王永斌， 閆岳鋒

（山西陽(yáng)光發(fā)電有限責(zé)任公司， 山西　陽(yáng)泉　045200）

引言

目前我國(guó)全社會(huì)用電量中約80%來源于火力發(fā)電，水電、核電等清潔能源只占較少一部分，未來我國(guó)發(fā)電的主體依然是火力發(fā)電。調(diào)查顯示很多燃煤電廠從2008年開始面臨著較大的生產(chǎn)成本壓力，煤炭?jī)r(jià)格的上漲幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電價(jià)的上調(diào)幅度，使電廠經(jīng)營(yíng)狀況由盈利逐漸轉(zhuǎn)向微利甚至虧損，很多電廠的發(fā)電積極性受挫，發(fā)電量減少，導(dǎo)致出現(xiàn)違背正常規(guī)律的電荒現(xiàn)象，不僅不利于企業(yè)的生存發(fā)展，而且給全社會(huì)正常的生產(chǎn)、生活帶來負(fù)面影響。因此，如何采取有效措施使電廠扭虧為盈已成為全社會(huì)迫切需要解決的問題，除了要逐漸改革計(jì)劃電市場(chǎng)煤，加強(qiáng)電網(wǎng)的有序管理、采取分段電價(jià)等措施外，降低電廠燃料成本成為燃煤電廠自救的必要途徑。根據(jù)在山西陽(yáng)泉地區(qū)調(diào)查，煤泥的市場(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)低于電煤，所以很多電廠都選擇購(gòu)進(jìn)大量煤泥進(jìn)行摻燒，而由于煤泥自身的特點(diǎn)，直接摻燒煤泥會(huì)對(duì)電廠設(shè)備造成損壞。本文從燃煤電廠的生產(chǎn)成本入手，提出了采用煤泥烘干系統(tǒng)加工煤泥后與電煤進(jìn)行摻燒來降低生產(chǎn)成本的方法[1]。

1　煤泥簡(jiǎn)介

煤泥是煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的包含煤粉、灰分、水分、礦物質(zhì)等成分的一種廢棄物，其具有發(fā)熱量較低、水分高、黏性大等特點(diǎn)，使得它的存放、運(yùn)輸和使用都比較困難，這樣的煤泥晾曬幾個(gè)月，表面似已干燥，內(nèi)部含水率幾乎不降，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，曾長(zhǎng)期被電力用戶棄用。尤其是煤泥露天堆放時(shí)極易發(fā)生煤泥流失分化進(jìn)入空氣和河流，造成環(huán)境污染，同時(shí)煤泥中含有的煤粉成分隨之流失，煤泥的處理也成為煤礦企業(yè)的棘手問題，所以煤礦企業(yè)出售煤泥的價(jià)格要遠(yuǎn)低于電煤價(jià)格。對(duì)于燃煤電廠而言，直接使用煤泥會(huì)造成鍋爐制粉系統(tǒng)堵煤及斷煤事故，破壞電廠發(fā)電設(shè)備，易造成堵煤影響電廠的安全生產(chǎn)。但由于煤炭?jī)r(jià)格的上漲，燃煤電廠被迫選擇價(jià)格較低的煤泥進(jìn)行摻燒，如何合理利用煤泥則成為燃煤電廠首要考慮的問題。

2　煤泥烘干系統(tǒng)的工作流程和主要設(shè)備

煤泥烘干系統(tǒng)是采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)專門針對(duì)有效處理煤泥制作而成。一臺(tái)整機(jī)容量在290 kW，出力能力在45 t/h的煤泥烘干系統(tǒng)的工作流程是：沸騰爐燃燒產(chǎn)生溫度高達(dá)600～700℃的高溫?zé)煔?，由鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)配合使高溫?zé)煔鈴幕剞D(zhuǎn)滾筒中穿過，此時(shí)裝載機(jī)將高水分（ω（H2O）20%～25%）的煤泥放進(jìn)煤泥打散機(jī)，打散后的煤泥由上料皮帶輸送至回轉(zhuǎn)主滾筒，隨著主滾筒的不停旋轉(zhuǎn)通過高溫?zé)煔鈱衩耗嗪娓沙傻退郑é兀℉2O）12%～14%）的粉狀煤，粉狀煤由出料皮帶輸送至煤場(chǎng)。然后通過燃煤電廠的輸煤設(shè)備將烘干后的粉狀煤和電煤按一定比例混合輸送至制粉系統(tǒng)，進(jìn)入鍋爐燃燒[2]。

