大屯热电厂原料煤掺配工程方案设想

顾 建 军

(中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300120)

0 引 言

随着新能源、储能技术的发展及分布式清洁能源布局的扩大，将进一步压缩煤电增长空间，未来新能源等还将逐步替代部分煤电，因而煤炭绿色开采、加工、供给及清洁高效综合利用才是煤炭产业发展的出路[1]。选煤过程产生大量矸石、洗中煤、煤泥等低热值煤，而发电为利用低热值煤的最佳方式，即为促进煤炭生产与利用方式变革的重要途径之一[2]。循环流化床燃烧具备燃料适用范围广、低成本干法燃烧中脱硫及排放低氮氧化物等优点，其为大规模清洁利用此类燃料的最佳选择[3]。

大屯矿区是中国中煤能源集团公司所属的重点矿区之一，也是以资源型经济为主的矿区；对其资源进行综合利用是实现大屯矿区和谐发展的根本出路，也是走新型工业化道路的必然选择[4]。鉴于大屯发电厂现有机组设备陈旧、热电比低和经济性差，按照国家发改委、能源办《关于加快关停小火电机组的若干意见》的要求，同时考虑满足区域热负荷要求及企业长期稳定发展需要，上海能源公司规划建设大屯热电厂，涵括2×350 MW超临界、抽凝式、供热机组及相关辅助设施。

大屯热电厂地处江苏省徐州市沛县境内，厂址东隔徐沛河，地处沛县县城区的北部、大屯镇的南面，距离县城中心及大屯镇的距离均约4 km。大屯热电厂2台机组分别于2019年1月、5月通过168 h满负荷试运行。2号机组于2019年2月被国家发改委和能源局以发改能源[2019]265号文确定为煤电应急调峰储备电源机组。目前，大屯热电厂2台机组已投入商业运营。

大屯热电厂目前的燃煤供应存在以下问题:未完全消化公司煤炭加工副产品；工贸公司配煤中心采用露天晾晒煤泥、工程机械配煤，存在环保风险；燃煤往返工贸公司配煤中心存在二次运输，占用铁路运力，增加运输成本；外购邻近矿区成品煤，燃料成本将进一步增高。因此，从当前生产和今后长期运营考虑，大屯热电厂急需建设与生产能力配套的、高效环保且安全可靠的原料煤掺配工程。

1 燃料及运输

1.1 煤 源

大屯热电厂所需燃料绝大部分为上海能源公司选煤中心、煤矿生产的低热值煤炭，不足部分从外部购入。上海能源公司拥有姚桥矿、孔庄矿、徐庄矿和龙东矿4对矿井，原煤年生产总能力9.38 Mt；公司选煤中心拥有姚桥选煤厂、孔庄选煤厂和大屯选煤厂3座选煤厂，选煤厂年洗选总能力8.20 Mt，大屯选煤厂入选姚桥矿和徐庄矿的原煤，姚桥、孔庄选煤厂分别入选姚桥矿、孔庄矿的原煤。大屯热电厂原料煤供应品种的数质量统计见表1。

1.2 煤 质

大屯热电厂设计和校核煤种年需煤量分别为2.73 Mt和2.30 Mt。设计煤种为煤矸石、洗混煤和煤泥的混煤，按设计煤种混煤比24∶52∶24计算，年需煤矸石、洗混煤和煤泥分别为0.656 Mt、1.421Mt和0.656 Mt。校核煤种为洗混煤、煤泥和混煤的混煤，按校核煤种混煤比35∶15∶50计算，年需洗选混煤0.816 0 Mt、煤泥0.345 0 Mt、混煤1.139 0 Mt。其2×350 MW机组的煤质资料见表2。

1.3 机组耗煤量

大屯热电厂2×350 MW机组的耗煤量见表3。

1.4 燃料运输

工程燃煤采用上海能源公司自营铁路运输。大屯热电厂东北侧设有铁路专用线，专用线由徐沛铁路沛屯站接轨。运煤列车在原料煤供煤点装车经矿区铁路、徐沛铁路、热电厂铁路专用线到厂。项目外来煤全部采用铁路运输，既有铁路卸车场设置了2套折返式单车翻车机卸车系统，目前已全部建成并处于试运营阶段，能够满足除煤泥外的煤炭卸车任务。煤泥也采用铁路运输方式，需对大屯热电厂卸车场进行适当改造，新建煤泥卸车线，满足煤泥铁路车辆卸车要求。

