摘 要：目的：针对燃煤电厂煤泥综合利用中的核心能耗环节（干化系统），开展不同技术路线的蒸汽利用效率量化研究，为低热值煤发电项目的干化系统方案选型提供科学依据与数据支撑。方法：以盘南 2×660MW 低热值煤资源综合利用发电项目为工程背景，采用热平衡法对两种主流煤泥干化方案进行对比分析：方案一（煤泥干化床）基于同类型电厂2023年全年实际运行数据，经数据筛选与关键参数合理假设后完成效率测算；方案二（滚筒烘干机）基于设备厂商（青岛松灵电力环保设备有限公司）提供的设计参数开展理论计算。结果：方案一的蒸汽换热效率约为40.65% ，单台机组对应加热蒸汽需求量约 20t/h ；方案二的蒸汽换热效率可达 82.5% ，单台机组加热蒸汽需求量仅为10t/h 。结论：滚筒烘干机方案的蒸汽利用效率显著优于煤泥干化床方案，节能效益与经济性优势突出，为该项目及同类低热值煤发电项目的优选干化技术方案。

关键词：煤泥干化；蒸汽换热效率；热平衡法；能耗分析；循环流化床锅炉

引言

随着我国能源结构持续优化及环保要求日益严格，低热值煤资源（如煤泥、煤矸石、中煤）的高效清洁利用已成为燃煤电厂的重要发展方向。其中，高水分煤泥的规模化利用需以干化处理为前提，通过降低入炉水分保证燃烧效率与输送稳定性。煤泥干化系统作为电厂辅机系统中的能耗大户，其蒸汽换热效率直接影响电厂整体热经济性。

目前常见的煤泥干化技术主要包括以烟气或蒸汽为热源的滚筒干燥机、带式干燥床、流化床干燥器等，不同技术路线在投资成本、系统复杂度、运行维护难度及能源效率上存在显著差异。但针对特定项目边界条件，对不同干化技术的蒸汽换热效率进行详尽分析与对比的研究尚不充分。

本研究以盘南 2×660MW 低热值煤资源综合利用发电项目为工程背景，通过热力学计算对比“煤泥干化床”与“滚筒烘干机”两种技术方案的蒸汽换热效率及蒸汽耗量，量化能效差异，为项目科学决策及同类工程提供关键数据支撑。

床发电机组，主燃料为当地洗煤厂产出的煤泥、中煤及煤矸石混合燃料。其中煤泥初始含水率 22% ，需经干化处理至 15% 后送入炉膛燃烧。根据项目设计大纲，单台机组煤泥处理能力为 4000t/d （折合 83.3t/h ）。

1.2核心边界条件

为保证对比分析的科学性与一致性，设定统一计算边界条件如下：

干化指标：湿煤泥含水率由 22% 降至 15% ，经物料衡算得出单台机组小时蒸发水量为 7.48t/h ；

热源参数：采用汽轮机第四级抽汽，THA工况下抽汽焓值 3201.1kJ/kg ；

热力学基准：环境温度取项目所在地年平均气温14.1°C ，对应水的焓值 59.31kJ/kg ；常压下水的汽化潜热（含加热至沸点）为 2616.46kJ/kg ；

运行时间：按每日24小时连续运行考虑。

2 研究方法

2.1效率定义与计算模型

本研究采用热平衡法计算蒸汽换热效率 （η） ），定义为煤泥干化过程中蒸发水分所需理论热量与加热蒸汽释放有效热量的比值，核心计算公式如下：

1 项目概况与边界条件

1.1工程背景

盘南 2×660MW 低热值煤资源综合利用发电项目位于贵州省盘州市，规划建设2台高效超超临界循环流化

式中：

Mwater​为单位时间蒸发水量，t/h；

Qlatent​为单位质量水的蒸发理论耗热量， kJ/kg ；

Msteam​为单位时间加热蒸汽消耗量， Δt/h ；

hin​为加热蒸汽入口焓值， kJ/kg ；

hout​为蒸汽凝结水或废气出口焓值， 。

2.2方案一（煤泥干化床）数据获取与处理

2.2.1 数据来源

选取国内某同类型660MW循环流化床机组配套的煤泥干化床系统作为参照，收集其2023年1月-12月完整运行数据，包括：

物料参数：湿煤泥处理量、干化前后含水率、小时蒸发水量；

蒸汽参数：进口蒸汽压力、温度、流量，出口介质压力；

运行日志：系统启停记录、故障处理记录、调试期标识。

2.2.2数据筛选与假设

数据筛选：剔除1月调试期数据及8月因设备故障异常运行数据，选取其余10个月稳定运行数据作为计算样本，经统计得到基准工况参数：平均小时烘干水分5.53t/h ，平均入口蒸汽流量 14.98t/h ，入口蒸汽平均焓值 3097kJ/kg ；

