煤泥管道遠距離輸送新技術
摘 要
了煤泥電廠對煤泥輸送環節的要求和傳統煤泥輸送模式的缺點，論述了煤泥管道遠距離輸送系統的最新發展，包括其基本工藝特點、性能參數和主要設備組成，還詳細分析了采用管道輸送方法煤泥燃燒發電的經濟效益和社會效益情況。
關鍵詞 煤泥 環保節能 管道輸送
1 概述
洗煤泥是選煤廠的副產品，由煤炭、矸石與粘土混合組成，一般濃度(含固量)為72%~77％，顆粒直徑小于0.5mm，產量約為入洗原煤的10％～20％，是一種高濃度、高粘度的粘稠物料，其表觀粘度變化較大(10～10４Pa·s)，均勻混合后屬于典型的非牛頓流體，流動性小粘結性大。原煤入洗是使煤炭成為潔凈燃料最主要的手段，2000年全國選煤產生的煤泥量已達2000~3000萬t。隨著原煤入洗比例的增大，煤泥產量還會增加。煤泥堆積形態極不穩定，自流而不成形，遇水即流失、風干即飛揚，作為廢料遺棄，其環保問題比洗煤矸大得多，產生了極為嚴重的環境污染。
國家“六五”至“九五”期間投入大量經費進行研究后，低熱值燃料燃燒技術及循環流化床鍋爐的應用已日趨成熟。循環流化床鍋爐能夠混燒不同煤種，還可燃用高灰低熱值燃料(煤矸石和煤泥)。循環流化床鍋爐燃燒煤泥發電是工業大量利用煤泥的最佳手段，其環保節能效果遠優于任何其他方式，因此國家政策一貫積極支持。
泥問題還未真正解決，原因在于煤泥如何才能從選煤廠輸送到坑口電廠鍋爐(通常距離為幾百米、高度為幾十米)，并根據鍋爐溫度閉環控制煤泥流量，才能達到兼顧環保、安全可靠、經濟適用等要求。
為止我國傳統的煤泥遠距離輸送系統已經發展兩代，第一代煤泥輸送模式為：裝載機—轉載刮板機—立式給料機—皮帶機—鍋爐頂部轉載刮板機—立式給料機—給料罐—鍋爐。第二代煤泥輸送模式為：裝載機—轉載刮板機—立式給料機—皮帶機—爐前給料裝置(擠壓泵或進口泵送設備)。擠壓泵的工作原理為當輥輪轉動時將軟管中的煤泥擠出，因此軟管壽命低(國產軟管為200h左右)，輸出壓力低(<1．5MPa)。進口爐前給料裝置由儲料罐、預壓螺旋和蝶閥泵組成，將煤泥經煤泥噴槍噴入鍋爐。這種爐前給料系統裝置價格異常昂貴，且由于使用了煤泥噴槍，要求煤泥十分“潔凈”，不能混入顆粒和纖維。
第一、二代煤泥輸送系統因設備環節多、基建費用大、占用場地大、煤泥流量無法精確控制、爐前給料設備復雜、使用和維護費用高等原因不是理想的輸送系統。因而到2001年為止，盡管我國選煤廠眾多，循環流化床鍋爐技術日趨成熟，但燃用煤泥的電廠不超過10家(其中有的電廠中途還改燒原煤)，因此可以說煤泥輸送環節的技術難題嚴重制約了煤泥大量工業化的綜合利用。
2 煤泥管道遠距離輸送基本工藝
決上述煤泥遠距離輸送技術難題，北京中礦機電工程技術研究所成功研發了“MNS煤泥管道輸送系統”。該系統解決了煤泥長距離管道輸送中的煤泥高壓泵送、煤泥流量可控、煤泥預先處理、物料分流分配、爐前多功能給料、管道密封減振、管道磨損等一系列技術難題，具有包括煤泥成漿、貯存、攪和、輸送、給料、清洗等管道輸送所需的全部功能，滿足鍋爐燃用煤泥對于輸送環節的全部要求。
煤泥電廠對煤泥輸送的不同要求，管道輸送系統可以分為“一用”、“一用一備”、“兩用”、“兩用一備”、“兩用互備”、“三用一備”等各種布置方式。
NS煤泥管道輸送系統”主要由2部分組成，一是泵送前的預處理裝置，主要設備有煤泥搓和機、上料螺旋和緩沖攪拌倉。二是輸送裝置，包括高壓煤泥輸送泵、預壓螺旋、高壓低摩阻復合管路、管路分配分流器、多功能給料器、電控系統等。
搓和機集搓和、破碎、攪拌于一體，其作用是將狀態不同的煤泥及雜物進行搓碎攪勻，并制成一定含水量的均勻高濃度煤泥漿。大傾角的上料螺旋可將煤泥通過高速雙螺旋輸送裝置提升到位置較高的攪拌緩沖倉，攪拌緩沖倉的作用是進一步攪拌煤泥，制成含水約為30％的適于泵送的均勻煤泥漿，保漿儲存，等待泵送，同時還具有料位控制功能。
輸送泵采用高壓液壓泵為動力，配以專用電液比例控制閥，推動執行機構將原生煤泥吸入和泵出，管道最大輸送壓力24MPa，該泵具有煤泥泵送流量精確可控的特點；預壓螺旋為齒形變螺距雙螺旋給料結構，對煤泥泵產生“正壓入料”，解決了因煤泥流動性差而產生的泵送“吸空”問題；高壓低摩阻復合管是在鋼管內套裝超高分子量聚合管，由于其摩擦系數僅為一般鋼管的1／7，大大降低了管道的輸送阻力；管路分配器、分流器、可將煤泥在管道輸送過程中進行順利的改向、分流與分配，使多套系統可以互相備用，還保證了鍋爐在多點煤泥人料時分流均勻。多功能給料器具有給料、清洗、密封、通干結、流量平衡等多種功能，是煤泥注入鍋爐爐膛的關鍵設備；電控系統采用PLC微電腦控制，具有遠程調控、實時監控、精確控制流量的功能，實現了煤泥輸送的集散控制。 管路密封采用插裝式軸向密封法蘭，同時采用加厚橡膠墊減小軸向振動，實現了高壓輸送管道的有效密封。管路固定采用了橡膠減振復合結構型管卡，徹底消除了由于管道改向所引起的徑向振動，同時也能部分減少軸向振動
