顧 建 軍

(中煤天津設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，天津 300120)

0 引 言

隨著新能源、儲能技術(shù)的發(fā)展及分布式清潔能源布局的擴(kuò)大，將進(jìn)一步壓縮煤電增長空間，未來新能源等還將逐步替代部分煤電，因而煤炭綠色開采、加工、供給及清潔高效綜合利用才是煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的出路[1]。選煤過程產(chǎn)生大量矸石、洗中煤、煤泥等低熱值煤，而發(fā)電為利用低熱值煤的最佳方式，即為促進(jìn)煤炭生產(chǎn)與利用方式變革的重要途徑之一[2]。循環(huán)流化床燃燒具備燃料適用范圍廣、低成本干法燃燒中脫硫及排放低氮氧化物等優(yōu)點(diǎn)，其為大規(guī)模清潔利用此類燃料的最佳選擇[3]。

大屯礦區(qū)是中國中煤能源集團(tuán)公司所屬的重點(diǎn)礦區(qū)之一，也是以資源型經(jīng)濟(jì)為主的礦區(qū)；對其資源進(jìn)行綜合利用是實(shí)現(xiàn)大屯礦區(qū)和諧發(fā)展的根本出路，也是走新型工業(yè)化道路的必然選擇[4]。鑒于大屯發(fā)電廠現(xiàn)有機(jī)組設(shè)備陳舊、熱電比低和經(jīng)濟(jì)性差，按照國家發(fā)改委、能源辦《關(guān)于加快關(guān)停小火電機(jī)組的若干意見》的要求，同時(shí)考慮滿足區(qū)域熱負(fù)荷要求及企業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展需要，上海能源公司規(guī)劃建設(shè)大屯熱電廠，涵括2×350 MW超臨界、抽凝式、供熱機(jī)組及相關(guān)輔助設(shè)施。

大屯熱電廠地處江蘇省徐州市沛縣境內(nèi)，廠址東隔徐沛河，地處沛縣縣城區(qū)的北部、大屯鎮(zhèn)的南面，距離縣城中心及大屯鎮(zhèn)的距離均約4 km。大屯熱電廠2臺機(jī)組分別于2019年1月、5月通過168 h滿負(fù)荷試運(yùn)行。2號機(jī)組于2019年2月被國家發(fā)改委和能源局以發(fā)改能源[2019]265號文確定為煤電應(yīng)急調(diào)峰儲備電源機(jī)組。目前，大屯熱電廠2臺機(jī)組已投入商業(yè)運(yùn)營。

大屯熱電廠目前的燃煤供應(yīng)存在以下問題:未完全消化公司煤炭加工副產(chǎn)品；工貿(mào)公司配煤中心采用露天晾曬煤泥、工程機(jī)械配煤，存在環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)；燃煤往返工貿(mào)公司配煤中心存在二次運(yùn)輸，占用鐵路運(yùn)力，增加運(yùn)輸成本；外購鄰近礦區(qū)成品煤，燃料成本將進(jìn)一步增高。因此，從當(dāng)前生產(chǎn)和今后長期運(yùn)營考慮，大屯熱電廠急需建設(shè)與生產(chǎn)能力配套的、高效環(huán)保且安全可靠的原料煤摻配工程。

1 燃料及運(yùn)輸

1.1 煤 源

大屯熱電廠所需燃料絕大部分為上海能源公司選煤中心、煤礦生產(chǎn)的低熱值煤炭，不足部分從外部購入。上海能源公司擁有姚橋礦、孔莊礦、徐莊礦和龍東礦4對礦井，原煤年生產(chǎn)總能力9.38 Mt；公司選煤中心擁有姚橋選煤廠、孔莊選煤廠和大屯選煤廠3座選煤廠，選煤廠年洗選總能力8.20 Mt，大屯選煤廠入選姚橋礦和徐莊礦的原煤，姚橋、孔莊選煤廠分別入選姚橋礦、孔莊礦的原煤。大屯熱電廠原料煤供應(yīng)品種的數(shù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)見表1。

1.2 煤 質(zhì)

大屯熱電廠設(shè)計(jì)和校核煤種年需煤量分別為2.73 Mt和2.30 Mt。設(shè)計(jì)煤種為煤矸石、洗混煤和煤泥的混煤，按設(shè)計(jì)煤種混煤比24∶52∶24計(jì)算，年需煤矸石、洗混煤和煤泥分別為0.656 Mt、1.421Mt和0.656 Mt。校核煤種為洗混煤、煤泥和混煤的混煤，按校核煤種混煤比35∶15∶50計(jì)算，年需洗選混煤0.816 0 Mt、煤泥0.345 0 Mt、混煤1.139 0 Mt。其2×350 MW機(jī)組的煤質(zhì)資料見表2。

