煤泥输送系统及其在35t／h循环流化床锅炉中的应用小结

白雪峰

（山西丰喜华瑞煤化工有限公司，山西新绛 043100）

山西丰喜华瑞煤化工有公司配套有长沙锅炉厂生产的3台循环流化床锅炉，型号为SHFX-35-3.82-AⅢ，属于双锅筒自然循环的水管锅炉，在密相区布置埋管，稀相区分3个回程，且稀相区四周布置了水冷壁，尾部设置三级省煤器。为节约燃料煤、降低蒸汽生产成本，公司于2017年新增1套煤泥输送系统，拟对煤炭洗选过程中分离出来的煤泥进行掺烧利用。

煤泥是以煤炭颗粒为主、含有各种杂质的高水分排放物，作为洗煤厂的副产品，由于其高粘度、高流动性和高持水性的特点，使其堆放、运输、使用均十分困难，风干后易随风飘散，且煤泥晾晒几个月后，即使其表面已经干燥，但其内部含水率几乎不变，大批量利用十分困难，目前主要以燃煤锅炉掺烧的方式加以利用，具体方式有以下2种。

第一种是煤泥晾干或烘干后与烟煤混烧。该方式主要通过将煤泥自然晾干或通过烘干设备将煤泥烘干 （一般烘干后煤泥含水量≤15%）后与原料煤混合在一起，通过破碎后送至锅炉进行燃烧。其主要缺点是掺烧比例小、易堵塞、烘干成本高等。因此，此种方法较少采用。

第二种是湿煤泥直接入炉燃烧。上世纪80年代末，中科院与浙江大学对循环流化床锅炉（CFB锅炉）大比例掺烧湿煤泥进行了深入研究，提出了结团燃烧理论，并在35t／h锅炉上试烧成功，迄今已有数百台35～1000t／h掺烧煤泥的锅炉在役。该种方式的优点是：可实现大比例煤泥掺烧；掺烧煤泥后可有效降低锅炉床温，减少SO2和NOX的排放；泵送系统能够满足入炉煤泥量调整的实时性，泵送系统对外购煤泥具有除杂功能；可实现自动控制，煤泥输送系统运行、检修、维护方便。因此，此种方法目前应用比较广泛。

1 煤泥输送系统工艺流程简介

来自洗煤厂的煤泥预先存入煤泥池中，用抓斗将煤泥送入膏浆制备机，在膏浆制备机中加入适量的稀释水，将煤泥搅拌、制浆，最终制成含水率约30%的均匀性粘稠膏体，再由导料搅拌刀向卸料口送出，经液压阀门后落入振动筛。煤泥经振动筛除杂后落入煤泥仓储存，杂质则经振动筛筛选出后落入侧面的除杂斗。储料仓中的煤泥经过料斗流入正压给料机，通过正压给料机调节输送量后，用膏体泵将煤泥从锅炉顶部送入。

2 煤泥输送系统的关键配置及工作原理

2.1 膏体泵

2.1.1 膏体泵的工作原理

公司使用的膏体泵是一种双缸锥阀式柱塞泵，是在传统双缸S摆式柱塞泵的基础上研发出的新型柱塞泵。主要由泵送油缸、泵送缸、吸料阀、排料阀、泵送活塞、液压驱动系统等组成。

正压给料机 （预压螺旋输送机）接收储料仓中的高浓度膏体物料，由电机减速器驱动，通过同步齿轮箱使2根螺旋轴相向旋转，对高浓度膏体物料进行输送，并对其进行初步加压，将物料以一定的正压力送入料斗室。

左、右输送缸在2个液压缸驱动下交替吸入和泵出物料，煤泥进入料斗室内，左侧进料锥阀打开，出料锥阀关闭，左料缸吸料，同时右侧进料锥阀关闭，出料锥阀打开，右料缸推料；左、右料缸交替完成输送任务。

右料室与料斗连通时，主油泵的压力油进入左液压缸无杆腔，左液压缸活塞推出，并带动左输送缸活塞伸出产生泵送动作，左输送缸中的物料通过左出料锥阀孔被泵入输送管道。与此同时，左液压缸有杆腔中的液压油通过左、右液压缸相连的管路进入右液压缸有杆腔，推动其活塞回缩，从而带动右输送缸活塞后移产生吸力，将料斗内的物料吸入右输送缸中。当右输送缸的活塞即将到达输送缸端点时，安装在主液压缸和输送缸之间的感应套到达洗涤室中接近开关的下方，其连杆上感应套的感应信息被接近开关接收，PLC即发出电信号，使电磁换向阀控制液压油缸换向，使右进料锥阀前进，右进料室关闭，同时，左进料锥阀后退，左料室与料斗连通。