表1 大屯热电厂原料煤供应品种的数质量
Table 1 The quantity and quality of raw coal supply varieties list of Datun cogeneration power plant

序号名称数量γ/%每小时入选原煤量/(t·h-1)日入选原煤量/(t·d-1)年入选原煤量/(Mt·a-1)质量全水(Mt)/%发热量(Qnet,ar)/(MJ·kg-1)1大屯洗混煤15.1458.041 160.700.348 29.0313.262姚桥洗混煤12.2947.11942.200.282 79.4213.973孔庄洗混煤8.0530.86617.230.185 27.4714.06小计35.48136.012 720.130.816 08.8213.694大屯煤泥6.1623.61472.200.141 722.309.735姚桥煤泥4.1315.82316.310.094 922.508.596孔庄煤泥4.7218.07361.490.108 424.0011.60小计15.0057.501 150.000.345 022.9010.017龙东混煤34.55132.422 648.480.794 56.4020.918外购混煤14.9757.401 148.050.344 46.4020.91小计49.52189.833 796.531.139 06.4020.91合计100.00383.337 666.672.300 010.1316.71

表2 大屯热电厂2×350 MW机组的煤质资料
Table 2 Coal quality characteristics list of 2×350 MW electric generator in Datun cogeneration power plant

煤种工业分析/%MtMadAdVdafQnet,ar/(MJ·kg-1)元素分析/%CdHdOdNdSt,d煤灰熔融性温度/℃DTSTFT校核煤种7.951.9538.5341.8117.0044.243.079.260.651.181 3181 3611 480设计煤种8.02.1244.2243.3614.0638.082.597.770.670.691 4001 4501 480

表3 大屯热电厂机组耗煤量
Table 3 Unit coal comsumption of Datun cogeneration power plant

项目1×350 MW小时耗煤量/(t·h-1)日耗煤量/(t·d-1)年耗煤量/(Mt·a-1)2×350 MW小时耗煤量/(t·h-1)日耗煤量/(t·d-1)年耗煤量/(Mt·a-1)耗煤量设计煤种227.634 552.601.366455.269 105.202.73校核煤种191.673 833.331.150383.337 666.672.30

2 现有输煤系统介绍

现有输煤系统包括卸煤系统、储煤系统和筛碎系统3个部分。火车来煤由布置在厂区东北侧铁路专用线上的火车由翻车机房卸载后，通过带式输送机向东南方向运输，经T1转运站转载后向西南运至T2转运站，再经转载后进入2座φ70 m圆形料场储存，每座煤场内设置1台顶堆侧取堆取料机，每座煤场容量为35 000 t，总容量为70 000 t。圆形料场内的煤炭由带式输送机运输，依次经T2转运站、粗碎机室、细碎机室，经粗碎、细碎处理后的(10～0)mm燃煤运至炉前煤仓间。在煤仓间上设置2路带式输送机，采用犁式卸料器卸料。卸煤系统带式输送机参数为:B=1 400 mm，Q=1 500 t/h，一路运行则另一路备用。

3 工程方案设想

3.1 厂区总平面布置

拟在大屯热电厂附近的徐沛运河以东、T1转运站以南、徐沛铁路以西、萧何路以北的场地建设原料煤掺配煤工程，煤泥储煤场位于厂区东北部，T12转运站、变电所、干燥车间位于西中部，T11转运站位于东中部，T13转运站和雨水收集池位于西南部，原料煤仓位于东南部。在原料煤仓和干燥车间南侧均预留有场地，可根据生产需要进行扩建。

