煤泥利用現(xiàn)況淺析

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本文作者：程川何屏作者單位：昆明理工大學(xué)

煤泥的主要利用形式

根據(jù)煤泥水分、灰分和發(fā)熱量的不同，目前主要用于鍋爐燃燒、制作型煤、型焦及其他用途，其中鍋爐燃燒是目前國內(nèi)最普遍的煤泥利用方法。

1濕煤泥干燥后燃燒

對濕煤泥進行強制干燥可以改善其濕黏特性和燃燒特性，稱為干法利用，可提高發(fā)熱值。以含水量30％的濕煤泥為例，水分每降低1％，發(fā)熱量就可提高1．43％。煤泥干燥后，既可作為動力煤單獨燃燒，也可根據(jù)實際需要與其他煤種摻燒。電廠燃燒或摻燒干煤泥不需要對現(xiàn)有鍋爐及進料系統(tǒng)進行特別改造，但要注意的是，由于煤泥的高灰分特性，會導(dǎo)致排風(fēng)除塵系統(tǒng)負荷增加和鍋爐受熱面的磨損加大。鍋爐摻燒煤泥具有很好的經(jīng)濟性，以陜西榆林市神東礦區(qū)大柳塔煤泥摻燒為例［5］，摻燒比例為50％、60％、70％、80％、90％和100％，摻燒鍋爐為YG．75／5．29．M12型75t／h循環(huán)流化床鍋爐，大柳塔煤泥空氣干燥基高位發(fā)熱量Qgr，ad為25．677MJ／kg，全水分為33．19％，干燥至含水率10％以下，分析結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，隨著煤泥摻燒比例的增加，綜合成本不斷下降。在實際生產(chǎn)中，企業(yè)可根據(jù)鍋爐負荷、運行需要等因素綜合考慮，按比例摻燒或完全燃燒干煤泥。近年來，煤炭價格不斷上漲，火電行業(yè)經(jīng)營壓力增大，企業(yè)只有挖潛增效，降低成本才能擺脫困境，而合理利用煤泥燃燒發(fā)電是降低成本的一個有效途徑。

2濕煤泥直接燃燒

濕煤泥直接入爐燃燒又稱為濕法利用，與干法利用相比，無須配置干燥設(shè)備，但濕煤泥在爐內(nèi)燃燒同樣需要消耗熱量蒸發(fā)所含水分。雖然從能量利用角度來說二者消耗熱量相同，但濕法利用消耗的是鍋爐內(nèi)的高品質(zhì)能量，所以會對鍋爐運行產(chǎn)生較大影響。濕煤泥在鍋爐中燃燒主要應(yīng)解決以下2個問題：1）如何在鍋爐內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定、高效燃燒；2）充分考慮高水、高灰對鍋爐系統(tǒng)的影響。濕煤泥直接投入流化床燃燒后，會在床內(nèi)出現(xiàn)凝聚結(jié)團現(xiàn)象［6－8］。煤泥適度的凝聚結(jié)團有益于流化床沸騰燃燒，但如果任其發(fā)展則會危及運行；所以濕煤泥穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵就是處理好凝聚結(jié)團現(xiàn)象，而不同的投料方式對煤泥結(jié)團燃燒性有不同的影響。按其投料入爐方式不同，可分為爐頂給料、中部給料和下部給料3種，其各有優(yōu)劣，實際生產(chǎn)中可根據(jù)情況選擇。濕煤泥由于其高水、高灰特性，在同等熱量輸入下，相比燃煤，其飛灰濃度和煙氣體積增加10％～15％。這些變化將會給鍋爐對流受熱面的傳熱、積灰、結(jié)焦和磨損以及引風(fēng)機和除塵器的工作帶來負面影響，還會使機組低負荷時安全性降低，在濕煤泥摻燒鍋爐改造設(shè)計時應(yīng)予以重視［9］。但是只要合理改造運行，燃燒濕煤泥仍具有較好的經(jīng)濟、技術(shù)及環(huán)境效益［10－11］。表2為山東兗州濟三電力公司1臺440t／h循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤泥與只燃用中煤的技術(shù)參數(shù)的對比。由此可見，摻燒濕煤泥完全達到了設(shè)計要求。通過不斷改造完善，該公司很快由以燒中煤為主過渡到以燒煤泥為主，由設(shè)計用25％燃用煤泥逐步達到現(xiàn)在的60％左右，低負荷時可達到100％燃燒煤泥，從而降低了發(fā)電成本，提高了經(jīng)濟效益。