与此同时，PLC也向电磁换向阀发出换向信号，使补油泵输出的压力油经主油泵电液换向阀而进入控制主泵斜盘的油路，改变主泵斜盘的方向及角度，使油泵出液反向，压力油进入到右主液压缸的无杆腔，完成与上一次主油缸相反的动作。此时左侧输送缸中的浓料已完全压入输送管道，右侧输送缸已吸满物料而完成了一个工作循环。如此往复循环，实现物料的自动泵送。

左、右主油缸不断交替地完成各自的吸送行程，使料斗里的物料源源不断地输送到输送管道中，并通过泵外铺设的管道输送到锅炉给料点，完成泵送作业。

2.1.2 膏体泵的控制及润滑

（1）液压动力部分。液压主泵送回路和锥阀换向回路各自独立，分别采用不同的液压泵供油，互不干扰。主泵送部分采用闭式液压系统，由电液比例阀换向，并通过电液比例阀自动调节输出量；另外，蓄能器外补油方式能及时地为主泵补油，从而有效防止主泵因吸空而损坏。摆动油缸液压回路为开式液压系统，采用电液换向阀换向，换向速度快、操作灵敏、调节方便。

（2）控制部分。采用PLC控制器控制，具有输出量无级调节、远程调控、运行状态模拟、数字显示等功能，并能同其他设备进行通讯。

（3）润滑系统。润滑系统由润滑脂泵、润滑脂箱、润滑脂分配阀、润滑管路和各润滑点组成，其主要作用是润滑锥阀油缸，以减少运动时的阻力及摩擦，并防止浓料渗入而磨损运动部件。

（4）冷却系统。采用水冷方式对液压系统进行冷却，主要由冷却器、水管组成，其主要作用是冷却主泵送系统经冲洗阀的回油；同时，本机洗涤室内的水对物料缸、活塞兼有冷却作用。

2.2 PLC自动控制系统

2.2.1 控制系统概述

煤泥输送系统电气自动控制部分采用西门子S7-200系列PLC作为其核心部件，上位机采用触摸屏。物料输送系统由现场控制单元和集控单元构成通讯网络。现场控制单元主要完成膏体泵的控制任务，还包括膏体制备机、振动筛、闸板阀、保料仓滑架、预压螺旋给料机及液压辅助设备的控制与操作；集控单元主要完成整个物料输送系统的控制。操作员通过触摸屏发送指令给PLC控制器，完成对煤泥输送系统设备的控制，同时反馈信号通过触摸屏显示出设备的运行状态。

2.2.2 膏体泵行程控制

煤泥输送PLC自动控制系统是一个复杂的联锁控制系统，对时序有严格要求，其中，最为关键的是膏体泵主、副油缸活塞的前进、后退行程换向和联动锥阀的前进、后退，以完成膏体泵动作顺序的控制 （膏体泵动作顺序：按下启动按钮→液压站启动→锥阀缸左动作→主油缸左动作→锥阀缸右动作→主油缸右动作）。系统由1台PLC为控制中心，控制所有数字和模拟I／O模块，设备状态通过数字输入模块 （DI）读入，数字输出模块 （DO）用于设备控制，外部连续变化的物理量通过模拟量输入模块 （AI）读入。

3 煤泥输送系统的设备选型

（1）膏浆制备机：主要用于对煤泥搅拌、制浆，电动机带动减速器驱动搅拌轴，通过搅拌轴上的螺旋叶片对煤泥进行搅拌，以制成含水率约30%的均匀性粘稠膏体，为下一步煤泥的管道输送创造条件。

（2）振动筛：膏浆制备机制备的粘稠膏体状煤泥中含有一定的杂质 （滤布、焊条、矸石等），不利于泵送，采用振动筛能够将杂质从粘稠膏体状煤泥中分离出来，将干净的煤泥卸入储料仓中，为后续系统的顺利运行提供保障，筛上杂质则进入收集车运至厂房外。

（3）保浆缓存仓：为方形钢结构，仓顶部配有料位计；仓底设有液压滑架装置，主要作用是破拱给料；底部设有2个矩形大口径出料口。

引导学生思考，让学生用自己的语言表述，在学生表述的基础上概括抽象生成“集合”的描述性概念：一般地，一定范围内某些确定的、不同的对象的全体构成一个集合.集合中的每一个对象称为该集合的元素，简称元.

