循环流化床锅炉煤泥输送和掺烧的应用与分析

张建忠

（山西西山热电有限责任公司，山西 太原 030022）

0 引言

煤泥是煤炭洗选过程中产生的副产品，长期以为，综合利用率低，长期堆放造成环境污染。由于国家鼓励对煤泥实施综合利用，所以，从节能和降低成本考虑，综合利用电厂必须最大限度地利用煤泥代替原煤发电，从而实现企业利润的最大化。

循环流化床锅炉的特点是燃料适应性广，燃烧效率高、氮氧化物排放低、综合利用效果好，尤其是能掺烧高灰分、高水分、低热值、低灰熔点的劣质燃料，如煤矸石、洗中煤和煤泥等。而对于煤泥，由于其发热量高而价格低，大量掺烧煤泥可降低发电成本，降低受热面磨损，延长锅炉连续运行时间，提高锅炉运行可靠性[1]。

为解决选煤厂煤泥的利用问题和实现热电厂的利润最大化，某热电厂煤泥输送系统在2009年9月开始建设，2010年9月投产。

1 某热电厂煤泥系统说明

1.1 煤泥来源

该热电厂属于坑口电厂，在距电厂2 km外有2座选煤厂，煤泥供应稳定，选煤厂年产煤泥15～20万t，其热值为14 644 kJ/kg，水份为24～26%，全部供应热电厂。

1.2 煤泥系统设计规模和配置

某热电厂装机规模为3×50 MW汽轮发电机组，配3×240 t/h循环流化床锅炉，煤泥系统按煤泥掺烧比例30%计算，年掺烧煤泥20万t。

煤泥系统配置为：在每台锅炉顶部设2个给料点，配置2条管路，2台独立的膏体泵，共3个储料仓配6台膏体泵，采用轮式装载机装料，刮板输送机布料方式。煤泥系统的关健设备膏体泵选型为NBS20/18，额定泵送量20 m3/h，电机功率132 kW，系统压力31.5 MPa，出口压力18 MPa，主缸油泵最高压力40 MPa，能够满足生产运行要求。

液压原理：膏体泵的推送和切换的动力由液压动力产生，液压由动力包内电机带动主泵产生。主泵是斜盘式双向变量轴向柱塞泵，电机带动缸体和缸体内柱塞旋转，斜盘不动并有一定角度，柱塞头贴住斜盘旋转时产生往复运动，产生吸油和压油，调节斜盘的角度可改变输出油量，以此来调节煤泥量的大小[2]。液压动力包由3个子系统组成：主泵送液压系统、补油及控制油路系统、S管阀摆动液压系统，分别由主泵、补油泵、摆缸泵提供液压油。

1.3 煤泥生产流程和控制

煤泥生产输送系统分为两大部分。

第一部分为制浆系统，即将拉运来的含水率为25%左右煤泥加水搅拌制成含水率为35%左右的煤泥浆，流程为：煤泥棚（装载机上料）—上料刮板机—分配刮板机—制浆机、渣浆分离机—储料仓。

第二部分为煤泥输送系统，即将储料仓内煤泥浆用膏体泵通过管道输送至锅炉顶部入料口，流程为：储料仓内煤泥浆进入正压给料机—膏体泵—输送管道—锅炉炉顶给料阀—进入锅炉。

煤泥输送系统采用可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）程序控制，能实现现场、远程、独立和集中的控制方式。煤泥控制室和锅炉主控室均有上位机，司炉可根据锅炉的燃烧调整的需要调整煤泥流量，煤泥流量的变化反应到煤泥系统中正压给料机的转速和膏体泵的切换速度的变化，流量连续可调范围为25%～100%。

2 煤泥系统的生产运行问题和解决

由于该热电厂是初次使用煤泥系统，设备配置还需完善，运行经验也欠缺，在运行中暴露出很多问题，如：刮板机堵塞、煤泥制浆速度慢等。针对问题不断进行技术改进，逐步完善了生产工艺，使煤泥系统运行基本正常，保证了对锅炉的煤泥供应。

2.1 制浆速度慢

问题：从2010年投产以来，生产量不大，制泥速度慢是主要因素。分析原因：第一，水量不够，喷水孔易堵，配水搅拌不均，只能单台制浆机制泥；第二，掌握不好进煤泥量，易发生溜槽堵泥；第三，刮板机间断运行，起停次数较多，对电机安全运行不利。

解决办法：第一，对制泥用水管路系统技改，由单供水管改为双供水管，并在易于人员操作位置增加一个快开型阀门和压力表，方便观察水量和便于水量控制，同时将制浆机内水管喷水孔直径由6 mm增加至8 mm，将每根水管上增加3个出水孔；第二，在上料刮板机头、机尾增加喷水管，增加煤泥与溜槽的光滑度，并以此初步增加煤泥的含水率，使煤泥更易于在制浆机内搅拌均匀；第三，改变煤泥制浆环节的运行方式，由刮板机间断运行变为连续运行，3台膏浆制备机同时运行，装载机间断上料，根据制浆情况，合理的上料间隔时间为2～3 min，并监视好制浆机电流变化。

效果：经过不断实践，形成了由装载机上料、制浆人员控制水量和控制室监盘人员监视指挥三者的密切配合，逐渐提高了制浆速度，生产量由20 t/h增加到40 t/h，生产量明显提高，基本解决了锅炉用煤泥量和煤泥生产量的供需矛盾。

