变动力煤的化学组成、物理特性和燃烧特性,使之达到煤质互补、优化产品结构、适应用户燃煤设备对煤质的要求,达到提高燃煤效率和减少污染物排放的技术。
动力配煤与炼焦配煤不同,在我国,动力煤主要是指供发电用煤、蒸汽机车用煤、水泥回转窑用煤、一般工业锅炉和窑炉用煤等,炼焦配煤则主要用于生产焦炭。炼焦配煤对于技术与工艺水平要求较高,配煤原理与技术均较为复杂,我们这里主要讨论动力配煤。
动力配煤技术不是几种质量不同的煤炭的简单混配,实际上,动力配煤技术是涉及煤质、燃烧、最优化及自动检测与控制等各项技术的一项复杂技术系统,有很多问题需认真加以研究解决。
4.2.1、配煤方式
采用不同煤种配煤燃烧时,配合的均匀性是必须首先考虑的问题。究竟采用何种配煤方式,取决于各用煤企业的实际情况,如煤场设施、面积大小,锅炉容量等。目前,常用的主要配煤方法有体积法和质量法。体积法是将一定体积的一种煤与特定体积的另一种(或二种)煤混合。质量法是将一定质量的一种煤与其他1-2种特定质量的煤配合达到预定比率。配煤方式主要有仓混式、床混式、带混式及炉内直接混合方式等。
1、仓混式系统
此种方式是将不同的煤种在混煤仓内混合。混合仓一般采用多室结构,不同煤贮存在不同室内,按预先设置好的比例取出混合。仓混式配煤系统占地面积小,混配简单、方便,扬尘少,噪声低,但混煤量少,不适合于大型电厂。
2、床混式系统
此种方式是在煤场进行。将不同的煤种按一定方式分层堆放在一起,然后由取煤机纵向取煤。堆煤的层数决定了混煤的均匀性。床混式系统混煤量大,方式简单,不需要特殊设备,均匀性好,可长时间大量混煤。对容量大、煤种较固定的电厂,这种方式通常最有效、最经济。最大缺点是对煤质变化的反应能力差,必须准确地掌握来煤质量,以便改变煤层中各种煤的比例。
3、带混式系统
此种方式是在运输带上进行,从2个或多个煤堆上按一定比例取出并置于一条输送带上。其突出优点是煤质易于调节,当煤质变化时,只要调节不同煤堆的取煤比例,就可调节配煤煤质;缺点是系统较复杂,需要多条输送带,基建投资较大。
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4、炉内直接混合方式
将不同煤按一定比例从炉膛的不同位置送入。如在W型炉膛中将烟煤从下部一次风口送入,而将无烟煤从上部温度较高的区域送入,这样增高了无烟煤的着火条件,保证无烟煤的充分燃烧和燃尽。有些电厂则在燃烧器入口处将各种煤混合,并在入口处将不同煤种切换,增高了煤种的选择性。采用此方法需要对配煤与锅炉的适应性作更深入的研究和较高的运行管理水平。
4.2.2、配煤的质量标准
为确保煤炭的合理利用和对路供应,我国已制定出了有关的供工业用煤质量的国家标准,其中与动力煤有关的标准有GB7562《发电煤粉锅炉用煤质量》、GB7563《水泥回转窑用煤质量》和GB4063《蒸汽机车用煤质量》。这些标准对煤质指标均作出了具体而明确的规定。在制定动力配煤质量标准时,必须充分考虑上述标准对各项煤质指标的要求,否则,便会出现按有关的动力配煤质量标准生产出的“配合煤”无法满足国家标准要求的现象。
一般工业锅炉和窑炉由于种类较多,对煤质的要求较复杂,目前尚无统一的用煤质量国家标准,在制定动力配煤质量标准时,必须根据用户的实际情况,结合用户燃煤设备对煤质的要求及煤炭资源特点,制定出适宜的质量标准。
动力配煤质量标准的制定主要涉及配煤质量控制指标的选取、各指标的界定及标准的起草等工作。
配煤质量控制指标的选取是标准制定中最重要的一环。质量控制指标的选取应遵循如下4个基本原则:①应能最大限度地反应出煤的燃烧特性;②测定应简单、易行,最好能实现快速检测或在线检测;③应与有关工业用煤质量国家标准相配套;④应与用户燃煤设备对煤质的要求相配套。
根据有关的标准,结合煤的燃烧理论,制定动力配煤的质量标准时应选取的煤质指标有:①发热量;②挥发分;③灰分;④全硫;⑤水分;⑥煤灰熔融性。
我国大型发电厂一般均采用煤粉锅炉,对原料煤的粒度无特殊要求。但从合理利用和对路供应的角度看,以混煤、粉煤和末煤为宜。而一般工业锅炉和窑炉比较适宜燃用具有一定粒度的块煤,但煤的粒度又是通过配煤无法改变的。因此,在制定标准时可根据实际情况,将煤粒度作为参考指标。
