循环流化床锅炉煤泥、煤矸石资源综合利用

双碳背景下，为清洁高效利用好有限煤炭资源，我国煤炭洗选比例逐年增加，以  2021年数据为依据，我国原煤产量  40.7  亿吨，洗选比例为  75% ，洗选总量超  30  亿吨，煤泥产量超过  2.5  亿吨，煤矸石产量超过  4.0  亿吨。煤泥、煤矸石弃置不仅占用土地，而且随着雨水四处流淌、严重污染环境，煤泥、煤矸石的规模化清洁高效利用是我国煤炭绿色开采的重要环节。

国投盘江发电有限公司着力打造煤泥、煤矸石资源综合利用示范项目，与清华大学、上海锅炉厂等科研单位持续开展煤泥大比例掺烧创新研究与煤矸石综合利用改造。针对煤泥资源化综合利用卡脖子难题，开发了大容量循环流化床锅炉大比例煤泥掺烧高效清洁燃烧技术，实现了  300MW  等级单炉煤泥输送量国际最大，煤泥掺烧比例最大，在大型循环流化床锅炉大比例煤泥掺烧技术方面达到国际领先水平。针对煤矸石资源化综合利用卡脖子难题，积极开展技术研究改造，实现资源化利用，改善矿区生态环境，延长了煤炭企业产业链，促进了现代煤矿企业的绿色可持续发展。投产以来，通过对低热值煤掺烧的不断研究与探索，煤泥、矸石等低热值煤利用比例由设计值的  60% 提高至  90%以上，最高掺烧比例可达  100% ，每年可以消纳煤矸石、煤泥等低热值煤约  270  万吨，提供  30  亿千瓦时的清洁电能。

1 、煤泥发电资源综合利用科技创新研究

与清华大学、上海锅炉厂等科研单位持续开展煤泥大比例掺烧创新研究，面对煤泥资源化综合利用的国家重大需求，以实现大型  CFB  锅炉大比例煤泥高效清洁燃烧为目标，创新提出了“基于炉内气固流态和物料平衡优化的大比例煤泥掺烧理论和方法”；突破了传统  CFB  锅炉气固流态认知范围，解决了超细煤泥的物料平衡及燃尽问题；填补了煤泥团在气固流态化下的运动、爆裂及燃烧行为研究空白，明确了大比例掺烧煤泥的最佳给料方式及给料尺寸等基本设计原则；突破了煤泥输运沿程阻力大、能耗高、管路振动等卡脖子难题，开发了单炉煤泥输送量为国际最大的高可靠性煤泥输送系统；建立了大比例煤泥掺烧  CFB  锅炉技术体系，形成了大比例煤泥掺烧  CFB  锅炉设计、运行导则。

2 、煤泥、煤矸石发电资源综合利用创新实践

在锅炉煤泥给料方式上，选择炉顶给料方式，煤泥给料器选用  DN250  管道，采用结团燃烧原理，煤泥经输送系统送入锅炉的顶部，煤泥由炉膛顶棚呈团状下落送入炉膛。大直径的煤泥团在下降过程中吸热，直至接近风帽时全部散开，开始着火燃烧，从吸热到燃烧形成  V  路径，时间长，有利于充分燃烧，且分离器入口温度与床温差距小，有利于大比例掺烧煤泥，在  150MW  至  300MW  负荷间均可大比例掺烧煤泥。在煤泥输送方式上，经实践应用选择柱塞泵与管道输送系统的煤泥输送方式，输送煤泥由低浓度向高浓度发展，提高了设备可靠性、经济性、可行性，长距离输送时柱塞泵经济，可以输送含水分  30% ± 3  的浓煤泥，为锅炉经济运行提供了基础。目前柱塞泵与管道方式输送、上料系统运行稳定。

煤泥、煤矸石资源的开发与优化方面，经对煤泥、煤矸石资源市场的充分调研和开发，煤泥热值由设计  2905.58kCal/kg  向下扩展至  1200kCal/kg ，煤矸石热值由设计2085.12kCal/kg  向下扩展至  1500kCal/kg ，扩大了煤泥、煤矸石利用范围，实现了当地煤泥、煤矸石资源的充分利用。煤泥利用改造实践方面， 2014  年至今进行了多项优化技改，确保了煤泥掺烧利用。目前，低热值煤掺烧比例可稳定在  80% ，最高掺烧比例达  100% ，日均消耗煤泥量最高可达  7000  余吨，年煤泥消耗量可达  200  多万吨。以  2022  年掺烧煤泥量计算， 2022  年共掺烧煤泥量  155.5  万吨，根据煤泥与混煤热值差，掺烧  3  吨煤泥可节约  1  吨混煤， 2022  年节约混煤量  51.83  万吨。