2.2 刮板机运行速度快

问题：按原设计，煤泥上料刮板机和分配刮板机减速机传动比为i=40，在实际生产中存在刮板机运行速度过快，与煤泥上料量不匹配，进入3台制浆机内的煤泥量不均匀，造成制浆机内煤泥搅拌不均匀，稀稠不好控制，并且使刮板机磨损速度增加，如刮板机在运行中卡上硬物，造成瞬间拉力大而损坏设备，也有一定的安全隐患。分析原因主要是刮板机运行速度快，所以需将上料和分配刮板机运行速度降低。

解决办法：通过技术改造，将原传动比为i=40的减速机更换传动比为i=80的减速机，旧减速机可以作为检修备用，以此解决了刮板机的运行速度快的问题。刮板机长度为30 m和70 m，控制箱安装在机头位置，在运行中发生故障后不能急停刮板机，易造成设备事故，所以在刮板机尾部安装急停开关，在刮板机中部安装事故拉线开关，以此解决了刮板机在故障突发时能急停设备，降低设备事故率。

效果：煤泥上料匹配度好转，溜槽堵泥现象减少。刮板磨损和运行噪音减小，刮板机故障率降低，链条拉断现象减少。关键是解决了煤泥浆稠稀不好控制的问题，因泥浆稠造成煤泥泵压力高的现象少了。

2.3 膏体泵接近开关故障多

问题：运行中，安装在主液压缸和输送缸之间的感应套与洗涤室上盖的电感式接近开关感应易失灵，通过PLC不能发出电信号，使电液比例阀不能控制液动换向阀换向，导致膏体泵不能工作。这种问题频繁出现，多的情况一月换十几个接近开关，严重影响膏体泵正常运行。分析原因：一是由于接近开关防水效果不好，进水后造成短路；二是由于接近开关安装不牢固，运行中接近开关移位，接近开关与感应套之间的距离过大，接近开关感应不到感应套而造成不能及时切换料缸。

解决办法：第一，更换好质量的防水接近开关；第二，洗涤室水位不宜过高，并在洗涤室侧面装溢流管阀控制水位；第三，将接近开关安装固定牢靠，调整好感应间距不能大于10 mm，并定期清理接近开关感应头上的污泥。

效果：接近开关感应故障问题好转，更换次数和数量明显减少。据统计，从2012年8月到2013年10月期间，2号、6号泵一个月更换接近开头6～8个，技改后，从2013年11月到2014年3月期间，三个月未更换接近开关。因接近开关故障而停泵的时间和次数减少了，有利于锅炉掺烧煤泥量的增加和煤泥泵运行的平稳性、延长寿命。

3 煤泥系统在生产、设计、设备上的注意事项

从生产中得到总结，煤泥系统在生产运行、设计中，关健需要注意以下几点。

a）从选煤厂出来的煤泥要保证清洁度，不能有石头、铁件等杂物，否则易造成S摆阀切割环和眼镜板损坏。

b）煤泥制浆过程中用水量大并要连续供水，可以有效利用废水。

c）膏体泵切换时接近开关感应灵敏度要高，膏体泵流量能随时调整，压力最好保持在16 MPa以下，输送距离越远，产生压力越大，设计时尽量缩短输送距离。

d）煤泥输送管道不能直埋。在冬季寒冷的北方，最好能有管道伴热。

e）膏体泵切换时接近天关感应灵敏度要高，防水性要好，否则故障率高。

f）动力包液压系统油质定期检查、定期过滤，油质恶化要及时更换，否则易造成主泵内液压元件损坏。

4 煤泥掺烧对锅炉的影响

煤泥掺烧其响应锅炉负荷变化速度比通过调节给煤机给煤量的响应速度稍快，尤其是在煤质较差出渣量大时，加大煤泥量对锅炉燃烧尤显得重要。

煤泥入炉热值12 552 kJ/kg左右，煤泥发热量高于煤矸石，灰分低，燃烧产物的总灰量比单烧煤矸石大为减少，全厂灰渣排放总量显著减少，减轻了冷渣系统的运行压力。煤泥通过膏体泵挤压至锅炉炉膛顶部，块状煤泥从上到下落下受热燃烧发生热爆裂[3]，产生的灰粒度小，分离器对灰粒的捕捉量小，造成了电除尘灰量大，所以提高煤泥掺烧量时要考虑除灰和输灰的能力大小。

煤泥的有效掺烧使循环流化床锅炉最为突出的磨损问题随之减轻，提高了锅炉的运行可靠性和使用寿命，相应节省了大量的检修维护费用。

5 结束语

随着煤泥输送系统不断改进，煤泥系统运行趋于稳定，设备故障率明显减少，也给锅炉长周期运行提供了有利条件。

表1是历年某热电厂锅炉用煤量、煤泥量情况对比。通过比较可见，从2011年到2013年，该热电厂掺烧煤泥的比例有很大提高，大大减少了原煤的燃烧量，同时也增加了煤矸石的掺烧量，这对一个综合利用电厂来说具有重要意义。由于原煤的价格远高于煤泥的价格，因此热电厂的用煤成本大大降低，有利于热电厂的增产增效，同时也给社会带来了一定的社会效益，减轻了煤泥堆放带来的负面影响，减少了烟尘和硫化物排放量，减轻了大气污染。

表1 历年炉前用煤量与掺烧煤泥量对比