3煤泥制漿燃燒

煤泥水煤漿是在高濃度水煤漿基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項煤泥綜合利用技術(shù)。煤泥水煤漿在鍋爐內(nèi)燃燒，具有燃料燃凈率和熱效率高、污染物排放指數(shù)低、環(huán)境影響小等優(yōu)點。而且煤泥特性也很適宜制漿，如煤泥粒度細，不需要預(yù)先磨礦。因灰分高，煤泥表面親水性良好，在同樣濃度下，煤泥制漿的穩(wěn)定性相比水煤漿增加，成漿性良好，可以少加或不加添加劑；所以制漿系統(tǒng)簡單，生產(chǎn)成本低。圖2為一般煤泥制漿流程圖［12］。煤泥、添加劑（酌情添加）與水混合后被送入磨機磨漿，磨后產(chǎn)品經(jīng)過濾、攪拌調(diào)漿。制成的煤泥漿可根據(jù)鍋爐參數(shù)進行調(diào)整，以滿足實際燃燒要求。煤泥水煤漿一般含水率在40％左右，它的熱損失很大，燃燒特性差，煙氣體積增大。因此，除了要保證煤泥漿的良好霧化外，對燃燒設(shè)備及燃燒條件等要求較高［13］，僅適宜于對熱負荷要求不高的情況。煤泥水煤漿適應(yīng)性強，易于利用，雖然損失了許多熱能，但現(xiàn)有各種爐型稍加改造就可用于輔助燃燒，還可以改善現(xiàn)有鍋爐低熱值燃料不足的局面。所以，煤泥制漿燃燒在國內(nèi)仍有相當(dāng)多的應(yīng)用實例。開灤礦務(wù)局與煤炭科學(xué)研究總院唐山分院合作，在呂家坨煤礦開發(fā)研究了高灰煤泥漿直接噴燃技術(shù)，并進行了工業(yè)試驗，取得良好效果［14］。呂家坨礦煤泥的性質(zhì)如下：Vad、Aad、Mad分別為19．62％、35．38％和2．6％，Qad為15．38MJ／kg。利用制成的灰分為40％左右、漿體濃度為55％的煤泥漿與洗中煤進行摻燒，摻燒量為30％～60％，均取得滿意效果，鍋爐熱效率達到90．68％，比單純燒洗中煤提高21．09％。

4煤泥制型煤

型煤是比較成熟的潔凈煤技術(shù)之一。在各種潔凈煤技術(shù)中，工業(yè)型煤的能量轉(zhuǎn)換率最高，可達97．5％。與燒散煤相比，型煤可以減少SO2排放量40％～60％，減少NOx排放量40％，減少煙塵排放量60％～90％，減少強致癌物（Bap）50％以上。因此，將煤泥制成型煤，既有利于節(jié)約煤炭資源，減少煤泥對環(huán)境的污染，又有利于改變選煤廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高選煤廠的經(jīng)濟效益和社會效益［15－16］。煤泥型煤生產(chǎn)應(yīng)注意幾個問題：1）合理控制煤泥水分。型煤成型時最佳水分含量一般為10％～15％，而煤泥所含水分在30％左右，所以需要先進行干燥處理。2）合理選擇使用粘結(jié)劑。因為煤泥灰分含量偏高，所以對粘結(jié)劑的要求更苛刻一些。3）粒度要求。型煤成型要求原料的粒度＜3mm，而煤泥在干燥過程中容易結(jié)塊，需要進行破碎處理。國內(nèi)各礦區(qū)已有煤泥型煤應(yīng)用實例，如山東蔣莊煤礦將煤泥與原煤以9∶1混合，加入6％～8％的無機添加劑，生產(chǎn)的型煤符合工業(yè)鍋爐使用要求［17］；河南理工大學(xué)采用自主開發(fā)的MS無機粘結(jié)劑，利用焦作礦務(wù)局演馬莊煤礦洗煤廠煤泥，生產(chǎn)的鍋爐型煤滿足工業(yè)鍋爐要求，其煤質(zhì)指標(biāo)見表3。對某些特定類型的煤泥，如主焦煤和1／3焦煤煤泥等，還可利用其進行型焦加工，不僅可節(jié)約寶貴的焦煤資源，也可創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。但由于工業(yè)型焦要求嚴格，如冶金焦、氣化焦和電石用焦標(biāo)準均要求固定含碳量＞80％、灰分＜15％等，除少數(shù)特定種類煤泥外，大部分普通煤泥都達不到標(biāo)準，因此限制了煤泥型焦技術(shù)的應(yīng)用。此外，煤泥還可用于民用型煤生產(chǎn)以及水泥、石灰等建材的制造，也可與生物質(zhì)結(jié)合制作生物質(zhì)型煤［18－19］、型焦。近年來，還出現(xiàn)了其他新的利用形式，如將煤炭洗選與城市污水處理結(jié)合起來，利用煤炭的吸附能力凈化污水、污水混合煤泥制漿；同時，實現(xiàn)污水洗煤、煤泥制漿、潔凈燃燒的流程，綜合效益明顯［20］。

