张小巍
洗煤泥和煤矸石同为洗选加工过程中排放的废弃物,如果单纯从废料遗弃的角度看,由于煤矸石通常呈较大的颗粒状,容易脱水,便于运输,在堆积状态下形态也比较稳定,因此,作为废料遗弃(上矸石山),对生产和环境的影响也不很大(大的问题是占用土地)。洗煤泥则不然,由于其颗粒很细,水份高、粘度大,不易运输,而且在堆积状态下形态极不稳定,遇水即流失,风干即飞场,作为废料遗弃,造成的问题比洗煤矸石大得多。目前,许多洗煤厂对洗煤泥的处理缺乏有效的措施,不仅对周围环境造成了严重污染 ,而且制约着选煤厂的正常生产。
1 作电厂燃料右以大量利用洗煤泥 从能源利用角度上看,洗煤泥的发热量,多数比煤矸石高,而且用洗煤泥作燃料,不必象煤矸石那样须经过预先的破碎和筛分,即燃料的预处理系统比较简单。因而,回收利用洗煤泥比回收利用煤矸石具有更好的效益。为了解决洗煤泥的回收利用问题,有关单位曾采取过一些对策,如制成型煤销售,销售给土砖窑烧砖等,但这些方法的处理量有限,不可能从根本上解决大量的洗煤泥的处理问题。 在探讨高效益,大批量处理洗煤泥的新途径中,将洗煤泥作为电厂锅炉燃料用于发电和供热是最有吸引力的。为了探讨在电厂锅炉内直接燃用高水分、高灰分、高粘度、低热值的洗煤泥发电的可行性,国家在“六五”期间,下达了“洗煤泥流化床燃烧技术”的国家攻关项目,该项目在煤炭部领导下,由浙江大学牵头,永荣矿务局和煤炭科学研究总院北京煤化所参加联合攻关,经过三方的共同努力,终于在永荣矿务局电厂一台10t/h流化床锅炉上成功地完成了全烧洗煤泥发电的工业性试验,实现了稳定地燃用水份为25%～30%,灰份为50%～55%的永荣洗煤泥,锅炉满负荷连续运行101.5h,经热工测试锅炉燃烧效率平均达到95.45%,最高达97.1%。为洗煤泥的处理和利用开辟了一条值得推广的新途径。在此基础上,国家在“七五”期间,下达了“35t/h洗煤泥流化床锅炉”的研制和开发的国家攻关项目,该项目在煤炭部领导下,由浙江大学牵头,组织兖州矿务局和杭州锅炉厂等单位联合攻关。该攻关项目所研制、开发的35t/h洗煤泥流化床锅炉安装投运于兖州矿务局兴隆庄煤矿电厂。经机电部火电产品质量监督检测中心测定,该锅炉燃用水份为25%,灰份高于40%的兖州矿务局兴隆庄煤泥,锅炉燃烧效率达96%,锅炉热效率达83.5%,截至1995年底,该锅炉累计运行时间已超过25000h。
2 混烧洗煤泥和煤矸石的实践 以发展的眼光看,只开发35t/h煤泥流化床锅炉,在实用上还存在有一定的局限性。首先,开发35t/h煤泥流化床锅炉,是单纯以洗煤泥为燃料而设计,要满足一台35t/h 煤泥炉全年满负荷连续运行6000h以上,需要的煤泥量约为7.8万t(标煤耗按0.62kg/kW h,入炉煤泥热值按8.36MJ/kg计)。一座年入洗原煤量为100万t的中型选煤厂,年排放煤泥量仅约5万t,显见,不能满足一台35t/h煤泥流化床锅炉年需要的煤泥量。在我国煤炭系统中,中小型选煤厂有200余个,要将这批中小型选煤厂排放的煤泥给予回收和利用,只开发35t/h煤泥流化床锅炉是有局限性的。如果要将这批中小型选煤厂排放的选煤泥用来发电,只能开发20t/h煤泥流化床锅炉(与其相配套一台3000kW汽轮发电机组),较35t/h煤泥流化床锅炉,在容量、参数上低一个档次,经济性较差。而且与我国煤炭系统所确定的以容量为6000kW(配一台35t/h锅炉)及以上容量机组为主要格局的低热值燃料发电规划相矛盾,四川永荣矿务局的荣昌选煤厂(年入洗原煤100万t)就碰到了这个具体问题。
