数字化煤场的运煤系统混煤方案的研究

数字化煤场的运煤系统混煤方案的研究

邹煌斌

中国电建集团江西省电力设计院有限公司   330096

【摘要】本文论述了常见的筒仓混配煤、煤场混配煤、利用卸煤沟混配煤利用卸煤沟混配煤等混煤配煤方式及其特点。在满足安全可靠，技术先进的前提下，尽可能做到经济实用，推荐符合电厂特色混煤掺烧备选方案。

1燃煤掺混的必要性

1.1  符合大容量燃煤电厂用煤的发展趋势

随着我国电力事业的蓬勃发展，大容量燃煤发电机组已逐渐成为火电生产中的主力机组，以装机容量2×1000MW燃煤电厂为例，年耗煤量达到400万吨左右，当采用劣质煤时耗煤量还会更大，而电厂扩建后的年耗煤量也会更大。如果只按单一煤种考虑，对于远离煤矿的电厂而言，许多煤源的供应还难以确保这个数量的要求。大唐抚州电厂燃用设计煤种拟由2个煤矿供煤，要求一个煤矿每年提供数百万吨的燃煤在煤炭供应紧张时难以达到。目前电厂燃料以原煤为主，煤矿矿区的组成单元是矿井，矿井的组成单元是采区，由于煤层本身的贮存情况不同，开采技术条件和开采程序不同，矿井与矿井之间、采区与采区之间煤质也会有差别，要求在几十年内连续提供数量巨大的相同质量的燃煤很难做到。随着燃煤电厂规模的不断扩大，不少燃用单一煤种的电厂已改烧多种煤，原来燃用多种煤的电厂因发电容量的不断增加煤种也不断增加，大容量的燃煤电厂用煤多煤种化的趋势是明显的，燃用单一煤种的电厂逐渐减少，多煤种的混煤正相应增多，一座年耗煤量数百万吨以上的大型燃煤发电厂往往要由几个煤源同时供煤，煤源较多造成煤质差异是不可避免的。

1.2  符合锅炉对煤质的要求

发电厂锅炉是依据工程提供的燃料特性而设计的，也就是说针对不同的燃料特性可以选择和设计完全不同的锅炉，但发电厂锅炉一经设计成型，其燃料质量则应符合设计燃料的要求；当然也不是那么绝对，考虑到煤质可能发生的变化，锅炉机组热力计算为其规定了一定的变动范围，超过规定的范围，锅炉设计必须进行修正，显然规定范围是有限的，否则工程提供的燃料特性就毫无意义；锅炉只有在设计煤质范围才能达到设计效率，保持经济运行状态。锅炉运行煤质与设计煤质相符合，不仅是为了取得最佳效率，也是为了使电厂能够安全稳发满发，当运行煤质与设计煤质不相符合时，会造成锅炉效率降低、制粉系统耗电量增加、结渣结焦严重，以致构成事故停炉，造成经济损失。有关研究资料指出，各种燃料特性下锅炉炉膛尺寸、磨煤机种类和尺寸大小变化都很大，若设计一种能烧各种煤的锅炉即便是可行的也是极为不经济的，在技术上是不可取的，因此通过混煤，提出混煤后的综合煤质，提出适当的煤质范围，供锅炉设计选用，可保证锅炉设计选型后对煤质变化的适应性。

1.3  燃煤掺混具有多重的优越性

州                                                                                                                              燃煤掺混，其目的之一就是要采取相应的措施和手段，从多变的的煤质中求得一种质量相对稳定、接近设计煤质的人工合成煤，以使入炉煤的质量得到保证。两种以上的煤种混合，当配煤比例不同时，混煤的发热量、灰分、水分、硫分等参数也有所不同，任何煤种和其它煤种混合时，必须事先进行煤质分析和计算，以便求得最佳的配煤比例，达到锅炉优化燃烧或是达到其它预期的混煤目的。燃煤掺混的另一个优越性表现在：可以减小环境污染，为达到环境质量标准，可以通过混煤调整灰分和硫分，即用低灰低硫煤平衡高灰高硫煤，降低燃煤的总含灰量和含硫量，另外燃煤掺混还可以达到合理利用优质煤和劣质煤的目的，根据锅炉所带负荷的高低，变换煤质，适当调整混煤比例，比如只有在满负荷时才用优质煤，使优质煤的需要量比过去相应减少，在其它负荷情况下使劣质煤的使用更加充分。