（4）正压给料机：为双螺旋轴结构，变频调速，可根据设定给料压力自动调整输送量（当出料斗中介质的压力升高时，自动降低转速从而减少输送量；当出料斗中介质的压力降低时，自动提高转速从而增大输送量），保证以一定的压力向膏体泵供料，实现有压给料，保证膏体泵的吸入效率。

（5）膏体泵：膏体泵采用开式液压系统，具有压力冲击小、管路压力损失小、高效、节能、自动调节泵送输出量 （即出料稳定）等优异功能，主要易损件表面经过特殊强化处理，使用寿命长，维修和更换方便。

（6）立式给料机：立式给料机安装于锅炉顶部，采用滑阀结构形式，以液压缸为动力源，入料端与输送管相连，出料端通过锅炉接口器与锅炉相连，通过在总控室远程操控实现向锅炉炉膛内喂料；立式给料机有送料、清洗2个工位，具有送料、清洗、疏通的功能。

（7）电控系统：PLC采用西门子S7-200系列，上位机采用触摸屏，操作员通过触摸屏发送指令给PLC控制器，完成对系统设备的控制，同时反馈信号通过触摸屏显示出设备的运行状态；输送系统可实现现场、远程控制，远程控制采用硬接线与DCS通讯，信号包括膏体泵启停、泵送启停以及流量调节、总故障反馈及泵送状态反馈。

煤泥输送系统设备明细见表1。

表1 煤泥输送系统设备一览表

4 煤泥掺烧机理

煤泥给料口设置在炉膛顶部，煤泥呈团状进入炉膛，给料方式为间断给料，间断时间取决于煤泥泵的开度即单位时间的泵送次数。炉膛深度19m，炉膛内烟气向上的流速为3.5～6.5m／s，煤泥在重力的作用下从炉顶落到埋管上，经过埋管下落到布风板；在煤泥团的下落过程中，在高温烟气的作用下，煤泥团外表会形成一层坚硬耐磨的外壳，当煤泥团落到布风板上的高温床料层后，在炉内高温的作用下，煤泥团内的水分被加热蒸发，煤泥团膨胀而爆破成若干个小的煤泥团，再次吸收热量膨胀爆破，直至破碎成细小的能够参与循环燃烧的颗粒。

5 烟煤与煤泥掺烧的比较

35t／h循环流化床锅炉设计用煤的低位发热量为22450kJ／kg，但由于煤种及煤质方面的原因，实际入炉煤热值的变化可能很大，典型的煤泥煤样和设计用煤 （烟煤）煤质的比较见表2。

表2 典型煤泥煤样与设计用煤的煤质对比

6 煤泥掺烧试验

2017年2月，公司煤泥利用项目破土动工，2017年4月底，泵房、厂房、煤泥预处理系统、泥浆泵及管路安装完成。

第1次煤泥掺烧试验于2017年5月上旬进行，煤泥膏体泵为定量输送，输送量为5t／h，鼓风机风量32000m3／h，锅炉产汽在18t／h左右，运行6h，出现了一系列的问题：设备投运之初2h内，锅炉炉膛温度上升15℃左右，锅炉产汽量增加；随后几小时锅炉引风出现问题，风门风量调节失效，锅炉负荷无法调节，通过观火孔观察发现锅炉炉膛密相区埋管上堆积大量未燃烬的煤泥，掺烧试验停止。

第2次掺烧试验时，更换了煤泥膏体泵泵头，将定量泵改为变量泵，煤泥膏体泵主缸直径150mm，主缸行程500mm，煤泥密度1300kg／m3，根据柱塞泵比例阀开度调节主缸行程时间，确定给料量 （煤泥膏体泵比例阀开度与输送量的对应关系如表3）；同时，对锅炉给料器配压缩空气管线，用压缩空气对锅炉入口煤泥进行分散，防止煤泥在炉膛密相区埋管上堆积。试验过程及情况为：开启压缩空气，将煤泥膏体泵比例阀开度设定为43%，主缸行程时间为188.4s，煤泥输送量216kg／h，锅炉产汽在25t／h左右，运行2h，情况良好；多次调整煤泥膏体泵比例阀开度，调整到46%时，煤泥输送量达1129kg／h，运行24h，炉膛密相区埋管上有煤泥堆积的现象，后调整煤泥膏体泵比例阀开度到45%，煤泥堆积现象减少，煤泥膏体泵可持续运行。

