煤泥利用現況淺析
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本文作者：程川何屏作者單位：昆明理工大學
根據煤泥水分、灰分和發熱量的不同，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，可提高發熱值。以含水量30％的濕煤泥為例，水分每降低1％，發熱量就可提高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有鍋爐及進料系統進行特別改造，但要注意的是，由于煤泥的高灰分特性，會導致排風除塵系統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濟性，以陜西榆林市神東礦區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循環流化床鍋爐，大柳塔煤泥空氣干燥基高位發熱量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。在實際生產中，企業可根據鍋爐負荷、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，火電行業經營壓力增大，企業只有挖潛增效，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，無須配置干燥設備，但濕煤泥在爐內燃燒同樣需要消耗熱量蒸發所含水分。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的高品質能量，所以會對鍋爐運行產生較大影響。濕煤泥在鍋爐中燃燒主要應解決以下2個問題：1）如何在鍋爐內實現穩定、高效燃燒；2）充分考慮高水、高灰對鍋爐系統的影響。濕煤泥直接投入流化床燃燒后，會在床內出現凝聚結團現象［6－8］。煤泥適度的凝聚結團有益于流化床沸騰燃燒，但如果任其發展則會危及運行；所以濕煤泥穩定燃燒的關鍵就是處理好凝聚結團現象，而不同的投料方式對煤泥結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，其各有優劣，實際生產中可根據情況選擇。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、結焦和磨損以及引風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計時應予以重視［9］。但是只要合理改造運行，燃燒濕煤泥仍具有較好的經濟、技術及環境效益［10－11］。表2為山東兗州濟三電力公司1臺440t／h循環流化床鍋爐摻燒煤泥與只燃用中煤的技術參數的對比。由此可見，摻燒濕煤泥完全達到了設計要求。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，由設計用25％燃用煤泥逐步達到現在的60％左右，低負荷時可達到100％燃燒煤泥，從而降低了發電成本，提高了經濟效益。
3煤泥制漿燃燒
煤泥水煤漿是在高濃度水煤漿基礎上發展起來的一項煤泥綜合利用技術。煤泥水煤漿在鍋爐內燃燒，具有燃料燃凈率和熱效率高、污染物排放指數低、環境影響小等優點。而且煤泥特性也很適宜制漿，如煤泥粒度細，不需要預先磨礦。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；所以制漿系統簡單，生產成本低。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，磨后產品經過濾、攪拌調漿。制成的煤泥漿可根據鍋爐參數進行調整，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。煤泥水煤漿適應性強，易于利用，雖然損失了許多熱能，但現有各種爐型稍加改造就可用于輔助燃燒，還可以改善現有鍋爐低熱值燃料不足的局面。所以，煤泥制漿燃燒在國內仍有相當多的應用實例。開灤礦務局與煤炭科學研究總院唐山分院合作，在呂家坨煤礦開發研究了高灰煤泥漿直接噴燃技術，并進行了工業試驗，取得良好效果［14］。呂家坨礦煤泥的性質如下：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之一。在各種潔凈煤技術中，工業型煤的能量轉換率最高，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，既有利于節約煤炭資源，減少煤泥對環境的污染，又有利于改變選煤廠的產品結構，提高選煤廠的經濟效益和社會效益［15－16］。煤泥型煤生產應注意幾個問題：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）合理選擇使用粘結劑。因為煤泥灰分含量偏高，所以對粘結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塊，需要進行破碎處理。國內各礦區已有煤泥型煤應用實例，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，生產的型煤符合工業鍋爐使用要求［17］；河南理工大學采用自主開發的MS無機粘結劑，利用焦作礦務局演馬莊煤礦洗煤廠煤泥，生產的鍋爐型煤滿足工業鍋爐要求，其煤質指標見表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，不僅可節約寶貴的焦煤資源，也可創造更大的經濟效益。但由于工業型焦要求嚴格，如冶金焦、氣化焦和電石用焦標準均要求固定含碳量＞80％、灰分＜15％等，除少數特定種類煤泥外，大部分普通煤泥都達不到標準，因此限制了煤泥型焦技術的應用。此外，煤泥還可用于民用型煤生產以及水泥、石灰等建材的制造，也可與生物質結合制作生物質型煤［18－19］、型焦。近年來，還出現了其他新的利用形式，如將煤炭洗選與城市污水處理結合起來，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，阻礙煤泥大規模利用的關鍵是其含水率。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，不僅擴大了煤泥應用范圍，更能提高售價，為企業帶來很好的經濟效益。目前，國內廣泛應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、回轉滾筒、引風機和出料設備構成，如圖3所示。濕煤泥由送料機構送入滾筒，被滾筒內部抄板抄起，形成料幕狀態，所含水分與熱源產生的高溫煙氣換熱被蒸發，干燥后的煤泥在尾部排出，煙氣經處理后排空，干燥后煤泥可用于熱源循環利用產生煙氣。濕煤泥的市場售價一般只有相應煤炭價格的1／6～1／3，而干燥之后用途廣泛，一般1～2年之內即可收回投資成本［21］。在一些礦區的選煤廠已經配套了干燥設備用于生產，并取得了良好的經濟效益。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，干后產品全部作為粉煤銷往當地電廠，以當地末煤售價494．35元／t計算，扣除加工費6．96元／t，每年可為選煤廠創造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、產量大、適應性強等優點，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生階段即對煤泥進行干燥處理，目前已研發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備的一半左右。隨著新技術的發展和成本的降低，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境，又可以提高企業效益，為社會創造財富，而且符合國家的產業政策和循環經濟的總體要求，具有良好的發展前景，所以可得出以下結論。1）由煤泥的干濕法利用可見，用于循環流化床鍋爐燃燒發電是切實可行的，這也為電廠緩解煤電矛盾、減輕經營壓力提供了一條出路。2）煤泥燃燒發電應結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定鍋爐負荷方面考慮，宜采用干法利用。3）發展煤炭洗選并加大動力煤選煤廠建設力度，篩選可供電站利用的劣質煤品種，為燃煤電廠燃用煤泥創造條件。4）對燃用低熱值煤泥電廠，國家應在政策上給予扶持和引導，在資金、稅收、上網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）加快研發新型干燥裝置，為煤炭洗選廠配備經濟、有效的干燥設備將是解決煤泥利用的根本方法。
