摘要：本文介绍了国外某燃烧高水分褐煤电厂采用的回转式煤干燥系统的组成、特点和调试过程中遇到的问题及解决方法。并根据在调试过程中遇到的问题提出了针对燃烧褐煤的机组在设备选型方面的建议。
关键词：高水分褐煤、煤干燥、调试、建议
1机组概况
印尼某燃煤发电厂设计规模为2×150MW机组，锅炉部分采用的是四角切圆燃烧的直吹式煤粉炉。拟燃用印尼苏门答腊岛的露天煤矿出产的高水分年轻褐煤。该煤种具有水分含量高、挥发份含量高，容易自燃、固定碳含量低的特点。由于煤粉锅炉对燃煤水分要求比较高,因此全厂共设计了4套燃煤干燥设备。
2系统及设备简介
此系统干燥方式采用了蒸汽管回转式干燥机，蒸汽来自汽机四段抽汽。干燥机原理如图一所示。干燥机是圆筒结构，内部沿圆周方向布置了多层不同管径的蒸汽管。蒸汽管轴线与干燥机筒体轴线平行。筒体成近似水平布置，干煤出口端有2/100的下倾角度。干煤由给煤机开始通过进口管段滑到干燥机进口，在进口导向螺旋的作用下被推进干燥机内部。在干燥机内部，由于干燥机下倾角度产生的落差和鳍片的旋转推动作用下，湿煤缓慢向出料端移动。湿煤在移动过程中与加热蒸汽管道外壁接触，湿煤中的水分被加热成蒸汽析出。在出料端，原来湿煤中的水分变成的蒸汽被引风机抽出，经过除尘后排至大气；干燥合格的煤落到输送皮带进入输煤系统。加热蒸汽是由出料端经旋转接头进入汽室，并进到每一根筒内的加热蒸汽管道，在管道内凝结放热后变成凝结水，在水平倾角的作用下，倒流回汽室，在汽室下端汇集，排到凝液罐，通过凝液泵回到电厂汽机热力系统中。
在设计工况下，原煤水分由55.3％干燥至33％，煤干燥系统能适应原煤水分变化，当原煤水分达到46.38%的临界水分，干燥机出口煤水分仍为33%时，此时为干燥机最大出力110t/h；当原煤水分达到61.3%，干燥机出口煤水分仍为33%时，此时干燥机出力达到设计值54t/h。干燥机设备性能参数见下表：
图一：回转式干燥机原理图
整套干燥工艺系统主要由湿煤储存计量分析系统、蒸汽管回转干燥系统、尾气处理系统、干煤输送系统以及辅助系统等组成（见图二），具体说明如下：
图二：煤干燥系统工艺流程
2.1湿煤储存计量分析输送系统：
湿煤储存计量分析系统的主要作用是控制干燥机入口煤粉的给料量及分析干燥机入口煤粉的温度、湿含量并把湿煤输送至干燥机。湿煤储存计量分析单元主要由湿煤储仓、带式称重给煤机、仓顶脉冲袋式除尘器、煤斗疏松机等组成。带式称重给煤机出力为0～150t/h，变频调节，带式称重给煤机上装有在线水分分析仪和红外线温度检测仪，以检测分析湿煤的含湿量和温度。
2.2蒸汽管回转干燥系统：
蒸汽管回转干燥机系统主要包括干燥机、润滑油站、蒸汽及凝液回收单元组成。
煤干燥单元主要由蒸汽管回转干燥机设备本体组成。来自湿煤仓的湿煤经过称重式给煤机从干燥机头部进料溜槽加入到干燥机筒体内，干燥机加热蒸汽从干燥机尾部的旋转接头进入，经过汽室进入换热管。湿煤与换热管充分接触换热，物料中的湿分被不断蒸发。
蒸汽及凝液回收单元主要由蒸汽控制阀组，凝液罐、凝液泵等设备组成。蒸汽取自汽机四段抽汽，分两路接入干燥机，分别为加热蒸汽、保护蒸汽和伴热蒸汽。
尾气处理系统：
尾气处理系统主要由尾气除尘和除尘污水预处理组成。
2.3干煤输送系统：
干煤输送系统主要由密闭式皮带机和埋刮板输送机组成。出料密闭皮带机采用变频调速控制出料量，以保证出料箱料位，出料密闭皮带机上还装有在线温度检测仪，当干燥后的煤过干或温度过高容易导致爆燃时，通过加湿水进行预防控制。出料密闭皮带机经过埋刮板输送机输送至输煤皮带，埋刮板输送机具有一定斜度，在埋刮板输送机最底部设有放水点，以便加湿水的排放。
2.4辅助系统：