2常见的混煤配煤方式及其特点

2.1  筒仓混配煤

在运煤系统中设置适当数量和容量的混煤筒仓，分别存放不同煤质参数的燃煤,每个筒仓出口配备可以调整出力大小的给料设备，按照预先计算或规划的配煤比例调整好每台给料机的出力，几台给料机同时运行将各筒仓内的存煤按比例给至皮带机系统，再经几次转运后燃煤被均匀混合运往煤仓间。筒仓混煤也需一定的条件，即保持每个筒仓只装一种煤，且能经常保持一定的贮煤量。利用筒仓进行混煤配煤作业方便灵活，并可以达到较准确的配比要求。采用筒仓混煤对矿点分散、来煤不均衡的电厂适应性强，对周围环境污染小，在系统中兼有缓冲作用，混煤精度高。但该混煤方式系统流程复杂，投资大，适应于大中型燃煤电厂，但不适应燃用冻煤、易堵煤的电厂。

如果煤的挥发分较高，在筒仓中存放煤时间过长，在筒仓中容易发生自燃、爆燃。筒仓需配备相应的安全保障措施以预防爆燃的事件的发生，在筒仓上应设置安全检测系统（包含可燃可爆气体浓度检测、温度检测、料位检测等），防爆泻压装置。当煤种明显具有易燃性（煤质好、燃点低、挥发份高）的时候，危险更大。针对这一情况，除安装各种功能的检测报警装置外，尚需设喷水、降温、防火、防爆装置及启动紧急排放等措施。筒仓存煤时间应严格控制，设置的筒仓监测系统应保持工作状态，常备无患。如果筒仓的作用为混煤，存煤量少，存煤时间短，且煤先进先出，可不设置惰化设施，当安全检测设施发出报警信息时，停止向筒仓内供煤，并尽快排空筒仓。因此，当煤种明显具有易燃性的时候，最好不要轻易选用筒仓，当不得不选用筒仓时应采取严格的监管措施并严格限制存煤天数。

筒仓在每个筒仓只装一种煤且能经常保持一定的贮煤量的条件下，虽能较好地起到混煤效果，但并不等于说筒仓做得越大越好，数量越多越好。筒仓直径越大，造价越昂贵；数量越多，总投资就越大。如果煤源点过多，则采用多筒仓精确混配煤投资太大；如采用大致归类至几个筒仓分储混配，则配煤比例又很难确定。为混煤而专门设置筒仓应进行技术经济比较论证。另外，如果筒仓的存煤为易燃性煤种，须慎重考虑筒仓方案，并采取相应的安全保障措施。

2.2  煤场混配煤

燃煤电厂贮煤场内大都设置了大型煤场机械，如悬臂式斗轮堆取料机、门式滚轮堆取料机、桥式抓斗起重机、地下煤斗配振动给料机、缝隙煤槽配叶轮给煤机以及大型推煤机等。其动作功能主要是对贮煤场的燃煤进行堆料或取料作业。各种大型煤场机械在堆料或取料过程中可根据一定的操作工艺达到混煤效果。

根据电厂混煤需要，煤场混配煤对煤场设备运行有影响，影响斗轮机效率和运煤系统的出力。

2.2.1  分堆分取方式

将不同煤质参数的煤种分堆贮存于煤场，取煤时几台煤场设备按照要求的配煤比例相应调整出力，同时在各个煤堆进行取煤作业，各煤堆的燃煤按一定比例进入皮带机系统，各种煤依次落在皮带机上形成分层煤，经过皮带机接力转运，待煤到达煤仓间时，煤已经基本混合均匀，达到混煤配煤的目的。由于取料机调节出力不是很精确，影响到混煤比例不是很精确。这种分堆分取的混煤配煤方式虽然简便易行便于操作，但需要多台煤场设备同时配合作业，使煤场设备动用率提高、运行时间较长、运行费用较高而不够经济；另外煤场分堆存煤使场地利用率降低，煤场容量受到影响。煤种越多，这种情况影响越大。这种混煤方式使用广泛，适用于条形煤场，国内大多数配置2台以上斗轮堆取料机的电厂都曾间断采用。

2.2.2  分层堆煤断面取煤的混煤方式

利用煤场斗轮堆取料机将不同煤质的煤种分层堆存，取煤时尽量采用取断面的形式，使燃煤混合。简单的说，将电厂不同品种的燃煤像三明治一样在煤场中逐层堆放，取料时各品种的燃煤被斗轮自然混合在一起，从而达到混煤效果。这种混煤方式有一个前提，不同品种的燃煤进入电厂时必须有一定的规律，否则难以满足逐层堆放的要求。这种混煤方式很难按一定的配比进行混煤，达不到准确的配煤比例，对混煤要求较高或混煤煤种较多的工程不宜采用此方法，而只是适用于对混配比例不做严格要求的情况。但此方式对煤场设备这样大型的设备动用率不会增加，运行费用合理，设备维护检修时间充裕，安全生产可靠性更高。

