(1)煤泥的种类:一类是炼焦煤选煤厂的浮选尾煤,灰分较高,其质量与洗矸石接近,多为压滤机回收,粘性､持水性均较强;另一类是动力煤选煤厂的洗选煤泥､煤炭水力输送后产出的煤泥,属于优质煤泥,数量少,常常掺到成品煤中｡

(2)煤泥的特点:粒度细,微粒含量多;灰分含量高,发热量较低;持水性强,水分含量高(压滤机脱水的煤泥含水在20%~24%);黏性较大｡

随着我国工业科技的不断发展,大部分煤泥得到了很好的利用｡目前国内选煤厂煤泥综合利用方式主要分为两种:

(1)煤泥干燥后可用于生产型煤､电厂掺烧､化工原料等｡煤泥处理后,水分可从25%~28%降到12%左右,这种煤泥可用于加工煤泥型煤,供工业和民用,也可掺入电厂燃料煤,或作为砖厂､水泥厂的添加料,也可用作化工产品原料｡但由于市场需求不大,可替代原料也不缺乏,目前在建项目很少,实际利用比例非常低｡

(2)CFB(循环流化床,下同)锅炉掺烧｡CFB锅炉的原理应用循环流化床这一高效率､低污染和综合利用的燃烧技术,由于其在煤种适应性和变负荷能力以及污染物排放上具有的独特优势,对于煤矸石等综合利用电厂而言,完全可以使用煤泥｡

CFB锅炉掺烧煤泥对比煤泥干燥技术,无论是系统建设成本､输送成本以及环境治理成本均要低很多,同时还可避免因干燥引发的二次环境污染｡

目前,国内很多电厂的CFB锅炉已经在掺烧煤泥,在建项目也很多,已成为煤泥综合利用的主流方式｡

煤泥输送技术最早来源于混凝土输送行业｡由于CFB锅炉的燃烧要求煤泥含水率最高不宜超过30%,而传统的离心式泥浆泵根本无法输送浓度如此高的膏状煤泥｡国外运用S摆管柱塞泵输送混凝土技术的出现,导致了膏状煤泥输送技术的发展｡经过引进和不断的研究摸索,我国长距离输送煤泥系统已经较为成熟,并得到了大量应用,但仍存在一些问题｡

3.1 国外发展现状

国外从事煤泥输送系统研发的主要有三家公司,一家是德国的Putzermeister公司,即大象,已被三一重工收购;另一家是美国的Schwing公司,即施维英,已被徐工集团收购;第三家是荷兰的GEHO(奇好)公司｡其中Puzermeister公司和Schwing公司都是世界位列三甲的混凝土输送设备公司,二者进入煤泥输送的领域也最早,建成的电厂煤泥输送项目主要在欧洲,同时也给电厂输送市政污泥｡由于国外煤炭产量并不高,而且逐年减少,所以输送煤泥的项目并不多｡

Puzermeister公司在国内市场仅建成1个项目,即2009年7月投入运行的淮北临涣中利煤矸石电厂,锅炉装机容量为2×300MW,煤泥泵为20m3/h×8台,输送距离180m｡

Schwing公司早期主要与兖矿集团合作,分别是南屯电厂,锅炉3×220t/h;济三电厂,锅炉440t/h｡其中济三电厂燃料煤主要为济三矿选煤厂煤泥,2011年产量约70万t,而电厂燃烧煤泥达55万t以上,经济效益显著｡

优点:煤泥输送系统的核心———S摆管柱塞泵为进口,质量可靠,能力大,相比国内的柱塞泵寿命更长,故障率更低｡煤泥管道设有注油膜润滑系统,可减少高压管道输送的管阻和振动｡

缺点:煤泥泵和注膜系统价格较高;煤泥预处理环节缺失,不适应国内情况｡国外与国内煤泥堆放和输送环境不同,国外煤泥系统通常不设置预处理除杂环节,而国内煤泥往往压滤后落地车运,杂物较多,造成输送时堵塞,处理能力达不到要求｡

3.2 国内发展现状

国内从事煤泥输送系统研发的主要有北京中矿环保科技公司､徐州矿源公司､徐州迅杰环保公司等｡其中北京中矿环保公司进入该领域较早,市场份额较大,国内很多电厂均采用了中矿的MNS煤泥输送系统,神华､中煤､兖矿､徐矿､淮南､龙煤､大唐等大型煤炭､电力集团应用较多｡徐州矿源公司等后起之秀也开始逐步与其竞争,从市政､造纸污泥掺烧等环保领域进入煤炭领域,并逐步改进了该系统的一些缺点,进一步完善了该系统｡

优点:煤泥预处理环节完善,如破碎､制浆､除杂等,能适应国内煤泥堆放和输送易污染的环境;整套系统价格相对较低｡

缺点:受国内机加工工艺和材料限制,柱塞泵故障率较高,尤其S摆管易损坏;液压油泵仍依赖进口;高压管道输送仍存在缺陷,缺乏减少管阻和振动的措施,很多在用项目均存在管道震动剧烈影响生产的问题;煤泥含水率仅靠取样化验,靠经验控制加水制浆,缺乏稳定性｡

(1)项目概述｡大唐某发电有限公司于2013年建成投产,规模为2×300MW发电机组,配套2×1100t/h循环流化床锅炉,设计燃料为原煤､洗中煤等｡掺烧煤泥来自附近煤矿动力煤选煤厂,热值较高｡管道输送至锅炉距离为450m左右,锅炉顶部高约55m｡