煤泥干燥

從現(xiàn)有煤泥的主要利用途徑（煤泥燃燒、煤泥制漿燃燒和型煤型焦等形式）可見，阻礙煤泥大規(guī)模利用的關(guān)鍵是其含水率。特別是近年來動力煤實行以熱值定價之后，煤泥干燥意義更大，不僅擴大了煤泥應(yīng)用范圍，更能提高售價，為企業(yè)帶來很好的經(jīng)濟效益。目前，國內(nèi)廣泛應(yīng)用滾筒式烘干機對煤泥進行干燥。滾筒烘干機由熱源、打散裝置、進料機、回轉(zhuǎn)滾筒、引風(fēng)機和出料設(shè)備構(gòu)成，如圖3所示。濕煤泥由送料機構(gòu)送入滾筒，被滾筒內(nèi)部抄板抄起，形成料幕狀態(tài)，所含水分與熱源產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈸Q熱被蒸發(fā)，干燥后的煤泥在尾部排出，煙氣經(jīng)處理后排空，干燥后煤泥可用于熱源循環(huán)利用產(chǎn)生煙氣。濕煤泥的市場售價一般只有相應(yīng)煤炭價格的1／6～1／3，而干燥之后用途廣泛，一般1～2年之內(nèi)即可收回投資成本［21］。在一些礦區(qū)的選煤廠已經(jīng)配套了干燥設(shè)備用于生產(chǎn)，并取得了良好的經(jīng)濟效益。如遼寧大興煤礦選煤廠利用滾筒烘干機對煤泥進行處理，年處理煤泥10萬噸，干后產(chǎn)品全部作為粉煤銷往當(dāng)?shù)仉姀S，以當(dāng)?shù)啬┟菏蹆r494．35元／t計算，扣除加工費6．96元／t，每年可為選煤廠創(chuàng)造4873．9萬元效益［22］。滾筒式烘干機對煤泥進行干燥，具有投資小、產(chǎn)量大、適應(yīng)性強等優(yōu)點，但也存在熱效率低，煤耗高，出料黏度、粒度及水分難以控制等問題，亟待改進。所以，郭凡燦、薄磊等考慮在煤泥產(chǎn)生階段即對煤泥進行干燥處理，目前已研發(fā)出新型沉降式離心脫水機、過濾式離心脫水機、真空過濾機、加壓過濾機、隔膜式快速壓濾機等設(shè)備，使得煤泥水分由30％降低至20％左右，但距離適宜鍋爐直接燃燒使用的10％標(biāo)準仍有差距，而且在相同處理量下，滾筒式烘干機投資成本僅為這些設(shè)備的一半左右。隨著新技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，在煤炭洗選階段直接進行煤泥干燥有望成為解決煤泥利用問題的根本措施。

結(jié)語

通過上述煤泥利用的具體實例及分析，可見煤泥利用既能變廢為寶、減少資源浪費及保護環(huán)境，又可以提高企業(yè)效益，為社會創(chuàng)造財富，而且符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和循環(huán)經(jīng)濟的總體要求，具有良好的發(fā)展前景，所以可得出以下結(jié)論。1）由煤泥的干濕法利用可見，用于循環(huán)流化床鍋爐燃燒發(fā)電是切實可行的，這也為電廠緩解煤電矛盾、減輕經(jīng)營壓力提供了一條出路。2）煤泥燃燒發(fā)電應(yīng)結(jié)合成本及市場煤泥特點，采用干法或濕法利用。一般來說，長期大批量煤泥利用可以考慮使用專用煤泥鍋爐進行濕法利用，小批量煤泥利用從穩(wěn)定鍋爐負荷方面考慮，宜采用干法利用。3）發(fā)展煤炭洗選并加大動力煤選煤廠建設(shè)力度，篩選可供電站利用的劣質(zhì)煤品種，為燃煤電廠燃用煤泥創(chuàng)造條件。4）對燃用低熱值煤泥電廠，國家應(yīng)在政策上給予扶持和引導(dǎo)，在資金、稅收、上網(wǎng)電價等方面加以支持。5）滾筒烘干干燥是目前煤泥干燥的有效處理方式，但也存在許多問題亟待改進。6）加快研發(fā)新型干燥裝置，為煤炭洗選廠配備經(jīng)濟、有效的干燥設(shè)備將是解決煤泥利用的根本方法。