循環(huán)流化床鍋爐全煤泥燃燒應(yīng)用研究

李建剛

摘 要：針對(duì)煤礦副產(chǎn)品煤泥的利用，有利于降低鍋爐的生產(chǎn)成本。文章分析了某煤礦自備循環(huán)流化床鍋爐煤泥輸送系統(tǒng)的運(yùn)行問(wèn)題及其原因，詳細(xì)介紹了煤泥系統(tǒng)的改造方案。改造后的鍋爐能夠?qū)崿F(xiàn)全煤泥穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐燃用煤泥方面具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;全煤泥燃燒;膏體泵;攪拌倉(cāng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TK229.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）08-090-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.045

煤泥是煤炭生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品，綜合利用難度大，堆放占用場(chǎng)地且污染環(huán)境。近些年，為進(jìn)一步降低燃料成本，解決煤泥堆放難題，國(guó)內(nèi)不少循環(huán)流化床鍋爐開(kāi)始摻燒煤泥。

循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特點(diǎn)是，燃料適用性廣、氮氧化物排放低、燃燒效率高，尤其是能燃用高水分、高灰分、熱值較低的劣質(zhì)燃料，如煤矸石、煤泥等[1]。由于煤泥熱值相對(duì)較高、價(jià)格便宜，且很多煤礦都有自備電廠或自用鍋爐，因此燃用煤泥也為煤礦減輕了儲(chǔ)存、外銷(xiāo)的壓力。

內(nèi)蒙古鄂爾多斯市營(yíng)盤(pán)壕煤炭有限公司配備有2臺(tái)45t/h的循環(huán)流化床鍋爐，初始設(shè)計(jì)為煤炭和煤泥混燒，考慮到礦產(chǎn)煤泥量大，后經(jīng)改造，可實(shí)現(xiàn)全煤泥穩(wěn)定燃燒。

1 煤泥系統(tǒng)介紹

1.1 煤泥來(lái)源

煤礦配套洗煤廠為鍋爐供應(yīng)煤泥，大部分煤泥由壓濾機(jī)擠壓成塊狀，少部分煤泥是場(chǎng)地自然晾曬的，供應(yīng)量充足。煤泥全水分為35%左右，灰分為25%左右，熱值14 500kJ/kg。

1.2 煤泥系統(tǒng)配置及煤泥輸送流程

單臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐在爐頂有2個(gè)入爐口，配備2條獨(dú)立膏體泵送管道和2臺(tái)獨(dú)立膏體泵，共用1個(gè)攪拌倉(cāng)。兩臺(tái)鍋爐配置相同，煤泥系統(tǒng)相互獨(dú)立[2]。

煤泥由皮帶運(yùn)送至攪拌倉(cāng)，攪拌倉(cāng)內(nèi)有攪拌器，用于將煤泥攪拌均勻。攪拌好的煤泥由給料機(jī)送至膏體泵，再經(jīng)膏體泵送至鍋爐頂部的入爐口。給料機(jī)和膏體泵的額定出力為15t/h，攪拌倉(cāng)體積是30m3。

2 煤泥系統(tǒng)的運(yùn)行問(wèn)題

煤礦用汽負(fù)荷在40t/h左右，單臺(tái)鍋爐運(yùn)行即可滿足要求，因此煤礦的鍋爐是一用一備。在鍋爐運(yùn)行后，投運(yùn)給煤系統(tǒng)和單臺(tái)膏體泵后，出現(xiàn)燃燒不充分、底渣含碳量高、結(jié)焦等問(wèn)題。經(jīng)分析，原因主要在煤泥系統(tǒng)。