3.2 工艺选择

3.2.1煤泥的掺烧方式

目前，国内煤泥掺烧发电利用方式主要包括湿煤泥采用柱塞泵直接泵入锅炉进行燃烧和煤泥干燥后进行燃烧该2种掺烧方式[5，6]。大屯热电厂的锅炉炉型为循环流化床锅炉，煤泥掺烧比例约15%，以上2种利用方式均可选用。煤泥高压泵送系统通过高压泵和管道将煤泥直接输送至锅炉内燃烧，避免了对环境的二次污染，且该系统具有包括煤泥成浆、贮存、搅和、输送、给料、清洗等管道输送所需的全部功能。但此方式需对锅炉进行改造，施工周期较长，工艺相对复杂，建设投资相对较高。煤泥采用柱塞泵直接泵入锅炉进行燃烧方式理论上煤泥输送距离可达到1 km。通过调研，目前国内煤泥泵送距离最长约600 m，柱塞泵出口压力10 MPa左右，实际输送能力达不到1 km。工程预计煤泥管道长度约1 km，因此，煤泥采用柱塞泵直接泵入锅炉进行燃烧方式不满足使用要求。

大屯热电厂原料煤包括3座选煤厂的煤泥和洗混煤，煤泥水分在22.3%～24.0%，洗混煤水分在7.83%～9.88%，洗混煤可与煤泥一起干燥、再与混煤进行掺配后掺烧。因此，推荐采用煤泥干燥后进行燃烧的掺烧方式。

3.2.2煤泥掺烧对循环流化床锅炉的影响

由相关研究表明，循环流化床锅炉进行煤泥掺烧时锅炉炉膛整体床温下降，排烟温度升高，风机电耗增大，底渣含碳量减少而飞灰含碳量增加，锅炉污染物达标排放，易于控制[7-10]。煤泥掺烧对锅炉安全、稳定、环保、经济运行方面影响较小，能保证循环流化床锅炉可靠运行。

3.2.3煤的干燥方法

国内煤泥干燥设备种类较多，包括旋翼干燥、滚筒干燥、真空射流干燥、电力低温干燥等[11，12]。阳煤二矿和新景矿采用旋翼式干燥机进行煤泥干燥[13，14]，王家岭煤矿电厂洗中煤干燥项目和东滩煤矿煤泥干燥项目均采用低温蒸汽滚筒式干燥机[15，16]，安太堡露天矿、丁集煤矿、朔中选煤厂均采用高温烟气滚筒式干燥机对煤泥进行提制[17-19]，新元选煤厂煤泥干燥项目采用真空射流干燥技术[20]。煤泥干燥工艺需首先落实热源问题，最佳的热源为电厂余热、蒸汽和瓦斯，天然气和电力也可作为干燥热源。工程热源采用蒸汽和天然气，在技术上均属可行。天然气可由市政管道接入，其供应、售价易受市场、季节、政策等因素影响，存在价格波动大、供应不及时的风险。蒸汽可由大屯热电厂自给，具有供应可靠、参数稳定、价格受控等特点，因此推荐热源采用蒸汽。

考虑到旋翼式干燥机设备体积小、处理能力大、干燥效率高、操作维修方便、投资较低、运营成本较低，而滚筒式干燥机体积大、投资较高、维修较复杂、运营成本高，此次推荐煤的干燥采用旋翼式干燥机为核心设备的热能脱水工艺。

3.2.4工艺流程

湿煤泥在干燥机底部2个相向旋转的旋翼作用下，湿煤泥被抛掷在干燥腔内，高温热风在引风机的负压作用下沿水平方向呈波式紊流，物料在气流和重力的作用下在干燥腔内进行往复式螺旋运动，弥散的物料与热风充分接触换热。在抛掷过程中破解了湿煤泥的黏度和加热后产生的固聚性从而使湿煤泥在干燥机腔内充分弥散。同时，在干燥机的尾端嵌入了气流干燥工艺，以强化湿煤泥与热风的换热效果，使尾气余热得以进一步利用。物料在气流作用下被强制带出干燥机腔后，在离心式收料器的作用下实现气固分离。

大屯热电厂输煤系统和原料煤掺配系统联合的生产系统流程如图1所示。

3.3 主设备主要技术条件

型号:WJG-15000旋翼式干燥系统；台数:2套；入料粒度:(10～0)mm；干燥入料综合水分约17%，干燥出料综合水分约11%，其中煤泥占干燥机入料比例不大于30%；干燥机入口热风温度约150 ℃；湿物料温度80 ℃～90 ℃，出料温度≤50 ℃；热源供应要求:饱和蒸汽温度≥300 ℃，压力≥0.9 MPa，供应量≥30 t/h；热源消耗:约17.5 t/h；干燥系统综合换热效率≥85%；单台处理能力(煤泥占干燥机入料比例≤30%):6 t/h(蒸发水)；尾气烟尘排放浓度限值20 mg/m3。