3 煤泥管道輸送系統主要技術特點與指標
NS煤泥管道輸送系統”的主要技術特點為：輸送過程全封閉、無污染，對于煤泥，可“不落地”地由選煤廠直接輸送至鍋爐；輸送物料濃度高、輸送距離遠，完全滿足坑口電廠對煤泥輸送的要求；系統集成漿、貯存、攪和、輸送、給料、清洗于一體，功能齊全；物料流量精確控制，滿足煤泥電廠鍋爐燃燒條件，并具備其他所需控制功能；物料在管內不沉淀，管內長期存料后再次啟動無困難(煤泥最長達2個月)；物料預處理工藝設備簡單，輸送時管內可允許混入少量纖維和顆粒(<30mm)；管道布置靈活，可架空、地埋、垂直上升、任意角度轉彎等；整套設備安裝簡便，占用空間很小；系統長期運行可靠，易于維護；當在用系統出問題時，備用系統能夠及時啟用，保證用戶對管道輸送的需求(如鍋爐穩定燃燒等)；系統自動化程度高、無人值守；基建費用大幅度降低(與其他煤泥輸送模式相比)。主要技術指標為：輸送介質：煤泥(不含添加劑)等粘稠物料(如污泥、淤泥、紙漿等)；輸送介質最大濃度：煤泥為67％~76％；單套系統最大流量：30m3／h，無級變量；液壓系統最大壓力：31.5MPa；系統輸送管道最大壓力：24MPa；輸送最大距離：煤泥2000m以上。
4 經濟效益和社會效益分析
外先進的同類設備相比，MNS煤泥管道輸系統具有系統完善、煤泥預先處理工藝設備和爐前給料裝置簡單、系統互相備用因而可靠性高等突出特點，而且掌握了煤泥在管道中的分流分配技術和復合管道減阻技術，系統輸送壓力、流量、尤其是輸送距離均超過世界同類先進技術，且價格僅為國外同類產品的1/8~1/10。
001年6月至今3年多的時間里，由于“MNS煤泥管道輸送系統”日趨成熟、完善、可靠，已有50個用戶單位定購使用共計80余套設備，為坑口電廠顯著提高了經濟效益，使煤礦的環境污染問題有了明顯的改善，受到用戶的極大歡迎和有關設計院所的支持。一些用戶在使用后感到滿意，不久就制定計劃上馬“二期工程”，定購新設備，增加煤泥管道輸送量的規模，由此可見該系統確實能夠為用戶解決實際問題，帶來良好的效益。
41 經濟效益
（1）發電效益：根據對4個用戶單位的調查，發電效益粗略計算為53萬元/萬t煤泥。
（2）代替使用中煤的效益：一般認為1.5t煤泥可以代替1t中煤用于燃燒發電，若按照煤泥80元／t、中煤220元／t的價格計算，則效益為66.7萬元／萬t煤泥，在煤炭價格較高的情況下，若按照煤泥100元／t、中煤320元／t的價格計算，則效益為146.7萬元／萬t煤泥。因此有的煤礦在自己煤泥數量不夠時購買其他單位的煤泥用于發電，以節約原煤用于銷售，提高效益。
（3）管道代替皮帶輸送節省的基建費用：根據對1個用戶單位的調查，皮帶輸送基建投資約為1300萬元，管道輸送基建投資約為316.4萬元(安裝3套設備)，節約：983.6萬元，下降幅度：75.66％。
（4）運行維護效益：皮帶機輸成本約為24．99元／t，管道輸送成本約為8．04元／t，降低16.95元／t，下降幅度為87.83％。若每年輸送煤泥16萬t，煤泥輸送費用可節約16.95×16=271.2萬元。
42 社會效益
（1）環保節能，促進煤炭行業“循環經濟”的發展。煤炭行業最大的廢棄物排放是矸石和煤泥。“MNS煤泥管道輸送系統”的研發成功攻克了煤泥有效利用的最后一個關鍵技術難題，使煤泥的大量工業應用——燃燒發電成為現實，為促進煤炭行業的循環經濟做出了貢獻。
（2）有利于促進原煤入選率的提高和壓濾工藝的改進。2003年我國原煤產量為1676億t，入洗率才35％左右，大大低于發達國家。隨著國家環保要求的提高、潔凈煤技術的推廣以及環保政策法規執行力度的加大，煤炭洗選比例勢必會大大地提高。煤泥的有效工業利用解除了因原煤入洗比例提高使煤泥大幅度增加而無法處理、污染環境的后顧之憂。采用管道輸送設備將濃度為70％左右的煤泥輸送并燃燒，使煤泥水壓濾濃度控制在70％左右，壓濾設備的投資可大大降低，具有顯著的經濟效益。
（3）有利于促進煤泥電廠的發展。過去，由于煤泥輸送花費大量費用，單位運營費用很高，致使上煤泥發電的電廠較少。煤泥長距離輸送問題的最終解決，將有利于促進煤泥電廠的發展，使煤炭行業的效益獲得較大提高。