瓦斯氧化煤泥烘干及掺烧在煤电联营项目上的应用

瓦斯氧化煤泥烘干及掺烧在煤电联营项目上的应用

张云振

（淮沪煤电有限公司田集发电厂安徽淮南232098）

摘要：某煤电联营公司利用矿井低浓度瓦斯氧化煤泥烘干技术，实现煤矿瓦斯的“零排放”，开辟了煤矿低浓度瓦斯利用新途径。低热值煤泥干燥后经锅炉合理配比掺烧具有良好的经济效益与社会效益，项目符合国家能源综合利用政策，具有典型的示范作用和广阔发展前景。

关键词：瓦斯煤泥干燥掺烧

1.前言

煤矿开采伴生瓦斯气体，瓦斯中富含甲烷，其温室效应是等质量CO2的21倍，直接排放污染环境，造成资源浪费。煤泥作为煤炭加工的副产物，由于高水分、高粘性、低热值，很难实现在工业领域中的直接应用。随着国家可持续发展战略的实施，煤炭等矿产资源的合理开发和综合利用已成重要课题。

2.项目背景

某公司采用“煤电一体化”经营模式，下辖一座4×600MW的燃煤电厂和一座年产600万吨煤炭的煤矿。每年抽采瓦斯总量约5000万Nm3，60%以上的高浓和低浓瓦斯用于发电，剩余部分由于甲烷浓度太低不能燃烧，直接排放到大气中，造成了资源浪费，加剧了环境污染。选煤厂洗选后煤泥年产量约为50万吨，对煤泥采取落地处理存在诸多弊端：一是污染环境，易造成矿区环境“遇水流失、遇风飞扬”的二次污染问题；二是不能充分利用煤泥价值，造成经济损失；三是堆放面积大，增加管理成本。

3.项目研发应用

传统的煤泥干燥技术采用燃烧炉燃煤产生热烟气制取高温热风用于湿煤泥烘干，此工艺浪费优质燃煤，同时还伴生了环境污染。通过瓦斯氧化产生的热量制取高温热风取代传统煤泥干燥工艺，高效利用矿井原本作为废弃物的超低浓瓦斯，可真正意义上实现变废为宝。调研显示当前国内外尚无采用瓦斯氧化技术制取高温热烟气干燥煤泥的相关技术。通过瓦斯热逆流氧化制取高温烟气并用于煤泥烘干，具有较高的经济效益和环境效益。

4.项目工艺流程

采用1台8万方高温热风瓦斯氧化装置，将<8%超低浓度瓦斯与空气掺混氧化，产生950℃左右的高温热风，再与现有9台瓦斯发电机组低温乏气进行掺混后，形成温度为700℃左右的高温热烟气，供入滚筒式煤泥干燥机干燥煤泥，煤泥送入电厂掺烧发电。

4.1低浓度瓦斯输送系统

在瓦斯泵站出口处直接将抽采瓦斯掺混空气，浓度降低至3%以下，输送至复合式阻火器进行一次配风，将浓度降至2.5%以下。在输送末端设置掺混系统进行二次配风，将瓦斯浓度调整至1%供氧化装置使用。

4.2高温热风氧化装置

氧化装置利用“热力双向流热反应技术”，先用外部能源加热，创造甲烷氧化反应的环境，瓦斯由风机送入氧化床，氧化产热，排气侧固体蓄热，进气侧气体预热，由切换阀实现瓦斯逆流换向。瓦斯中的甲烷在氧化床氧化后，一部分热量维持氧化反应的环境，一部分热量经氧化装置低温排气口排出，其余热量经氧化装置高温出风口引出，经高温热风调节阀后送入混气箱。