1.3 機(jī)組耗煤量

大屯熱電廠2×350 MW機(jī)組的耗煤量見表3。

1.4 燃料運(yùn)輸

工程燃煤采用上海能源公司自營鐵路運(yùn)輸。大屯熱電廠東北側(cè)設(shè)有鐵路專用線，專用線由徐沛鐵路沛屯站接軌。運(yùn)煤列車在原料煤供煤點(diǎn)裝車經(jīng)礦區(qū)鐵路、徐沛鐵路、熱電廠鐵路專用線到廠。項(xiàng)目外來煤全部采用鐵路運(yùn)輸，既有鐵路卸車場設(shè)置了2套折返式單車翻車機(jī)卸車系統(tǒng)，目前已全部建成并處于試運(yùn)營階段，能夠滿足除煤泥外的煤炭卸車任務(wù)。煤泥也采用鐵路運(yùn)輸方式，需對大屯熱電廠卸車場進(jìn)行適當(dāng)改造，新建煤泥卸車線，滿足煤泥鐵路車輛卸車要求。

表1 大屯熱電廠原料煤供應(yīng)品種的數(shù)質(zhì)量
Table 1 The quantity and quality of raw coal supply varieties list of Datun cogeneration power plant

序號名稱數(shù)量γ/%每小時(shí)入選原煤量/(t·h-1)日入選原煤量/(t·d-1)年入選原煤量/(Mt·a-1)質(zhì)量全水(Mt)/%發(fā)熱量(Qnet,ar)/(MJ·kg-1)1大屯洗混煤15.1458.041 160.700.348 29.0313.262姚橋洗混煤12.2947.11942.200.282 79.4213.973孔莊洗混煤8.0530.86617.230.185 27.4714.06小計(jì)35.48136.012 720.130.816 08.8213.694大屯煤泥6.1623.61472.200.141 722.309.735姚橋煤泥4.1315.82316.310.094 922.508.596孔莊煤泥4.7218.07361.490.108 424.0011.60小計(jì)15.0057.501 150.000.345 022.9010.017龍東混煤34.55132.422 648.480.794 56.4020.918外購混煤14.9757.401 148.050.344 46.4020.91小計(jì)49.52189.833 796.531.139 06.4020.91合計(jì)100.00383.337 666.672.300 010.1316.71

表2 大屯熱電廠2×350 MW機(jī)組的煤質(zhì)資料
Table 2 Coal quality characteristics list of 2×350 MW electric generator in Datun cogeneration power plant

煤種工業(yè)分析/%MtMadAdVdafQnet,ar/(MJ·kg-1)元素分析/%CdHdOdNdSt,d煤灰熔融性溫度/℃DTSTFT校核煤種7.951.9538.5341.8117.0044.243.079.260.651.181 3181 3611 480設(shè)計(jì)煤種8.02.1244.2243.3614.0638.082.597.770.670.691 4001 4501 480

表3 大屯熱電廠機(jī)組耗煤量
Table 3 Unit coal comsumption of Datun cogeneration power plant

項(xiàng)目1×350 MW小時(shí)耗煤量/(t·h-1)日耗煤量/(t·d-1)年耗煤量/(Mt·a-1)2×350 MW小時(shí)耗煤量/(t·h-1)日耗煤量/(t·d-1)年耗煤量/(Mt·a-1)耗煤量設(shè)計(jì)煤種227.634 552.601.366455.269 105.202.73校核煤種191.673 833.331.150383.337 666.672.30

