆粒較小、質(zhì)量小，在爐內(nèi)燃燒時間短，燃燒過程發(fā)生在爐膛稀相區(qū)，爐膛熱慣性相對較小，這就需要爐內(nèi)有較多的蓄熱量，也就是要保持較高的料層，料層差壓一般保持在8400～9000Pa；當(dāng)煤泥摻燒時料層增長很慢或降低時，應(yīng)適當(dāng)給煤，以補(bǔ)充底料數(shù)量及可燃物含量。

（3）返料器灰量的控制：一般情況下利用返料風(fēng)室壓力來監(jiān)視返料器灰量，返料風(fēng)室壓力一般保持在14～16kPa，通常利用放循環(huán)灰進(jìn)行控制，放灰時嚴(yán)禁只使用1個放灰管放灰，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況2個灰管輪換使用，因?yàn)橛辛顺渥愕姆盗掀骰伊坎拍鼙ＷC較高的循環(huán)倍率，從而保證鍋爐的出力及效率。

（4）爐膛負(fù)壓的控制：煤泥顆粒較小，入口又在爐頂 （距爐膛煙氣出口較近），很容易被煙氣帶出爐膛，易造成鍋爐尾部煙道內(nèi)燃燒，因此需要保持較低的爐膛負(fù)壓，一般應(yīng)控制在0～－50Pa；如果尾部煙氣溫度上升很快，表明爐膛出口負(fù)壓控制不當(dāng)，有大量的煤泥顆粒進(jìn)入尾部煙道，此時應(yīng)迅速切出煤泥系統(tǒng)，減小一、二次風(fēng)量和引風(fēng)量，降低煙氣流速。

總之，煤泥摻燒過程中應(yīng)注意監(jiān)視各部位的煙氣溫度和煙氣壓力，以分析和判斷爐內(nèi)的燃燒狀況，以便及時作出相應(yīng)的控制和調(diào)整。

8 社會效益與經(jīng)濟(jì)效益

目前公司在1＃鍋爐上進(jìn)行煤泥摻燒試驗(yàn)，煤泥投加量為775kg／h，噸蒸汽消耗煤泥0.0322t，按2臺鍋爐蒸汽產(chǎn)量50t／h、年生產(chǎn)時間333d計，摻燒煤泥后蒸汽的生產(chǎn)成本為90.33元／t，而使用燃料煤時蒸汽的生產(chǎn)成本為94.08元／t?？梢姡瑩綗耗嗝磕昕晒?jié)約煤炭 （燃料煤）費(fèi)用 （94.08－90.33） ×50×8000÷10000＝150萬元，年可綜合利用煤泥12400t。

公司煤泥綜合利用項(xiàng)目不僅有效地降低了蒸汽的生產(chǎn)成本，而且實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的有效結(jié)合，減少了環(huán)境污染，達(dá)到了資源節(jié)約與綜合利用的目的，響應(yīng)了建立環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的號召，為推動我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)的發(fā)展作出了一點(diǎn)貢獻(xiàn)。此種摻燒技術(shù)，在處理其他粘稠固體廢棄物方面也具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景，值得推廣應(yīng)用。

［1］張建民，李春梅.我國煤泥綜合利用現(xiàn)狀、問題及建議［J］.中國能源，2010（10）：38－40.

［2］郭宇杰.膏體泵在電廠煤泥輸送系統(tǒng)的應(yīng)用 ［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2016（1）：107－108，110.

［3］張鵬程，鞏長勇.一種新型高壓膏體輸送泵——錐閥泵的研制與應(yīng)用 ［J］.煤炭工程，2013（4）：114－115.