圖1　煤泥烘干系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

煤泥烘干系統(tǒng)主要包括高溫沸騰爐、煤泥打散機(jī)、上料皮帶、回轉(zhuǎn)主滾筒、出料皮帶、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)除塵器和袋式除塵器等設(shè)備（如上頁(yè)圖1）。

2.1　回轉(zhuǎn)主滾筒

回轉(zhuǎn)主滾筒也稱為滾筒干燥機(jī)，是整個(gè)烘干系統(tǒng)生產(chǎn)線的核心部分。該設(shè)備由機(jī)體、托輪裝置、擋托輪裝置、密封裝置、傳動(dòng)裝置等組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，筒體前后滾圈支承在托輪裝置及擋托輪裝置上。擋托輪裝置上的一對(duì)擋輪可防止筒體上下串動(dòng)。傳動(dòng)裝置通過筒體上的大齒圈帶動(dòng)筒體旋轉(zhuǎn)。筒體兩端設(shè)有密封裝置，防止冷空氣進(jìn)入筒體和防止燃燒室、筒體、排料箱的煙氣、塵埃溢出。濕物料從入料端直接落入給料箱，并由螺旋導(dǎo)料裝置將物料導(dǎo)入干燥機(jī)，經(jīng)活動(dòng)翼板和帶清掃裝置的弧形揚(yáng)料板等的作用；再由于機(jī)體的傾斜和回轉(zhuǎn)，將物料不斷的拋撒并做縱向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)與進(jìn)入筒體的高溫介質(zhì)進(jìn)行質(zhì)熱交換，使水分得以蒸發(fā)，物料得以干燥[3-4]。

該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是能將粘結(jié)成大塊的煤泥打碎，再經(jīng)帶清掃裝置的圓弧形篦條揚(yáng)料板，增大物料和熱介質(zhì)的接觸面積，并能清掃掉粘結(jié)在揚(yáng)料板內(nèi)外的粘結(jié)物，獲得符合要求的粒度、水分的煤質(zhì)。

圖2　回轉(zhuǎn)主滾筒結(jié)構(gòu)圖

滾筒干燥機(jī)工作流程如下。

首先，將具有高濕、高粘結(jié)性的煤泥放進(jìn)煤泥打散設(shè)備，經(jīng)過打散的塊狀煤泥由帶式上料機(jī)輸送進(jìn)入呈負(fù)壓的回轉(zhuǎn)滾筒后分為以下幾個(gè)工作區(qū)。

1）導(dǎo)料區(qū)：濕煤泥進(jìn)入此區(qū)與高溫負(fù)壓熱風(fēng)接觸后被迅速蒸發(fā)出大量水分，煤泥在大導(dǎo)角的抄板抄動(dòng)下，形不成粘結(jié)便被導(dǎo)入下一個(gè)工作區(qū)。

2）清理區(qū)：濕煤泥在此區(qū)被抄板抄起形成料幕狀態(tài)，物料落下時(shí)易形成粘結(jié)滾筒壁現(xiàn)象，在此區(qū)由于設(shè)備設(shè)計(jì)有清掃裝置，清掃裝置可以快速清理掉粘結(jié)筒壁的煤泥，在這個(gè)過程中，清掃裝置對(duì)于煤泥團(tuán)球結(jié)塊也起破碎作用，從而增加了熱交換面積，提高傳熱傳質(zhì)的效率，提高了干燥速率。

3）傾斜揚(yáng)料板區(qū)：此區(qū)是低溫干燥區(qū)，煤泥在此區(qū)已呈低水分松散狀態(tài)，此區(qū)已不具有粘結(jié)現(xiàn)象，經(jīng)過熱交換后成品達(dá)到所要求的水分要求，運(yùn)動(dòng)進(jìn)入最后的出料區(qū)。

4）出料區(qū)：干燥主機(jī)滾筒在此區(qū)不設(shè)抄板，物料在此區(qū)滾動(dòng)滑行至排料口，完成整個(gè)干燥過程。

為了達(dá)到最佳的烘干效果和環(huán)保的要求，烘干系統(tǒng)中其他主要設(shè)備的選型也是至關(guān)重要的。以下主要對(duì)烘干系統(tǒng)中熱源和除塵設(shè)備作簡(jiǎn)單分析。