2 現(xiàn)有輸煤系統(tǒng)介紹

現(xiàn)有輸煤系統(tǒng)包括卸煤系統(tǒng)、儲煤系統(tǒng)和篩碎系統(tǒng)3個(gè)部分。火車來煤由布置在廠區(qū)東北側(cè)鐵路專用線上的火車由翻車機(jī)房卸載后，通過帶式輸送機(jī)向東南方向運(yùn)輸，經(jīng)T1轉(zhuǎn)運(yùn)站轉(zhuǎn)載后向西南運(yùn)至T2轉(zhuǎn)運(yùn)站，再經(jīng)轉(zhuǎn)載后進(jìn)入2座φ70 m圓形料場儲存，每座煤場內(nèi)設(shè)置1臺頂堆側(cè)取堆取料機(jī)，每座煤場容量為35 000 t，總?cè)萘繛?0 000 t。圓形料場內(nèi)的煤炭由帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，依次經(jīng)T2轉(zhuǎn)運(yùn)站、粗碎機(jī)室、細(xì)碎機(jī)室，經(jīng)粗碎、細(xì)碎處理后的(10～0)mm燃煤運(yùn)至爐前煤倉間。在煤倉間上設(shè)置2路帶式輸送機(jī)，采用犁式卸料器卸料。卸煤系統(tǒng)帶式輸送機(jī)參數(shù)為:B=1 400 mm，Q=1 500 t/h，一路運(yùn)行則另一路備用。

3 工程方案設(shè)想

3.1 廠區(qū)總平面布置

擬在大屯熱電廠附近的徐沛運(yùn)河以東、T1轉(zhuǎn)運(yùn)站以南、徐沛鐵路以西、蕭何路以北的場地建設(shè)原料煤摻配煤工程，煤泥儲煤場位于廠區(qū)東北部，T12轉(zhuǎn)運(yùn)站、變電所、干燥車間位于西中部，T11轉(zhuǎn)運(yùn)站位于東中部，T13轉(zhuǎn)運(yùn)站和雨水收集池位于西南部，原料煤倉位于東南部。在原料煤倉和干燥車間南側(cè)均預(yù)留有場地，可根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行擴(kuò)建。

3.2 工藝選擇

3.2.1煤泥的摻燒方式

目前，國內(nèi)煤泥摻燒發(fā)電利用方式主要包括濕煤泥采用柱塞泵直接泵入鍋爐進(jìn)行燃燒和煤泥干燥后進(jìn)行燃燒該2種摻燒方式[5，6]。大屯熱電廠的鍋爐爐型為循環(huán)流化床鍋爐，煤泥摻燒比例約15%，以上2種利用方式均可選用。煤泥高壓泵送系統(tǒng)通過高壓泵和管道將煤泥直接輸送至鍋爐內(nèi)燃燒，避免了對環(huán)境的二次污染，且該系統(tǒng)具有包括煤泥成漿、貯存、攪和、輸送、給料、清洗等管道輸送所需的全部功能。但此方式需對鍋爐進(jìn)行改造，施工周期較長，工藝相對復(fù)雜，建設(shè)投資相對較高。煤泥采用柱塞泵直接泵入鍋爐進(jìn)行燃燒方式理論上煤泥輸送距離可達(dá)到1 km。通過調(diào)研，目前國內(nèi)煤泥泵送距離最長約600 m，柱塞泵出口壓力10 MPa左右，實(shí)際輸送能力達(dá)不到1 km。工程預(yù)計(jì)煤泥管道長度約1 km，因此，煤泥采用柱塞泵直接泵入鍋爐進(jìn)行燃燒方式不滿足使用要求。

大屯熱電廠原料煤包括3座選煤廠的煤泥和洗混煤，煤泥水分在22.3%～24.0%，洗混煤水分在7.83%～9.88%，洗混煤可與煤泥一起干燥、再與混煤進(jìn)行摻配后摻燒。因此，推薦采用煤泥干燥后進(jìn)行燃燒的摻燒方式。

3.2.2煤泥摻燒對循環(huán)流化床鍋爐的影響

由相關(guān)研究表明，循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行煤泥摻燒時(shí)鍋爐爐膛整體床溫下降，排煙溫度升高，風(fēng)機(jī)電耗增大，底渣含碳量減少而飛灰含碳量增加，鍋爐污染物達(dá)標(biāo)排放，易于控制[7-10]。煤泥摻燒對鍋爐安全、穩(wěn)定、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面影響較小，能保證循環(huán)流化床鍋爐可靠運(yùn)行。