辅助系统主要包括工艺水系统、冷却水系统、输煤栈桥冲洗水系统、湿煤仓消防蒸汽系统以及杂用压缩空气系统等子系统。
3调试过程及步骤：
煤干燥装置热态（通煤、通蒸汽调试、带负荷试运行）调试的目的是在湿煤通过煤干燥装置后脱水率和系统出力能够达到设计要求,污染物排放达到当地环保要求。并通过调整煤干燥各系统的运行参数，如根据蒸汽参数控制干燥机出料含水量以及出力、控制凝液罐以及除尘器液位、控制干燥尾气中氧含量等等，达到系统最优化运行的目的，合理调整煤干燥装置运行参数。
3.1干燥机热态投煤前应按具备的条件和启动步骤启动：
汽机抽汽与煤干燥系统信号交换系统、运煤系统与煤干燥输煤系统信号交换系统投入、煤干燥系统相关的热工测点投入、辅助系统投入运行；工艺水系统、冷却水系统、冲洗水系统以杂用压缩空气系统可以投入运。
3.2系统停机
3.2.1正常停运前的准备
在干燥机主动停运前确保将干燥机内的煤完全排空，并尽可能排空湿煤仓，尽可能在干燥机停运后系统停运前排空各箱、罐、池的液体或在低液位运行。在设备停用前，应将备用设备的联锁切除。
3.2.2非正常停机后注意事项
关闭干燥机蒸汽管路的手动截止阀，防止蒸汽内漏，导致干燥机内煤粉自燃或闪爆；
关闭出料密闭皮带机出口闸板门，检修时严禁打开，若需调整皮带跑偏，可现场解锁闸板门，在不打开闸板门的前提下启动密闭皮带及，调整皮带跑偏；
严密监视氧含量，若氧含量超过12%时，可适当开启新增（DN76）的安全保护蒸汽电动门向干燥机内充保护蒸汽5分钟；控制氧含量在12%以下；
联锁关闭引风机电动门，根据干燥机出口压力来调整电动调节阀的开度，控制压力为微负压-100Pa左右内，如时间较长可停止引风机运行；
煤干燥系统运行期间主要参数表：
4调试过程中遇到的主要问题及解决方法
4.1湿煤仓堵煤
湿煤仓原设计的疏松机作用范围有限，无法疏松湿煤仓下部积煤。湿煤仓频繁发生棚煤、堵煤现象，导致称重给煤机断煤。经改造后，在湿煤仓椎体下部加装电伴热和振打器，在湿煤仓插板阀上方开设清堵人孔门。经改造后湿煤仓堵煤现象明显减少，棚煤之后疏松机配合振打器使用可以疏松下来，避免了给煤机断煤。
4.2干燥后水分过大
干燥机加热蒸汽流量过低（平均15T/h），干燥机出煤含水量高，达不到理想出力。经改进后，将干燥机筒体运行转数由1.5r/min提升至2r/min，并在干燥机筒体内部增加2组挡板，增大干燥机筒体内存煤量。改造后，干燥机加热蒸汽流量可达到18～19T/h，干燥后的煤已可满足锅炉稳定燃烧。
4.3出料皮带机堵煤
干燥机出料口过大导致密闭皮带机落料点不正，煤粉落至密闭皮带机下部，清扫链无法及时清理积煤，导致密闭皮带堵煤。密闭皮带密封不严，负压大时容易爆燃。经初步改进，出料密闭皮带机入料口增加导料板及一根均料管，入料口缩小至300mm，改进落料不正。密闭皮带周围加装固定挡轮阻止皮带跑偏。密闭皮带加装密封橡胶圈，避免煤粉向外飞溅，增加皮带密封性。密闭皮带机出口加装导料板及振打器，避免在出料口处粘煤堵煤。初步改进后，堵煤现象消除，但还存在皮带机漏风导致的自燃。最后将皮带机整体更换为重新采购的螺旋输送机，在螺旋输送机出料口通过星形卸料阀提高密封性。更换后出料端情况明显好转，可满足干燥机连续正常运行。
4.4除尘器除尘效果不理想
由于煤粉比重小浮于水面，水力旋流器效果不佳，清水质量差导致除尘效果不佳，水位调节困难。解决方法为取消原水力旋流器、泥浆罐、泥浆泵的使用，原除尘器排污管排污改至污水渠并加装手动门，汇通清液池和污水池，将引风机冷却水回水引至清液池，为防止补水不够，将干燥机加湿水引至污水池备用补水，增大除尘器溢流箱溢流口，增加一条溢流管。经过改造后现除尘器运行稳定，除尘效果良好，水位调控较好。
4.5埋刮板机堵煤