2.2　高溫沸騰爐

高溫沸騰爐是煤泥烘干系統(tǒng)的重要熱源，它能以劣質(zhì)煤取代優(yōu)質(zhì)煤進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔鈦砗娓擅耗唷Ｆ浣Y(jié)構(gòu)如圖3，設(shè)備包括：沸騰爐、沸騰爐基礎(chǔ)、圓盤喂料機(jī)、斗提機(jī)、原煤倉(cāng)、粉碎機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等。該爐具有燃燒速度快，供熱效率高，環(huán)境無(wú)污染的顯著特點(diǎn)，具有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

高溫沸騰爐的主要技術(shù)特點(diǎn)是：等壓風(fēng)室，兩段燃燒，采用U型燃燒段可分離和收集未燃盡的細(xì)小碳粒，又可延長(zhǎng)其燃燼時(shí)間；采用大節(jié)距變孔徑風(fēng)帽的布風(fēng)裝置，有良好的硫化質(zhì)量和燃燒工藝，減少邊壁效應(yīng)帶來的布風(fēng)不均勻的影響；采用大過量空氣系數(shù)，加強(qiáng)爐內(nèi)空氣攪動(dòng)，強(qiáng)化燃燒，使煤在爐內(nèi)燃燒充分，溫度均勻，控制方便；采用合理的懸浮段結(jié)構(gòu)，煙氣流速較低，細(xì)灰?guī)ё吡啃?，供熱煙氣最高溫度可達(dá)1 050℃，煤粒燃燼95%以上。

圖3　高溫沸騰爐

2.3　兩級(jí)除塵系統(tǒng)

煤泥烘干機(jī)烘干煤泥后產(chǎn)生的粉塵較大，含塵濃度高、水分大、易結(jié)露、而且廢氣污染范圍廣，所以在選擇除塵設(shè)備時(shí)需進(jìn)行環(huán)保層面考量，某廠利用兩級(jí)除塵系統(tǒng)進(jìn)行除塵。

GXC型高效旋風(fēng)除塵器是除塵系統(tǒng)的一級(jí)除塵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖4，用在煤泥干燥系統(tǒng)中分離煤粉，凈化干燥廢氣的一種新型高效旋風(fēng)除塵裝置，主要針對(duì)煤炭干燥脫水，凈化煙氣，回收煤粉，保護(hù)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，它具有除塵效率高，阻力低，性能穩(wěn)定，無(wú)傳動(dòng)部件，使用方便，占地面積小等特點(diǎn)。

JQM系列氣箱脈沖袋式除塵器是整個(gè)除塵系統(tǒng)的二級(jí)除塵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖5，該設(shè)備整合了分室反吹和噴吹脈沖袋式除塵器的特點(diǎn)，克服了分室反吹的清灰動(dòng)能不足，噴吹脈沖的清灰與過濾同時(shí)進(jìn)行的缺陷，收塵效率可達(dá)99.9%以上，凈化后氣體的含塵質(zhì)量濃度小于50 mg/m3，擴(kuò)大了袋式除塵設(shè)備的應(yīng)用范圍，能夠適應(yīng)高濃度除塵，采用離線清灰技術(shù)進(jìn)行分室反吹脈沖清灰，既避免了在線式清灰產(chǎn)生的粉塵二次飛揚(yáng)再吸附現(xiàn)象，又不影響設(shè)備運(yùn)行工況的正常連續(xù)運(yùn)行，提高了清灰效果，延長(zhǎng)了濾袋使用壽命；設(shè)備采用氣箱式結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備的局部阻損；采用雙膜片結(jié)構(gòu)電磁脈沖閥，具有控制靈敏，效率高，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

圖4　GXC型高效旋風(fēng)除塵器

圖5　JQM系列氣箱脈沖袋式除塵器

經(jīng)過煤泥烘干系統(tǒng)處理的煤泥大大減少了鍋爐及上煤系統(tǒng)斷煤及堵煤現(xiàn)象，可以安全無(wú)隱患地運(yùn)用于火力發(fā)電廠，確保了機(jī)組安全運(yùn)行。

3　煤泥烘干系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

煤泥干燥系統(tǒng)主要有低壓配電裝置、PLC控制裝置和儀表裝置三部分組成一個(gè)完整控制體系。

3.1　低壓配電裝置

包括低壓柜、PLC柜、變頻器柜、啟動(dòng)柜，集成煤泥干燥系統(tǒng)內(nèi)所有電機(jī)的主回路和二次控制回路。操作臺(tái)裝有工控機(jī)及UPS電源，便于操作，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、就地進(jìn)行切換的功能。