这种混煤方式要求堆煤必须有一定的规律，只要在堆料时严格按混煤的操作工艺堆料，取料时按取料的工艺取料，就可以达到混煤效果。这在国外资料上介绍较多，但目前国内仅珠海电厂等少数电厂采用。如果来煤无规律，混煤要求较高或混煤煤种较多，很难执行这种混煤工艺。这种混煤方式适用于条形煤场和圆形煤场。

2.3  筒仓和煤场联合混配煤方式

筒仓和煤场分别存放不同煤质的燃煤，运行前将筒仓出口的给料机出力与煤场取料设备出力按要求的配煤比例调整好，同时给(取)煤进入皮带机系统经转运后混合。筒仓和煤场联合混配煤方式减少筒仓数量，运行较为灵活，可以有多种配煤作业方式，操作简便易行并可基本保证配煤比例的要求，但同样存在建设筒仓系统工程的问题。这种混煤方式因筒仓和煤场的配置比较特殊，在国内较少见。

2.4  利用卸煤沟混配煤

将不同煤质的煤种分别按要求的比例卸入煤沟进行混配，这种混煤方式适用于煤质差异不大、配煤比例不做严格要求的情况。这种混煤方式效率较低，且卸煤沟造价高，故只适用于中小型电厂，在国内较少见。

2.5  利用原煤斗混配煤

利用犁煤器和皮带机运行，让不同煤质的燃煤交替进入原煤斗，在原煤斗能够达到一定程度的混煤。这种混煤方式效率较低，配煤比例不严格，使用较少。

2.6  炉膛内分层燃烧

炉膛内分层燃烧前提是要求将主厂房内各原煤斗按要求加上不同的煤种，以进行分输、分贮、分磨，最终满足炉膛内分层燃烧的要求。

这种配煤方式在运行中有以下几个方面的不利因素。

（1）配仓时间

上煤系统仅有两路皮带机，根据规程要求为一用一备，要给煤仓上各种不同的煤，而不同煤种上煤期间需要一个间隔时间，故加长了总的配仓时间。

（2）管理问题

由于各个煤仓要放各种不同的煤种，这给上煤管理带来很多不便，光是程控不能解决这个问题，需要人工介入，一是煤场取煤时需区别不同的煤种，二是给煤仓加煤时需将不同的煤加到不同的煤仓，三是需对皮带机实行不同时段运不同的煤种。若是管理不力，很易造成错乱。当两种不同煤种的煤仓同时告急时，上煤系统需要同时运行两路皮带机，否则无法满足其配仓要求，因为无法实施短时间内不同煤仓之间切换配仓。当多种不同煤种的煤仓同时告急时，上煤系统无法满足配仓要求。

对于煤种较少（如2种）的工况，这种混煤方式效率较高，配煤比例也比较严格，使用较多。由于可以不改造运煤系统，这种混煤方式在许多从单一煤种运行改为混煤运行的电厂应用广泛。

3混煤方案的拟定

根据本工程实际状况，结合全厂总平面布置，运煤系统在满足安全可靠，技术先进的前提下，尽可能做到经济实用。为此，混煤方式考虑斗轮堆取料机+斗轮取料机混煤、筒仓混煤和2个圆形煤场堆取料机混煤三个方案。

3.1 斗轮机混煤方案

该方案设置两个并列布置的条形煤场，每座煤场各设置一台斗轮堆取料机，堆料出力为2500t/h，取料出力为550～1250t/h，悬臂长度为40m。每台斗轮堆取料机下各设一台带式输送机，带宽B＝1600mm，带速V＝3.15m/s，出力Q＝2500t/h。在#2斗轮堆取料机同一轨道上设置一台斗轮取料机，取料能力为550～1250t/h，悬臂长度为30m。

对该方案可采取的混煤措施可有如下几种方式：

(1)将两种不同煤质的煤分堆存放，利用斗轮堆取料机和斗轮取料机同时作业，按比例取不同煤种到同一条胶带机上进行混配。在#2斗轮堆取料机基础上同轨布置一台斗轮取料机，下设一路带式输送机。当两台斗轮堆取料机中任意一台堆料或检修时，斗轮取料机仍可取料，与另外一台斗轮堆取料机同时作业，满足混煤要求。

(2) 将两种不同煤质的煤分堆存放，分仓上煤，分层燃烧。炉膛内分层燃烧要求将主厂房内各原煤斗按要求放入不同的煤种。每台炉有6个煤仓，每种煤需放在指定的仓内。通过煤仓下计量给煤机控制每个仓的原煤给煤量，计量给煤机的整体精度高达0.5％，从而保证混煤的精确性。