4.3高温烟气煤泥烘干系统

湿煤泥由铲车装入缓冲给料机，经带式输送机与密封刮板输送机送入干燥车间，由螺旋推进器推入滚筒干燥机后经大倾角导料板将其迅速导向倾斜扬料板，并随滚筒的转动和筒体的倾斜度，自筒底提至筒顶而落下，形成料幕，高温烟气从中穿过使湿煤泥预热蒸发水分，物料提起洒落多次后，移动到活动篦条式翼板段，预热过的活动篦条式翼板夹带物料提起洒落重复多次，与物料形成传导和对流质热交换。干燥后的煤泥经干燥滚筒尾部给入干煤泥输送机，至干煤泥棚堆放。滚筒干燥机排出的含尘尾气进入干旋风除尘器，颗粒较大的煤尘通过除尘器下方旋转卸料阀落入干煤泥输送机，转运落入干燥煤堆场内，除尘器中的气体进入湿式除尘器进行废气净化排出除尘机组。

5.优化煤泥掺烧

烘干后的煤泥热值在2900kcal/kg,全水13%左右，锅炉设计煤种热值5100kcal/kg,全水7%，直接掺烧对锅炉燃烧特性影响较大，必须优化掺烧比例与方式。煤泥出矿前与原煤按照1:1比例掺配，确保热值在4000kcal/kg以上，全水不超过10%。掺配后的煤泥颗粒度提高，避免输送过程中的扬尘，大颗粒煤块的冲刷作用避免了煤泥在输送设备上的粘附。电厂加仓时通过2台叶轮给煤机同时取煤，调整2台叶轮给煤机转速比，进行二次掺配进一步提高煤泥掺配后的热值与均匀性，煤泥到厂直接掺烧不堆场。

煤泥经二次掺混后从煤的工业分析结果来看，全水在8%左右，制粉系统干燥出力可以满足煤泥掺的需要。灰的软化温度ST和流动温度FT均大于1500℃，与设计煤种一致。根据煤泥热分析试验结果其着火温度、燃尽温度以及最大反应速度较常用煤种基本相当，因而避免着火点推后造成的飞灰含碳量的上升以及炉膛温度的下降，掺烧对锅炉汽温特性基本无影响。煤泥专对锅炉中间层连续运行制粉系统D、E原煤仓加仓，减少对其他制粉系统运行稳定性的影响，锅炉燃烧对中间层煤粉形成包裹作用，保证了煤泥的点燃与燃尽。

通过控制锅炉纯煤泥掺烧比例不超过10%，有效保证了锅炉燃烧的稳定性以及高灰分对输灰、除尘系统连续可靠运行的影响。通过执行定期清空原煤仓检查煤泥挂壁情况以及制粉系统内部检查清理，保证了锅炉制粉系统运行连续安全可靠。磨煤机掺烧煤泥期间制粉系统运行稳定，干燥出力均能满足要求，并仍有一定的裕度。锅炉主、再热汽温均能达到额定参数。调整煤泥掺烧方式前后锅炉飞灰含碳量亦无明显变化。

锅炉运行工况图

6.项目节能与环保意义

项目年设计湿煤泥烘干能力为50万吨，可减排纯瓦斯640万Nm3/年、二氧化碳10万吨/年、二氧化硫75吨/年、氮氧化物75吨/年、烟尘26吨/年。利用瓦斯烘干技术将27%的湿煤泥干燥成13%的干煤泥年节约干燥用标煤量约9000吨。

目前煤炭市场5500kcal/kg原煤价格基本在600元/吨，湿煤泥市场价格在50～80元/吨，干煤泥市场价格在120元/吨左右，剔除中间各生产环节成本，掺烧每吨煤泥净效益达100元以上。按照年计划掺烧煤泥50万吨，直接经济效益可达5000万元，具有较好的经济效益。

7.结束语

矿井瓦斯氧化煤泥干燥技术的应用基本可实现煤矿瓦斯的“零排放”，对煤矿瓦斯，特别是低浓度、超低浓度瓦斯的利用开辟了一条新的途径。低热值煤泥掺烧具有良好的经济效益与社会效益，符合国家能源综合利用政策，具有典型的示范作用和广阔发展前景。总体而言低浓度瓦斯煤泥烘干技术应用与锅炉煤泥掺烧属能源综合利用、节能环保、创新增效型项目，具有较强的推广价值。

作者简介：张云振（1982～）工程师田集发电厂主值

联系地址：安徽省淮南市潘集区架河镇田集发电厂