煤矸石掺烧改造实践方面， 2014  年至今，研究实施了多项煤矸石输送、破碎、筛分等创新改造，如输煤系统防棚堵煤、除铁器、破碎机、筛分布料器等二十余项技术改造。目前，煤矸石利用量由  2015  年的  36.5  万吨提升至  2022  年的  90  万吨，煤矸石利用可稳定在  30% 以上，累计利用量已达  400  余万吨。

国投盘江发电有限公司  2 × 300MW  循环流化床发电机组自  2014  年投产以来，锅炉煤泥掺烧比例由原设计  30% 提高到目前的  70% － 80% ，煤矸石掺烧比例可达  30% 以上，发电日均利用煤泥量达  6000  吨，年煤泥消耗量约  200  万吨；日均利用煤矸石接近  3000 吨，年消耗煤矸石约  85  万吨。机组发电满负荷  300MW  工况下，煤泥掺烧比例可达  93.4% ；230MW  负荷时，锅炉可实现  100% 纯烧煤泥。自投产以来，累计消纳煤泥、煤矸石量达2100  余万吨； 2022  年掺烧煤泥量 155.5  万吨，煤矸石 90.38  万吨，低热值煤掺烧率达  81.06% 。除带来巨大的经济效益外，社会效益也十分显著，以贵州盘南矿区为例，现有洗煤厂  24  家，在建洗煤厂  8  家，拟建、改扩建洗煤厂  35  家，预计至  2025  年盘南矿区煤泥及煤矸石产生量分别为  437.39  万吨、 670.94  万吨，急需能够大比例掺烧煤泥的  CFB  机组将当地产生的煤泥和煤矸石进行消化，避免产生新的环境问题。若目前全国煤泥全部采用循环流化床锅炉这项技术，每年可节约发电成本约  800  亿元，同时给煤矿带来收益  800亿－ 1000  亿元。煤泥、煤矸石的资源化清洁利用，实现了煤泥、煤矸石等低热值煤变废为宝，解决了周边煤矿矸石山堆放，洗煤厂煤泥处置难的环保问题，彻底改善了项目所在地区原来四季多雨带来煤泥流淌、环境严重污染、生态遭到破坏的被动局面，长江江水逐年清澈，生态环境大为改善。经济、社会、环保和生态效益显著。在循环流化床大比例煤泥、煤矸石资源综合利用探索实践应用过程中，共获得授权发明专利  3  项，授权实用新型专利  12  项，形成中华人民共和国电力行业标准  1  个； 2020年“循环流化床锅炉大比例煤泥掺烧技术”科技成果通过了中国机械工业联合会组织的成果鉴定，以顾大钊院士为首的鉴定委员会认为“该项目在大型循环流化床锅炉大比例煤泥掺烧技术方面达到国际领先水平”； 2020  年荣获中国锅炉与水处理协会第二届（ 2020年度）锅炉科学技术一等奖； 2021  年荣获中国电力企业联合会  2021  年电力科技创新一等奖； 2022  年荣获中国循环经济协会科技进步二等奖。

煤泥、煤矸石等洗煤产生的大量废弃物综合利用，促进了本地区煤炭工业健康发展和经济的可持续发展，延长了煤炭生产的产业链，进一步释放了当地煤炭工业产能，保障了常规火电企业电煤需求，达到节约能源、美化环境的目的，实现了社会效益、环境效益和企业效益的多赢，为贵州省经济发展作出了应有的贡献。目前，国投盘江电厂该项目成果已应用到“十三五”国家重点研发计划示范项目－陕西彬长  660MW  超超临界CFB  机组以及贵州盘南  2 × 660MW  超超临界  CFB  机组的工程设计中。大比例煤泥、煤矸掺烧，是国投盘江电厂打造节能环保、综合利用和循环经济项目的良好实践，为大规模解决煤矸石、煤泥污染环境问题和后续同类项目的开发建设走出一条成功的路子，以实际行动践行“绿水青山就是金山银山”的央企责任。