埋刮板机输送机出力不够，容易堵煤，导致刮板变形。经过改造先将加高刮板高度提高50mm，并在每个刮板上焊接3个圆钢作为齿耙。经验证效果不明显。现已改为重新采购的重型双链条带动变频式刮板输送机。更换重型埋刮板输送机后运行正常。
4.6凝液泵汽蚀
凝液泵经常产生气蚀，导致泵体振动过大。解决方法是，拆除凝液泵进口滤网，在滤网端加装排污门，取消泵出口再循环，控制凝液罐压力。泵体产生气蚀后，通过排污，待凝液罐压力达到规定值，再次启动可避免气蚀。
4.7尾气烟道内部自燃
尾气烟道设计有伴热蒸汽，容易造成尾气烟道中积存的煤粉过热，引起尾气烟道着火。经改造，取消了尾气烟道伴热蒸汽管道，再未发生过尾气烟道内着火事故。
5设计遗留问题
5.1干燥机达不到设计出力
虽然经过多次系统改造和优化，目前干燥机的进汽量最多可达到22t/h，离36.8t/h的设计值还相差好多，而原煤水分及成分比较稳定，进煤量最多只能达到100t/h，通过热量平衡可以看出，干燥机根本没有达到设计出力，出料水分也不可能达到设计值。在干燥设备的设计计算过程中，换热系数取值偏差过大。在干燥机中，蒸汽与换热管之间是凝结换热，蒸汽管与煤之间是接触传热，整体的换热系数难以确定。这个换热系数与筒体的转速、煤的充满程度、煤的粒径分布等多项参数有关，现有的传热学理论中没有具体的参数可供选择，必须通过一系列实验才能确定。
5.2粉尘问题
该煤种经过干燥后粉尘含量大大增加，一个原因是褐煤本身就存在的水分降低后的风化现象，另外一个原因是这种滚动干燥过程中不可避免地增加了煤块之间的碾磨作用。两种原因共同导致了经过干燥后的煤中小颗粒极多。这些小颗粒和空气混合就成为了粉尘。粉尘浓度大导致冲击除尘器出力不足，进而又导致去沉煤池煤泥数量超过设计值，给煤水处理系统带来压力。而且大量粉尘的存在导致干燥后的煤在输送过程中，不仅污染了厂区环境，还经常会发生输煤系统积粉自燃，给全厂的安全带来隐患。
5.3干燥机出力导致的全厂效率降低
目前水分不合格的干燥煤只能维持锅炉稳定燃烧，煤耗量大大超过设计值。原设计锅炉的煤耗量是99.77t/，实际煤耗量为118t/h。水分超标的入炉煤还给锅炉带来了排烟温度高、磨煤机磨损加剧、主蒸汽温度超标的一系列问题，给运行调整增加了难度。
煤干燥系统的热源来自于汽机抽汽，抽汽导致汽机的发电汽耗增加，降低了汽轮机组的发电效率。另外庞大复杂的干燥系统自身的运行消耗和折旧也是降低全厂效率的一个原因。
6建议
6.1注意设计阶段的原煤成分分析
在海外燃煤机组的设计时对于燃煤的取样要准确，试样在运输过程中要妥善存放，防止因运输过程中水分散失导致化验结果偏离实际值。
6.2推荐采用循环流化床锅炉
针对对于高水分年轻褐煤，尽量在当地采用小型循环流化床做燃烧试验。如果燃烧试验结果可行，设计选型推荐使用循环流化床。虽然循环流化床锅炉相对煤粉锅炉燃烧效率要低，但考虑到煤干燥系统的金属消耗、运维成本，以及全厂安全性、可靠性后，采用循环流化床配纯凝汽轮机的组合会提高全厂的发电效率。
7总结
这种回转式干燥设备常用于冶炼、煤化工等行业，用于干燥矿石、炼焦煤等高密度低水分的块、粒状物料，应用于发电行业，并且被干燥物料水分之高，本工程尚属首次，因此难免存在一些因为经验不足造成的设计缺陷。
参考文献:
[1]杨世铭、陶文铨 传热学[M] 高等教育出版社
[2]岑可法 循环流化床锅炉理论设计与运行[M]中国电力出版社
[3]《锅炉运行说明书》华西能源工业集团有限公司
论文作者:林斌,白峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/19
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