考虑到国内这批中小型选煤厂排放的选煤泥(一般年排放选煤泥量不超过5.5万t) 的回收和利用问题,在1986年2月的“六五”攻关项目“选煤泥流化床燃烧技术”鉴定期间,四川永荣矿务局提出了“35t/h煤泥、煤矸石混烧发电技术”课题的研制和开发建议,当即得到了浙江大学的支持和响应。经过一段时间的酝酿,永荣矿务局和浙江大学于1987年10月在永荣矿务局签定了在永荣矿务局电厂35t/h煤矸石锅炉上进行混烧选煤泥、煤矸石的可行性研究的协议,而且对该合作项目的具体内容及任务作了明确的分工。由永荣矿务局提供煤泥和煤矸石,由浙江大学热能工程研究所在其实验室的0 .5MW流化燃烧试验台上进行煤泥、煤矸石混烧发电的试验研究,并于1989年完成了永荣矿务局电厂将35t/h煤矸石流化床锅炉改造为混烧煤泥、煤矸石流化床锅炉的方案设计。1991年底,永荣矿务局、浙江大学热能工程研究所和东方锅炉厂三方代表,在杭州正式签订了合作研制“混烧选煤泥、煤矸石发电的35t/h循环流化床锅炉”课题的协议。
1996年6月,永荣矿务局完成了“混烧选煤泥、煤矸石发电的35t/h循环流化床锅炉”及其相配套的选煤泥挤压泵管道输送给料系统的整机联合启动调试和试运行工作 ,取得了混烧选煤泥重量分别为30%、50%和70%三种工况下,锅炉燃烧稳定,运行正常的满意结果,并在混烧选煤泥重量分别为30%、50%工况下经受了机组满负荷连续运行72h 的试运行考验。1996年11月,四川省锅炉产品质量监督检测站完成了“混烧选煤泥、煤矸石发电的35t/h循环流化床锅炉”的热工测试,各项指标达到了设计要求。
3 几点启示 3.1 煤泥、煤矸石混烧技术是有生命力的 (1)采用煤泥煤矸石流化床混烧技术不仅可以克服中小型选煤厂单独燃用煤泥或矸石不够的缺点,而且同时解决了选煤厂排放的废弃物的环境污染和能源的浪费问题。 (2)煤泥煤矸石混烧试验表明,不同配比的煤泥、煤矸石能在流化床内实现稳定燃烧,且燃烧效率达到92%以上。比在相同条件下单烧煤矸石为高。 (3)煤泥煤矸石混烧脱硫脱硝试验表明,当煤泥含硫量高时,可成功地进行燃烧脱硫,其脱硫效率可达80%以上,采用分段燃烧可以降低NOX排放,降低幅度可达25%～40 %。实现了低污染燃烧。 3.2 煤矸石、煤泥混烧流化床锅炉较为成熟 本锅炉的设计方案具有如下几个特点:(1)采用煤泥煤矸石流化床混烧技术;(2)在保证充分燃烬的前提下,选用低循环倍率(额定工况下循环倍率为2.9);(3)特殊的炉膛结构,以兼顾煤泥和煤矸石的给料方式;(4)采用了中温分离(约600℃)方案和下排气下出灰的特殊的旋风分离器型式,与锅炉烟气流程完全吻合,具有分离性能良好、低阻、结构紧凑等优点;(5)采用流化床回送装置,结构简单合理,性能可靠,调节灵活;(6)系统化的受热防磨措施,确保了锅炉长时间正常运行;(7)采用了床下热烟气流态化点火技术和装置,点火成功率高,省时省油。 锅炉运行情况表明:本锅炉的设计方案先进、合理、稳妥,所采用的设计准则和设计方法正确,设计计算结果与锅炉运行参数能较好地吻合。 现以安装于永荣矿务局电厂的DG35/3.82-15循环流化床锅炉为例,该炉不仅能全烧煤矸石,而且能混烧重量占30%至92%的选煤泥,煤矸石热值在5.72～13.36MJ/kg,选煤泥热值在4.28～10.99MJ/kg时都能保持稳定燃烧。热工测试表明,设计工况时,该锅炉热效率达85.35%,燃烧效率达95.12%。永荣矿务局荣昌选煤厂年产选煤泥约5万余t, 热值在5.5～6.0MJ/kg,如全部用于发电,可发电1700万kWh,纯利润约280万元。 3.3 选煤泥管道输送系统需进一步完善 选煤泥挤压泵管道输送给料系统包括制备系统及输送系统。制备系统包括加水搅拌、筛粗去杂到中储存放等设备,工艺简单、操作方便、制备好的洗煤泥可以短期(一般五天内)存放;输送系统(包括选煤泥挤压泵、输送管道和给料器)为全封闭系统,布置简单、占地少,同时防止了选煤泥输送过程中对周围环境的污染。通过几年来的试验和运行,该系统上料稳定、可靠,运行调节灵活方便,流量可随燃烧需要增减,最高可达10t/h以上,水分可在32%～37%范围内调整,系统维护、检修简单。现在整个输送给料系统中,较薄弱的环节是挤压泵的挤压胶管,由于工作条件较差,一般用300多小时就要更换,若能进一步提高胶管的性能,增加使用寿命,那么对进一步降低成本,是更为有利的。