3.4工艺布置

翻车机房的混煤可直接经T1、T2转运站至圆形料场B储存，而洗混煤经过T1转运站进入总容量6 000 t的原料煤仓(2×φ15 m)，煤泥经过铁路运至煤泥储煤场(容量3 500 t)。原料煤仓内的洗混煤经T13转运站由带式输送机运至干燥车间，煤泥经带式输送机转载至干燥车间。烘干煤由带式输送机运至T1转运站，可直接与翻车机房的混煤直接掺配为成品煤，而后转运至T2转运站且进入圆形料场A储存，也可转至原料煤仓储存。原料煤仓内的烘干煤经T11、T12和T2转运站并与圆形料场B内的混煤在T2转运站掺配煤后，由带式输送机运至筛碎系统。

图1 大屯热电厂的生产系统流程Fig.1 Production system flowsheet of Datun cogeneration power plant

在翻车机房至T1转运站带式输送机栈桥的西侧建设煤泥储煤场，新建煤泥货运铁路站线位于煤泥储煤场内的西侧，火车运输的煤泥卸载至煤泥储煤场。煤泥储煤场内设3个区域，按进场先后时间分别储存煤泥。煤泥储煤场增加更多的自然采光措施以提高储煤场的温度、进一步降低煤泥的水分。煤泥储煤场南侧设有汽车进出的通道，后期煤泥也可临时汽车运输进场。

洗混煤进入洗混煤转载刮板输送机，可以给入分级筛(DFRS1416脱粉筛的分级粒度10 mm)，也可直接旁路去烘干煤转载带式输送机。进入分级筛的洗混煤，可全部旁路进入干燥机配料刮板进行干燥，也可进行分级，(10～0)mm洗混煤与煤泥混合干燥，(50～10)mm洗混煤进入到烘干煤转载带式输送机。干燥车间内布置有2台干燥机(WJG-15000旋翼式干燥机)，对煤泥、洗混煤混合物进行干燥。煤泥、洗混煤混合物由配仓刮板输送机配料，给到干燥机入料仓，由入料仓下的给料机给入干燥机进行烘干，干燥后的物料经过烘干煤收集带式输送机转运至烘干煤转载带式输送机。

原料煤掺配工程具有以下的工艺灵活性:煤泥、洗混煤建议混合干燥，也可单独干燥；洗混煤可以10 mm分级后进行干燥，也可根据生产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仓储存，也可直接输至圆形料场存储或直接进入筛碎系统；当翻车机来煤符合大屯热电厂的用煤要求时，可直接经T1、T2转运站至圆形料场A储存。

3.5 经济效益预测

上海能源公司所属选煤厂的煤泥售价约135元/t，干燥车间加工费(含热源消耗、电耗、折旧等)约23元/t，相同发热量的邻近矿区的洗混煤售价约325元/t，铁路运费约108元/t。按照年消耗煤泥0.345 0 Mt计算，掺烧煤泥每年可节约原料煤费用约9 487.5万元。

4 结 语

CFB循环流化床锅炉掺烧煤泥是煤炭资源节约和综合利用的必然方向。大屯热电厂循环流化床锅炉的原料煤由上海能源公司所属煤矿和选煤厂供应，不足部分从邻近矿区外购。洗混煤、煤泥均由上海能源公司自营铁路运输。大屯热电厂原料煤掺配工程拟选用煤泥干燥后进行掺烧的方式，即煤泥和洗混煤采用蒸汽热源的旋翼式强制流态化干燥，干燥后与混煤进行配煤，接入大屯热电厂现有筛碎系统。

大屯热电厂原料煤掺配工程的建设基于“五型”新大屯的发展愿景和目标，是上海能源公司转型发展期重点建设项目，充分体现电力整合带来的新效应。大屯热电厂原料煤掺配工程的建设有利于提高上海能源公司煤炭资源的利用效率，可减轻矿区生态环境污染，提升燃煤供应的可靠性，降低燃料成本，充分利用大屯热电厂现有设施以提高大屯热电厂的经济效益。