本方案铁路来煤进煤场储存采用斗轮堆取料机作业，出力2500t/h，与翻车机设施出力相匹配。向主厂房供煤时，当采用2台斗轮机同时取料混煤作业方式时，其中一台斗轮机出力为550t/h，另一台斗轮机出力为700t/h；当采用不同煤种分层燃烧时，斗机轮出力为1250t/h。因此要求3台斗轮机取料出力皆应在550～1250t/h进行变频调节。

6.2  筒仓混煤方案

设置两个筒仓，按不同煤种贮存。筒仓设置在煤场与碎煤机室之间，为旁路式布置。每座筒仓下设两个斗口，每个煤口配置一台活化给煤机，给料机将煤按掺烧比例同时给到同一条皮带机上。筒仓直径16m，每个贮煤3360t，总储量满足2×1000MW机组8小时的耗煤量。活化给料机出力为550～700t/h。进筒仓的带式输送机带宽B=1400mm、带速V＝2.5m/s、出力Q=1500t/h；出筒仓的带式输送机带宽B=1200mm、带速V＝2.8m/s、出力Q=1250t/h。

每个筒仓各贮两种煤中的一种煤，从两个筒仓同时给煤到同一条出力1250t/h的皮带上实现混煤，混煤比例通过调节筒仓下的每台给煤机的出力进行控制。混煤比例准确且可自动控制。

该方案也可采取分层燃烧方式进行掺烧。当采取分层燃烧方式时，斗轮机取煤可直接上煤仓，因此，斗轮堆取料机取料出力应在1000～1500t/h进行变频调节。

筒仓防治煤自燃的措施包括：要求运行时按照来煤顺序用煤,即先进先出,保证燃煤在筒仓的储存时间最长不超过7天；筒仓须设置防爆、通风装置；筒仓还须设置测温、测气体等监测装置与运行人员现场检查相结合，及时发现自燃隐患。因设计煤种干燥无灰基挥发份为接近40%，在筒仓中容易发生自燃、爆燃，所以在筒仓中还设置惰化设施。

6.3  两个圆形煤场堆取料机混煤

采用两个圆形煤场堆取料机混煤。圆形煤场堆取料机堆料、取料分开，可实现堆取同步，卸煤与上煤互不影响。将两种不同煤种分别存放在两个圆形煤场中，上煤时，两台取料机同时工作，将两种煤送至同一条带式输送机上，达到混煤目的。堆取料机取料出力为550~1250t/h。

该方案系统简单，转运环节少，占地少。当采用两台堆取料机进行混煤作业时，存在着堆取料机出力得不到充分利用，效率低下的弊端，而且圆形煤场投资高。

4混煤方案技术经济比较

4.1  技术比较

上述三种混煤方式技术上都是可行的。

斗轮机混煤和圆形煤场堆取料机混煤方案系统简单，转运环节少，占地较少，但由于斗轮机取料的设计出力偏差为额定出力的±10%，故斗轮机混煤精度不高，难以达到严格按比例精确混煤的要求。为了最大限度的克服此弊端，本方案在两台斗轮机悬臂皮带上装有电子皮带称计量堆、取煤量，供运行人员根据现场情况及时调整出力，提高配煤精度。当采用两台斗轮机进行混煤作业时，斗轮机取料出力300t/h~700t/h，存在着斗轮机设施出力得不到充分利用，效率低下的弊端。

筒仓混煤方案是电厂常规的混煤方案，混煤精度高，可以严格按锅炉所需要的配煤比例进行混煤，同时它也可以和斗轮机互为备用。且斗轮堆取料机的堆料出力为1500t/h，取料出力1000t/h~1500t/h，该设备的功效也得到了最大限度的利用。但该方案一次性投资大，占地大，系统较为复杂，位于南方多雨季节的筒仓易堵煤，起拱。

4.2  经济比较

现对运煤系统两个方案不同部分进行经济比较，具体数据见下表：

混煤系统方案经济比较表     单位:万元

5结论

影响燃煤的不确定因素多，易造成优质煤，劣质煤等不同煤种的来煤及存煤比例与生产需求不一致，单一的混煤方式不能适应阶段性变化的煤炭形式；尽量多的配煤运行方式，可大大增加配煤掺烧的可靠性。因此，根据锅炉设计煤质和今后电厂来煤情况，建议采用燃烧器分层燃烧与两台斗轮机混煤相结合的方式进行混煤掺烧方案。在设备选型时，应考虑锅炉具备燃烧器分层燃烧的条件。当煤炭形式好，优质煤充裕时，采用燃烧器分层燃烧的混煤方案；煤炭形式恶劣，优质煤的量不充裕时，采用两台斗轮机混煤。

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