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煤的结焦性和粘结性指标对动力煤来说也很重要。结焦性高的煤在燃烧过程中易鼓泡,结成焦块,出现火口,布风不均,火苗不匀,炉渣含碳量高,热效率降低。无结焦性的煤在燃烧时出现的粉末易被风吹起,被烟气带走,或从炉排孔中漏掉。所以,动力煤最好能具有适度的结焦性。从我国煤炭资源特点看,强粘结性煤所占比较较少,且大部分用于炼焦生产,只有少部分高灰、高硫难洗选的炼焦煤用作动力煤,固对动力煤的粘结性指标可不作出规定。
4.2.3、配煤质量检测及过程自动控制
质量检测是动力配煤技术中的一个重要组成部分,它主要包括来煤(原料煤)的质量检测、配煤过程的质量检测和最终产品的质量检测这三个过程。
对配煤过程进行质量检测的目的主要是及时了解配煤生产线的实际情况,以便作出必要的调整。对其技术的要求是快速、准确,比较适宜采用的技术是“在线检测”技术。事实上,只有实现“在线检测”,才能实现配煤过程的自动控制。国内外在煤质在线检测技术方面已取得了很大进展,我国很多选煤厂已装配了在线检测仪,一些新建或拟建大型配煤场也计划采用在线检测技术。在线检测技术是实现自动控制的基础,在“在线检测技术”及配煤过程的自动控制等方面仍有很多工作要做。
4.2.4、固硫剂及助燃剂的研究与开发
由于我国大部分工业锅炉及窑炉均没有脱硫装置,其燃煤引起的SO2排放等问题已非常严重。在目前的技术经济条件下,采取在配煤的过程中加入固硫剂和助燃剂不失为一种有效的技术措施。国内很多单位已为此开发出了多种固硫剂,固硫率一般可达40%左右,效果较好。做为与动力配煤技术相配套的固硫剂的研究与开发,今后的开发重点应是降低固硫剂的成本和提高固硫率。
4.2.5、配煤工艺及设备
尽管动力配煤技术已在我国很多地方得到了应用,但在配煤工艺及设备的研究与开发等方面尚有很多不足之处。在进行配煤场的设计时主要还是参考选煤厂、焦化厂的备煤车间等有关的设计规范,凭经验进行。在配煤工艺及设备的研究开发方面的工作还有待提高。
4.2.6、简易先进的小型配煤中心
配煤工艺的好坏决定于三点,一是精确又连续地分析进场的煤炭,二是精确有效地连续计量不断通过的煤炭,三是合理又便宜地将几种煤炭均匀混合。简单说就是准确分析、
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准确计量、均匀混合。以前计算机技术不发达时筒仓式配煤计量与混合相对地比其它方式准确,计算机技术发达的今天,人们早已普遍使用先进的放射性传感器及先进的计量技术,配合先进的计算机控制软件准确而快速地进行配煤。
以前人们普遍认为皮带机配煤不精确、环保性能差,现在通过安装传感器及精密计量仪,通过先进的控制软件,较为容易地将各种皮带机组合成配煤系统。将皮带机用栈桥或地沟系统进行封闭,不但完全满足环保的要求,而且占地少、投资少、见效快、配煤成本便宜。
目前国内外许多能源公司已经设计生产了很多先进配煤生产线及配煤管理软件,如: (1)(美国)电厂配煤车间的在线报告软件包Coalogic,安装在配煤车间完成动力配煤全过程。
(2)天津市核人仪器设备有限公司pc-plc核子秤自动配煤系统。 (3)北京金日新事业技术有限公司自动配煤系统。
(4)煤炭科学研究总院高新技术事业部实时闭环自动配煤控制系统。 (5)武汉科技大学PLC配煤控制系统。 (6)宝钢配煤专家系统
(7)浙江大学电气自动化研究所合作开发了集管理调度、过程控制于一体的自动化输煤控制系统等。
配煤技术是一项较为复杂的系统工程,涉及到所选原煤种类,结合所选配煤厂的基础设施,进行配煤系统的设计以及优化,计算机控制系统与软件的设计工作等等,需要另开专题论述。
4.3、配煤工程投资及经济评价
4.3.1、配煤工程投资估算及经济评价
根据专业资料《动力配煤生产及管理》(大约5年前资料)中记载,动力配煤工程投资与工程规模、原始条件、工程目标等有关,如在原有选煤厂、集运站、港口码头等基础上改建,则总投资会大为减少;如配煤工程包括了仓储、装运等基础设施,则投资会较高。据测算,中型动力配煤工程按生产能力吨煤投资大约为25-40元左右。
使用动力配煤与烧单煤比较,锅炉热效率约提高4%-5%,层燃锅炉使用小块煤可节
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