2.1 煤泥入爐口管徑過(guò)大

膏體泵廠家在進(jìn)行煤泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到煤泥輸送管道長(zhǎng)（200m），為防止輸送壓力過(guò)高而損壞設(shè)備，將煤泥入爐口管徑設(shè)計(jì)為DN200。在實(shí)際運(yùn)行中，由于入爐管徑大，直接導(dǎo)致入爐煤泥團(tuán)過(guò)大。大團(tuán)煤泥進(jìn)入爐膛后破碎程度不足，沉入料層底部，燃盡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致煤泥燃燒不充分，底渣含碳量增加。

2.2 兩臺(tái)膏體泵不能實(shí)現(xiàn)一用一備

按照初始設(shè)計(jì)，膏體泵是一用一備的運(yùn)行方式。兩個(gè)煤泥入爐口位于爐頂，在運(yùn)行一臺(tái)膏體泵后，大量的煤泥從單個(gè)入爐口進(jìn)入爐膛，導(dǎo)致進(jìn)煤泥的一側(cè)爐底結(jié)焦[3]。

2.3 煤泥輸送管道堵塞

洗煤廠供應(yīng)的煤泥含水量低，煤泥干硬，需要在攪拌倉(cāng)內(nèi)加水，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間攪拌才能使用。煤泥攪拌倉(cāng)的容積為30m3，在膏體泵高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，已經(jīng)攪拌好的煤泥僅夠用3h，后續(xù)加入攪拌倉(cāng)的煤泥不能充分?jǐn)嚢杌旌?，低水分的煤泥進(jìn)入膏體泵管道后，阻力極大，引起煤泥輸送管道堵塞。

3 鍋爐全煤泥燃燒改造

鍋爐經(jīng)過(guò)初步的運(yùn)行，煤泥系統(tǒng)暴露出以上幾個(gè)主要的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多方共同商議，考慮到業(yè)主方的煤泥產(chǎn)量較大，決定對(duì)煤泥系統(tǒng)進(jìn)行改造，以期能夠?qū)崿F(xiàn)全煤泥燃燒。改造方案針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)煤泥入爐口、攪拌倉(cāng)以及相關(guān)管道做了規(guī)劃[4]。給煤系統(tǒng)不做調(diào)整，在點(diǎn)爐或者煤泥系統(tǒng)故障時(shí)，可以投運(yùn)給煤系統(tǒng)來(lái)保證鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 煤泥入爐口改造

考慮到煤泥入爐口管徑過(guò)大，以及單個(gè)入爐口進(jìn)煤泥容易產(chǎn)生結(jié)焦的問(wèn)題，提出改造方案如下：在爐頂部煤泥進(jìn)料口上方約1m處的進(jìn)料管道（φ219×8）上加裝連接母管，使兩根進(jìn)料管道相連通，母管長(zhǎng)1 900mm，采用φ219×8的20#無(wú)縫鋼管，兩端封口。母管下方原進(jìn)料管拆除，加裝2根進(jìn)料管，采用φ108×4的20#無(wú)縫鋼管。兩根加裝的進(jìn)料管以母管中心點(diǎn)為基準(zhǔn)左右對(duì)稱(chēng)安裝，下端分開(kāi)呈八字形，分別與爐膛頂部的兩個(gè)進(jìn)料口相連接。進(jìn)料管靠近爐膛進(jìn)料口處開(kāi)孔，豎直安裝φ108×4的20#無(wú)縫鋼管及DN100閘閥，作為疏通用的檢修孔。新加裝的管道應(yīng)在合適位置安裝支吊架進(jìn)行固定，如圖1所示。