3.2　PLC控制裝置

PLC控制部分主要由PLC控制模塊和工控機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備集中聯(lián)鎖啟/?？刂疲瑢?shí)現(xiàn)設(shè)備的就地和遠(yuǎn)方手動(dòng)操作功能，并具有溫度聯(lián)鎖自動(dòng)啟動(dòng)功能。工控機(jī)的動(dòng)態(tài)面板顯示烘干系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)線各部件的運(yùn)行情況，同時(shí)可以監(jiān)視各變頻器輸出頻率及沸騰爐和烘干機(jī)的出口溫度。

1）在集中聯(lián)鎖狀態(tài)下，操作界面如圖6，進(jìn)入工控機(jī)動(dòng)態(tài)操作面板，先設(shè)定引風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度為0，然后依次點(diǎn)擊系統(tǒng)集中、設(shè)備連鎖、溫度連鎖按鈕，最后點(diǎn)擊系統(tǒng)開車按鈕，則所有設(shè)備（即進(jìn)料皮帶、除塵攪龍、引風(fēng)機(jī)、出料皮帶、回轉(zhuǎn)滾筒、打散喂料機(jī)、上料皮帶）就會(huì)按照程序順序啟動(dòng)。

圖6　集中聯(lián)鎖狀態(tài)操作界面圖

2）在溫度聯(lián)鎖狀態(tài)下，如下頁(yè)圖7，可以設(shè)定出料口的上限溫度、下限溫度，滾筒的高頻率、正常頻率、低頻率，打散喂料機(jī)的高頻率、正常頻率、低頻率，引風(fēng)機(jī)風(fēng)門的高開度、正常開度、低開度，摻風(fēng)閥的開關(guān)臨界溫度以及打散運(yùn)行時(shí)間和停止時(shí)間。通過溫度和頻率的設(shè)定，來控制煤泥烘干系統(tǒng)的出口溫度、出料質(zhì)量和產(chǎn)量。當(dāng)滾筒出口采集到的實(shí)際溫度大于摻風(fēng)閥的開關(guān)臨界溫度，則打開摻風(fēng)閥，使?jié)L筒出口溫度降低，以免燒壞袋式除塵器的布袋；當(dāng)出口采集到的實(shí)際溫度小于摻風(fēng)閥的開關(guān)臨界溫度，則關(guān)閉摻風(fēng)閥。當(dāng)滾筒出口采集到的實(shí)際溫度小于出料口設(shè)定的下限溫度，為保證出料質(zhì)量，滾筒執(zhí)行低頻率，喂料機(jī)執(zhí)行下限頻率，引風(fēng)機(jī)風(fēng)門執(zhí)行低開度值，此時(shí)產(chǎn)量逐步降低；滾筒出口采集到的實(shí)際溫度大于出料口下限溫度并且小于出料口上限溫度，則滾筒執(zhí)行正常頻率，打散喂料機(jī)執(zhí)行正常頻率，引風(fēng)機(jī)風(fēng)門執(zhí)行正常開度，此時(shí)產(chǎn)量正常。當(dāng)滾筒出口采集到的實(shí)際溫度小于出料口上限溫度，則滾筒執(zhí)行高頻率，打散喂料機(jī)執(zhí)行上限頻率，此時(shí)產(chǎn)量逐步升高。打散喂料機(jī)的運(yùn)行條件可根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)定其運(yùn)行時(shí)間和停止時(shí)間[4]。

3.3　儀表裝置

主滾筒的出口和入口都裝有溫度測(cè)量?jī)x，溫度通過儀表裝置在就地顯示，并通過串口傳輸?shù)焦た貦C(jī)上顯示。鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的風(fēng)門由電磁閥門控制，風(fēng)門的開度可以在就地儀表裝置查看和控制，可以在工控機(jī)上進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4　引進(jìn)煤泥烘干系統(tǒng)對(duì)電廠經(jīng)濟(jì)效益的影響分析

4.1　摻燒煤泥前各項(xiàng)參數(shù)對(duì)比

某電廠進(jìn)行摻燒煤泥試驗(yàn)，摻燒比例7%，試驗(yàn)在鍋爐負(fù)荷為：300 MW、270 MW、240 MW、200 MW條件下進(jìn)行。分別記錄入爐煤量、廠用電率、主蒸汽流量、過熱器減溫水流量、主蒸汽和再熱蒸汽溫度、金屬壁溫、爐膛負(fù)壓等；進(jìn)行飛灰、灰渣取樣，測(cè)試空氣預(yù)熱器前后煙溫、氧量，計(jì)算得到鍋爐熱效率。在試驗(yàn)過程中，在給煤機(jī)處進(jìn)行入爐原煤取樣。在磨煤機(jī)出口進(jìn)行煤粉等速取樣，并進(jìn)行煤粉細(xì)度與均勻性參數(shù)測(cè)試。