3.2.3煤的干燥方法

國內(nèi)煤泥干燥設(shè)備種類較多，包括旋翼干燥、滾筒干燥、真空射流干燥、電力低溫干燥等[11，12]。陽煤二礦和新景礦采用旋翼式干燥機(jī)進(jìn)行煤泥干燥[13，14]，王家?guī)X煤礦電廠洗中煤干燥項(xiàng)目和東灘煤礦煤泥干燥項(xiàng)目均采用低溫蒸汽滾筒式干燥機(jī)[15，16]，安太堡露天礦、丁集煤礦、朔中選煤廠均采用高溫?zé)煔鉂L筒式干燥機(jī)對煤泥進(jìn)行提制[17-19]，新元選煤廠煤泥干燥項(xiàng)目采用真空射流干燥技術(shù)[20]。煤泥干燥工藝需首先落實(shí)熱源問題，最佳的熱源為電廠余熱、蒸汽和瓦斯，天然氣和電力也可作為干燥熱源。工程熱源采用蒸汽和天然氣，在技術(shù)上均屬可行。天然氣可由市政管道接入，其供應(yīng)、售價(jià)易受市場、季節(jié)、政策等因素影響，存在價(jià)格波動大、供應(yīng)不及時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。蒸汽可由大屯熱電廠自給，具有供應(yīng)可靠、參數(shù)穩(wěn)定、價(jià)格受控等特點(diǎn)，因此推薦熱源采用蒸汽。

考慮到旋翼式干燥機(jī)設(shè)備體積小、處理能力大、干燥效率高、操作維修方便、投資較低、運(yùn)營成本較低，而滾筒式干燥機(jī)體積大、投資較高、維修較復(fù)雜、運(yùn)營成本高，此次推薦煤的干燥采用旋翼式干燥機(jī)為核心設(shè)備的熱能脫水工藝。

3.2.4工藝流程

濕煤泥在干燥機(jī)底部2個(gè)相向旋轉(zhuǎn)的旋翼作用下，濕煤泥被拋擲在干燥腔內(nèi)，高溫?zé)犸L(fēng)在引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用下沿水平方向呈波式紊流，物料在氣流和重力的作用下在干燥腔內(nèi)進(jìn)行往復(fù)式螺旋運(yùn)動，彌散的物料與熱風(fēng)充分接觸換熱。在拋擲過程中破解了濕煤泥的黏度和加熱后產(chǎn)生的固聚性從而使?jié)衩耗嘣诟稍餀C(jī)腔內(nèi)充分彌散。同時(shí)，在干燥機(jī)的尾端嵌入了氣流干燥工藝，以強(qiáng)化濕煤泥與熱風(fēng)的換熱效果，使尾氣余熱得以進(jìn)一步利用。物料在氣流作用下被強(qiáng)制帶出干燥機(jī)腔后，在離心式收料器的作用下實(shí)現(xiàn)氣固分離。

大屯熱電廠輸煤系統(tǒng)和原料煤摻配系統(tǒng)聯(lián)合的生產(chǎn)系統(tǒng)流程如圖1所示。

3.3 主設(shè)備主要技術(shù)條件

型號:WJG-15000旋翼式干燥系統(tǒng)；臺數(shù):2套；入料粒度:(10～0)mm；干燥入料綜合水分約17%，干燥出料綜合水分約11%，其中煤泥占干燥機(jī)入料比例不大于30%；干燥機(jī)入口熱風(fēng)溫度約150 ℃；濕物料溫度80 ℃～90 ℃，出料溫度≤50 ℃；熱源供應(yīng)要求:飽和蒸汽溫度≥300 ℃，壓力≥0.9 MPa，供應(yīng)量≥30 t/h；熱源消耗:約17.5 t/h；干燥系統(tǒng)綜合換熱效率≥85%；單臺處理能力(煤泥占干燥機(jī)入料比例≤30%):6 t/h(蒸發(fā)水)；尾氣煙塵排放濃度限值20 mg/m3。

3.4工藝布置

翻車機(jī)房的混煤可直接經(jīng)T1、T2轉(zhuǎn)運(yùn)站至圓形料場B儲存，而洗混煤經(jīng)過T1轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)入總?cè)萘? 000 t的原料煤倉(2×φ15 m)，煤泥經(jīng)過鐵路運(yùn)至煤泥儲煤場(容量3 500 t)。原料煤倉內(nèi)的洗混煤經(jīng)T13轉(zhuǎn)運(yùn)站由帶式輸送機(jī)運(yùn)至干燥車間，煤泥經(jīng)帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載至干燥車間。烘干煤由帶式輸送機(jī)運(yùn)至T1轉(zhuǎn)運(yùn)站，可直接與翻車機(jī)房的混煤直接摻配為成品煤，而后轉(zhuǎn)運(yùn)至T2轉(zhuǎn)運(yùn)站且進(jìn)入圓形料場A儲存，也可轉(zhuǎn)至原料煤倉儲存。原料煤倉內(nèi)的烘干煤經(jīng)T11、T12和T2轉(zhuǎn)運(yùn)站并與圓形料場B內(nèi)的混煤在T2轉(zhuǎn)運(yùn)站摻配煤后，由帶式輸送機(jī)運(yùn)至篩碎系統(tǒng)。