表3 煤泥膏体泵比例阀开度与煤泥输送量的对应关系

7 掺烧试验总结

7.1 煤泥掺烧投加量调节

（1）锅炉启动后，通知煤泥泵值班员做好煤泥上料的准备工作，但禁止立刻投煤泥。

（2）当锅炉燃烧工况稳定、出口烟气温度达到750℃方可进行煤泥投加，因为出口烟气温度较低时投加煤泥，煤泥中的水分无法析出，影响煤泥的爆燃过程。

（3）投加初期，煤泥管路物料中水分较高，投加过程应缓慢，并保持与煤泥泵值班员的联系，调节煤泥投加量时，系统反应较慢，不要盲目地增减煤泥量，最好是按额定负荷的1%缓慢调整，调节间隔时间以5～10min为宜，锅炉燃烧工况不稳定时调节间隔时间更应延长，或减小煤泥投加量，待工况稳定后再根据床温、烟气氧量等参数的变化同步调节给煤量。另外，泵送时应保证煤泥的浓度，煤泥不宜过稠也不宜过稀，煤泥含水量以30%为宜，过稠会增加管道磨损，易堵塞煤泥输送管道；过稀则水分过高，易浇灭炉火。

（4）煤泥投加的整个过程中，司炉要勤与煤泥泵站联系，同时增加炉前观察次数，据炉内实际工况及时进行风量、煤量等的调整，控制好床温，保持炉况稳定，若投加过程中锅炉燃烧工况出现异常或床温变化较大，应及时停加煤泥。

7.2 煤泥掺烧的参数控制

（1）炉床温度的控制：运行中司炉要密切监视炉床温度，并积极调整给煤量或煤泥量，保持炉床温度的稳定，一般控制在900～950℃，过高易结焦，过低易灭火，正常生产情况下最低不应低于800℃；炉床温度变化较大时，除调节煤泥量和给煤量外，还应调节送风量，但严禁低于最低流化风量；对于料层温度、返料器温度不均衡现象，应利用对应的不均衡给煤机进行调节，尽量减小床温偏差。

（2）料层差压的控制：煤泥颗粒较小、质量小，在炉内燃烧时间短，燃烧过程发生在炉膛稀相区，炉膛热惯性相对较小，这就需要炉内有较多的蓄热量，也就是要保持较高的料层，料层差压一般保持在8400～9000Pa；当煤泥掺烧时料层增长很慢或降低时，应适当给煤，以补充底料数量及可燃物含量。

（3）返料器灰量的控制：一般情况下利用返料风室压力来监视返料器灰量，返料风室压力一般保持在14～16kPa，通常利用放循环灰进行控制，放灰时严禁只使用1个放灰管放灰，应根据实际情况2个灰管轮换使用，因为有了充足的返料器灰量才能保证较高的循环倍率，从而保证锅炉的出力及效率。

（4）炉膛负压的控制：煤泥颗粒较小，入口又在炉顶 （距炉膛烟气出口较近），很容易被烟气带出炉膛，易造成锅炉尾部烟道内燃烧，因此需要保持较低的炉膛负压，一般应控制在0～－50Pa；如果尾部烟气温度上升很快，表明炉膛出口负压控制不当，有大量的煤泥颗粒进入尾部烟道，此时应迅速切出煤泥系统，减小一、二次风量和引风量，降低烟气流速。

总之，煤泥掺烧过程中应注意监视各部位的烟气温度和烟气压力，以分析和判断炉内的燃烧状况，以便及时作出相应的控制和调整。

8 社会效益与经济效益

目前公司在1＃锅炉上进行煤泥掺烧试验，煤泥投加量为775kg／h，吨蒸汽消耗煤泥0.0322t，按2台锅炉蒸汽产量50t／h、年生产时间333d计，掺烧煤泥后蒸汽的生产成本为90.33元／t，而使用燃料煤时蒸汽的生产成本为94.08元／t。可见，掺烧煤泥每年可节约煤炭 （燃料煤）费用 （94.08－90.33） ×50×8000÷10000＝150万元，年可综合利用煤泥12400t。

公司煤泥综合利用项目不仅有效地降低了蒸汽的生产成本，而且实现了清洁生产与环境保护的有效结合，减少了环境污染，达到了资源节约与综合利用的目的，响应了建立环境友好型、资源节约型社会的号召，为推动我国循环经济、清洁生产的发展作出了一点贡献。此种掺烧技术，在处理其他粘稠固体废弃物方面也具有相当广阔的应用前景，值得推广应用。

［1］张建民，李春梅.我国煤泥综合利用现状、问题及建议［J］.中国能源，2010（10）：38－40.

［2］郭宇杰.膏体泵在电厂煤泥输送系统的应用 ［J］.内蒙古煤炭经济，2016（1）：107－108，110.

［3］张鹏程，巩长勇.一种新型高压膏体输送泵——锥阀泵的研制与应用 ［J］.煤炭工程，2013（4）：114－115.