圖7　溫度聯(lián)鎖狀態(tài)詳細(xì)參數(shù)

綜合各負(fù)荷工況下，按摻燒比例為7%煤泥試驗(yàn)結(jié)果及鍋爐效率反平衡計(jì)算結(jié)果可知，如表1和表2所示，摻燒煤泥后，飛灰含碳量、排煙溫度、固體不完全燃燒熱損失、散熱損失、灰渣物理熱損失等不同幅度升高，鍋爐熱效率是降低的，發(fā)電煤耗有所增加，在3～8 g/kWh范圍內(nèi)波動(dòng)。

表1　機(jī)組負(fù)荷不同摻燒煤泥前對(duì)應(yīng)的鍋爐熱效率測(cè)試結(jié)果

4.2　產(chǎn)量及成本概況

1）產(chǎn)量：一套整機(jī)容量在300 kW、生產(chǎn)能力為40 t/h的煤泥烘干系統(tǒng)，每天24 h不間斷運(yùn)行，按每月實(shí)際運(yùn)行天數(shù)25天計(jì)算，則月烘干煤泥24 000 t。

2）熱源成本：根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)表明，煤泥烘干系統(tǒng)每小時(shí)所消耗的原煤為0.8 t，每月消耗原煤480 t，按照市場(chǎng)電煤價(jià)格530元/t計(jì)算，則每月熱源成本為25.44萬(wàn)元。

3）用電成本：根據(jù)實(shí)際測(cè)算，煤泥烘干系統(tǒng)每月耗電量為7萬(wàn)度，按照工業(yè)電價(jià)0.57元計(jì)算，則每月用電成本為3.99萬(wàn)元。

表2　機(jī)組負(fù)荷不同摻燒煤泥對(duì)應(yīng)的鍋爐熱效率和煤耗增量

4）其他成本費(fèi)用（包括人工費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、運(yùn)費(fèi)）約每噸16元。

則單位烘干成本為（254 400+39 900）÷24 000+16=28.26 元 /t。

4.3　經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)調(diào)查目前山西陽(yáng)泉地區(qū)燃煤電廠燃煤市場(chǎng)行情，發(fā)熱量在5 100 kcal/kg、全水10%的電煤價(jià)格大約為530元/t；發(fā)熱量在4 000 kcal/kg、全水25%的煤泥價(jià)格大約為380元/t。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，烘干后的煤泥水分約15%，熱值約4 700 kcal。按水分丟失計(jì)算，除去烘干10%的水分后，煤泥的價(jià)格為380/0.9=422.2。

按熱值差計(jì)算，煤泥與電煤的差價(jià)為（530÷5100）×（5 100-4 700）=41.5元。

按照燃煤電廠摻燒煤泥7%左右的實(shí)際情況，加權(quán)平均后會(huì)提高供電煤耗約5 g/kWh，折合為煤價(jià)升高約20元/t。

由此可見，烘干后的煤泥與電煤的差價(jià)為：530-422.2-28.26-41.5-20=18.04 元 /t。

以月烘干煤泥24 000 t計(jì)算，月節(jié)約成本43.3萬(wàn)元，年節(jié)約成本519.6萬(wàn)元左右。

燃煤電廠可根據(jù)自身機(jī)組規(guī)模和生產(chǎn)需要，引進(jìn)符合本企業(yè)生產(chǎn)狀況的煤泥烘干系統(tǒng)，將烘干后的煤泥按照一定的比例進(jìn)行摻燒，不僅解決了燃煤電廠購(gòu)買電煤難的問題，而且每年為企業(yè)增加的利潤(rùn)也是很可觀的，尤其對(duì)于處在虧損狀態(tài)的燃煤電廠，是扭虧為盈的重要途徑之一。

5　結(jié)語(yǔ)

分析表明，燃煤電廠引進(jìn)煤泥烘干系統(tǒng)摻燒煤泥，不僅可以解決煤泥存放造成的各種環(huán)境問題，產(chǎn)生生態(tài)效益，而且可降低企業(yè)生產(chǎn)成本，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，有效改善火力發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)效益和運(yùn)營(yíng)狀況，從而為全社會(huì)生產(chǎn)、生活用電提供有力保障。因此，在我國(guó)建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、循環(huán)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的大背景下，燃煤電廠引進(jìn)煤泥烘干系統(tǒng)摻燒煤泥具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

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