圖1 大屯熱電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)流程Fig.1 Production system flowsheet of Datun cogeneration power plant

在翻車機(jī)房至T1轉(zhuǎn)運(yùn)站帶式輸送機(jī)棧橋的西側(cè)建設(shè)煤泥儲煤場，新建煤泥貨運(yùn)鐵路站線位于煤泥儲煤場內(nèi)的西側(cè)，火車運(yùn)輸?shù)拿耗嘈遁d至煤泥儲煤場。煤泥儲煤場內(nèi)設(shè)3個(gè)區(qū)域，按進(jìn)場先后時(shí)間分別儲存煤泥。煤泥儲煤場增加更多的自然采光措施以提高儲煤場的溫度、進(jìn)一步降低煤泥的水分。煤泥儲煤場南側(cè)設(shè)有汽車進(jìn)出的通道，后期煤泥也可臨時(shí)汽車運(yùn)輸進(jìn)場。

洗混煤進(jìn)入洗混煤轉(zhuǎn)載刮板輸送機(jī)，可以給入分級篩(DFRS1416脫粉篩的分級粒度10 mm)，也可直接旁路去烘干煤轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)。進(jìn)入分級篩的洗混煤，可全部旁路進(jìn)入干燥機(jī)配料刮板進(jìn)行干燥，也可進(jìn)行分級，(10～0)mm洗混煤與煤泥混合干燥，(50～10)mm洗混煤進(jìn)入到烘干煤轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)。干燥車間內(nèi)布置有2臺干燥機(jī)(WJG-15000旋翼式干燥機(jī))，對煤泥、洗混煤混合物進(jìn)行干燥。煤泥、洗混煤混合物由配倉刮板輸送機(jī)配料，給到干燥機(jī)入料倉，由入料倉下的給料機(jī)給入干燥機(jī)進(jìn)行烘干，干燥后的物料經(jīng)過烘干煤收集帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至烘干煤轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)。

原料煤摻配工程具有以下的工藝靈活性:煤泥、洗混煤建議混合干燥，也可單獨(dú)干燥；洗混煤可以10 mm分級后進(jìn)行干燥，也可根據(jù)生產(chǎn)需要采取全部干燥或全部旁路不干燥；烘干煤可返回至原料煤倉儲存，也可直接輸至圓形料場存儲或直接進(jìn)入篩碎系統(tǒng)；當(dāng)翻車機(jī)來煤符合大屯熱電廠的用煤要求時(shí)，可直接經(jīng)T1、T2轉(zhuǎn)運(yùn)站至圓形料場A儲存。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

上海能源公司所屬選煤廠的煤泥售價(jià)約135元/t，干燥車間加工費(fèi)(含熱源消耗、電耗、折舊等)約23元/t，相同發(fā)熱量的鄰近礦區(qū)的洗混煤售價(jià)約325元/t，鐵路運(yùn)費(fèi)約108元/t。按照年消耗煤泥0.345 0 Mt計(jì)算，摻燒煤泥每年可節(jié)約原料煤費(fèi)用約9 487.5萬元。

4 結(jié) 語

CFB循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤泥是煤炭資源節(jié)約和綜合利用的必然方向。大屯熱電廠循環(huán)流化床鍋爐的原料煤由上海能源公司所屬煤礦和選煤廠供應(yīng)，不足部分從鄰近礦區(qū)外購。洗混煤、煤泥均由上海能源公司自營鐵路運(yùn)輸。大屯熱電廠原料煤摻配工程擬選用煤泥干燥后進(jìn)行摻燒的方式，即煤泥和洗混煤采用蒸汽熱源的旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥，干燥后與混煤進(jìn)行配煤，接入大屯熱電廠現(xiàn)有篩碎系統(tǒng)。

大屯熱電廠原料煤摻配工程的建設(shè)基于“五型”新大屯的發(fā)展愿景和目標(biāo)，是上海能源公司轉(zhuǎn)型發(fā)展期重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，充分體現(xiàn)電力整合帶來的新效應(yīng)。大屯熱電廠原料煤摻配工程的建設(shè)有利于提高上海能源公司煤炭資源的利用效率，可減輕礦區(qū)生態(tài)環(huán)境污染，提升燃煤供應(yīng)的可靠性，降低燃料成本，充分利用大屯熱電廠現(xiàn)有設(shè)施以提高大屯熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益。