(2)设备配置｡煤泥制备系统配置1台刮板机､2台膏浆制备机､2台振动筛､2台煤泥储料仓,配滑架扰动煤泥浆｡泵送系统配置4台正压螺旋给料机､4台膏体泵,采用炉顶给料方式,由4条煤泥管道,经综合管架,进锅炉运转平台,爬升到炉顶,到达4个给料点｡4条煤泥泵送线相互独立,无交叉和备用｡PLC程序控制,膏体泵､流量､系统压力等可由主单元机组DCS启停､调节和监控｡煤泥系统纳入锅炉MFT系统｡

(3)系统能力:制备系统出力2×50m3/h,泵送系统最大出力4×20m3/h,单台泵流量25%~100%范围内可调,泵出口压力8MPa｡

(4)工艺流程｡煤泥输送系统流程见示意图1｡

(5)运行状况｡系统运行至今基本正常,出现的问题主要有:柱塞泵S摆管易损坏,管道震动,系统输送能力受限,掺烧煤泥量偏低｡为获取更大的经济效益,该企业计划将煤泥泵全部更换为30m3/h以上的泵｡

(6)经济效益:该煤泥输送系统设备购置(含所有设备､管道､配电､控制)､土建､安装等总投资约1800万元左右｡按该电厂现行工作制度粗略计算,每年掺烧煤泥约30万t,其收益即可达3500万元,投产不到7个月即可收回投资成本,经济效益非常显著｡

(1)煤泥的储存､运输过程:综合利用电厂如离选煤厂较近,例如1~2km左右,可建设封闭式带式输送机直接运至电厂煤泥棚,避免煤泥落地运输造成二次污染;如距离较远,可选择汽运｡电厂煤泥棚一般采用铲车或者抓斗直接将煤泥送入上料刮板机,因此场地必须硬化,避免掺入大量杂物和泥土｡

(2)煤泥预处理中的破碎､除杂､搅拌过程:煤泥由上料刮板机输送至膏浆制备机后,内部均匀破碎,加水搅拌制浆,水分控制在25%~30%为宜｡制备机排料口下设置振动筛进行除杂,筛下物进入煤泥储存仓｡由于煤泥处于膏浆状态,如筛孔过小,则煤泥不易透筛;柱塞泵通过能力较强,故筛孔一般为100×50mm甚至更大均可｡

(3)管道输送:煤泥系统基本都是靠人工取样化验水分,无法准确控制水分｡当含水率太大时,水分即会析出,造成物料在管底的沉积和沉淀,不利于输送;含水率太低时,由于物料干稠,流动性能差,影响泵的吸料,造成输送效率低和管道输送阻力增加,甚至不能输送｡因此,输送前应增加搅拌时间,将粘结在一起的结团破碎,得到较好的粒度级配效果,以降低粘度,降低系统的输送功率,减小输送阻力｡

泵出口要安装液压管路逆止阀,确保在S摆管换向时阻止管道回流,稳定管道内压力｡

管道安装采用大直径弯管,长距离直管可采用焊接,为便于检修,可局部设置法兰,但高压输送不易设过多法兰;为防止管道震动,固定管卡密度必须足够大;管材可选择厚壁无缝钢管,须计算选取合适管径;也可选用满足压力要求的新型复合管材;管内壁应光滑,以减少输送阻力｡

(4)煤泥掺烧比例的选择:对于CFB锅炉,煤泥的掺烧比例并非是越多越好｡兖矿集团济三电厂440t/h循环流化床锅炉,就煤泥掺烧比例对锅炉燃烧特性的影响进行了试验研究｡结果表明:掺烧的煤泥在50%~60%范围内,可对应锅炉的效率峰值,超出这个比例,则锅炉效率下降明显｡具体工程应根据煤泥性质和锅炉类型进行实验,以确定最佳比例范围｡

(5)锅炉给料方式:煤泥燃烧的关键是稳定､高效燃烧,不结焦｡常见给料方式有锅炉顶部给料和中部给料｡根据很多工程实例,目前顶部入料在CFB负压锅炉非常普遍｡煤泥在顶部下落后,受热开裂散开,可充分燃烧,效果较好｡锅炉顶部给料点应均布开孔,开孔数与煤泥泵应1对1单独布置,不建议单台泵多个给料点｡多座电厂的生产经验表明,管压太大时,极易损坏阀门､管件｡通常将管道直接插入锅炉顶部开孔即可｡如采用顶部设置煤泥喷枪,则对煤泥粒度､洁净度要求较高,否则极易堵塞喷枪,并且需设置压缩空气系统,耗能较高｡

(1)面对煤炭洗选产生的日益增多的煤泥,如煤矸石等综合利用电厂都能进行一定比例的煤泥掺烧,既可解决选煤厂的煤泥处理问题,又能给电厂增加巨大的经济效益,还可解决社会自然环境问题,无疑是三者互利共赢的最佳解决方案｡

(2)煤泥掺烧系统未来的发展趋势是积极发展更大能力的煤泥泵以及更大容量的CFB锅炉,以进一步提高煤泥掺烧比例｡选煤厂和电厂应紧密合作,共同解决现阶段压滤后煤泥输送带来的一系列问题｡未来如果选煤厂距离电厂较远,可以尝试如图2所示流程｡