3.2 煤泥攪拌倉(cāng)改造

礦供煤泥水分較低，需要在攪拌倉(cāng)內(nèi)加水?dāng)嚢璨拍茼樌盟停瑪嚢鑲}(cāng)容積又不能夠維持膏體泵長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的初步設(shè)想是，更換容積較大的攪拌倉(cāng)，但又受限于現(xiàn)場(chǎng)空間不足，再加上更換攪拌倉(cāng)的費(fèi)用過(guò)高，因此直接更換攪拌倉(cāng)的想法與實(shí)際不符。由于單臺(tái)鍋爐可以滿足礦用負(fù)荷，兩臺(tái)鍋爐一用一備，那么煤泥攪拌倉(cāng)也是一用一備，將兩個(gè)攪拌倉(cāng)聯(lián)通起來(lái)，也相當(dāng)于對(duì)攪拌倉(cāng)的變相擴(kuò)容。具體實(shí)施的改造方案如下：在2#鍋爐3#膏體泵出口管道上安裝旁路，旁路管道接至1#鍋爐攪拌倉(cāng)頂部。旁路管道采用φ219×8的20#無(wú)縫鋼管，裝設(shè)DN200閘閥一個(gè)。在1#鍋爐2#膏體泵出口管道加裝旁路接至2#鍋爐攪拌倉(cāng)。管道規(guī)格及閥門(mén)裝設(shè)方式與2#鍋爐相同。圖中的1#、4#膏體泵均按這種方式改造，如圖2所示。

關(guān)于改造后的運(yùn)行方式，以2#鍋爐運(yùn)行、1#鍋爐備用為例來(lái)說(shuō)，點(diǎn)爐前，兩個(gè)攪拌倉(cāng)的煤泥攪拌好，達(dá)到可以直接泵送的要求。待煤泥系統(tǒng)投運(yùn)后，2#鍋爐攪拌倉(cāng)內(nèi)膏體泵送至鍋爐，同時(shí)啟動(dòng)2#膏體泵將1#鍋爐攪拌倉(cāng)內(nèi)的煤泥輸送至2#鍋爐攪拌倉(cāng)。同時(shí)，向1#鍋爐攪拌倉(cāng)內(nèi)灌入煤泥并開(kāi)始攪拌，循環(huán)往復(fù)，可以實(shí)現(xiàn)2個(gè)攪拌倉(cāng)同時(shí)為1臺(tái)鍋爐攪拌并供應(yīng)煤泥，延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，保證膏體泵連續(xù)運(yùn)行[5]。

4 注意事項(xiàng)

在鍋爐全煤泥燃燒運(yùn)行時(shí)，由于煤泥含水量較高，水分進(jìn)入爐膛蒸發(fā)膨脹，必然造成鍋爐料層壓力升高。全煤泥運(yùn)行過(guò)程中，循環(huán)流化床鍋爐無(wú)需排渣，必要時(shí)還應(yīng)補(bǔ)充床料。另外，還應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：保證兩個(gè)回料閥的返料壓力一致;煤泥水分過(guò)大時(shí)，可以適當(dāng)提高引風(fēng)機(jī)壓力;注意排煙溫度，縮短吹灰間隔，防止排煙溫度過(guò)高[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

本次煤泥系統(tǒng)的改造，徹底解決了煤泥入爐口過(guò)大和膏體泵不能一用一備的問(wèn)題。鍋爐在完成全煤泥燃燒改造后，單臺(tái)膏體泵運(yùn)行，可維持鍋爐在40t/h的負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，滿足煤礦用汽需求。

參考文獻(xiàn)

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[2] 尹煒迪，李博，吳玉新，等.循環(huán)流化床鍋爐煤泥燃燒行為模型[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015，40（7）：1628-1633.

[3] 徐西立，李擁軍.淺談循環(huán)流化床鍋爐純煤泥燃燒技術(shù)的應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2013（5）：73-74.

[4] 施勇剛，馬云龍.國(guó)內(nèi)煤泥燃燒循環(huán)流化床鍋爐研究現(xiàn)狀[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2012（6）：25-29.

[5] 亓愛(ài)峰.循環(huán)流化床鍋爐煤泥燃燒技術(shù)應(yīng)用與系統(tǒng)解決方案[J].山東煤炭科技，2009（4）：56，58.

[6] 邵珺，孫曉林.煤泥燃燒技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用[J].中州煤炭，2008（5）：85，87.