关键假设：因参照系统未装设出口介质焓值监测装置，结合现场实测出口为 0.5～0.8MPa 汽水混合物的特征，采用保守假设：出口介质为 0.7MPa 饱和水（焓值（焓值ho ut=721.02kJ/kg ，干度 X=0 ），以避免效率高估。

2.3方案二（滚筒烘干机）参数获取

选取青岛松灵电力环保设备有限公司针对本项目提供的滚筒烘干机技术方案作为分析对象，直接采用厂商提供的设计参数：

蒸汽参数：进口蒸汽压力 0.8MPa 、温度 260^∘C （对应焓值 hin=2972.0kJ/kg ），出口冷凝水压力 0.5MPa 、温度80^∘C （对应焓值 ）；

能耗指标：每产出1吨干煤泥消耗蒸汽0.125吨，结合本项目干煤泥产量推算小时蒸汽消耗量。

3 结果与分析

3.1蒸汽换热效率对比

两种方案的蒸汽换热效率及关键热力学参数计算结果如表1所示。由表可知，方案二的蒸汽有效焓降（ 2636.7kJ/kg ）高于方案一（ 2376.0kJ/kg ），单位水分蒸发耗汽量（ 1.20t-steam/t-water ）仅为方案一（2.71_{t-steam/t-water} ）的 44.3% ，对应蒸汽换热效率达到82.50% ，是方案一（ 40.65% ）的两倍以上。

表1 两种方案蒸汽换热效率计算结果

注：方案二的单位水分耗汽量由厂家数据“ steam/t-dry-coal”及本项目水分蒸发量推算得出。

3.2单台机组蒸汽耗量分析

在满足相同干化任务（小时蒸发水分 7.48t/h ）的前提下，基于表1计算结果反推单台机组蒸汽需求量：

方案一（煤泥干化床）：经计算蒸汽需求量为19.41～20.27t/h ，考虑系统波动余量，设计取 20t/h ；

方案二（滚筒烘干机）：计算蒸汽需求量为 9.57t/h ，设计取 10t/h 。

按单台机组年运行 5000h 、蒸汽折算标煤耗量0.12tce/t-steam计算，方案二每年可节约标煤量为：（20-10）×5000×0.12=6000t ，节能效益显著。同时，蒸汽耗量降低可减少汽轮机抽汽量，按抽汽焓降折算，单台机组年增发电量约750万 kWh ，进一步提升项目经济性。

3.3效率差异成因分析

3.3.1系统结构与热损失差异

方案一的煤泥干化床采用半敞开式结构，蒸汽与煤泥直接接触换热后，含大量潜热的汽水混合物直接排入大气，显热与潜热损失占比超过 50% ；方案二的滚筒烘干机为全封闭间接换热系统，蒸汽在换热管内冷凝放热，冷凝水经回收系统返回锅炉给水，仅存在少量设备散热损失（通常 <5% ），热利用效率大幅提升。

3.3.2数据基础与假设影响

方案一基于实际运行数据计算，但出口参数假设存在保守性：若出口汽水混合物干度为0.2（合理范围内），经修正计算其效率约为 48.7% ，仍不足方案二的 60% ，说明假设虽影响绝对数值，但不改变效率差异的核心结论。方案二的设计参数虽为理想工况值，但结合同类项目实测数据（滚筒烘干机实际运行效率通常 ⩾75% ），其性能优势具有实际支撑。

3.3.3技术机理与成熟度差异

滚筒烘干机采用管壳式换热结构，煤泥在滚筒内均匀翻动并与加热管充分接触，传热系数可达80～120W/ ；煤泥干化床采用平铺式换热，物料与热源接触不均，局部过热与换热不足并存，传热系数仅为30～50 W/ （m²⋅K ），技术机理的差异决定了二者效率的本质差距。

4 结论与建议

4.1主要结论

在盘南项目边界条件下，滚筒烘干机方案的蒸汽换热效率（ 82.50% ）远高于煤泥干化床方案（ 40.65% ），能效优势显著；

能效差异直接转化为能耗与成本优势：滚筒烘干机单台机组蒸汽耗量（ 10t/h ）仅为煤泥干化床（ 20t/h ）的50% ，可实现年节约标煤 5000t ，同时提升机组发电量；

系统结构封闭性、传热机理合理性及热损失控制能力是导致两种方案效率差异的核心因素，且该差异不受数据假设的显著影响，结论可靠。

4.2工程建议

项目选型：盘南 2×660MW 低热值煤发电项目应优先采用滚筒烘干机方案，以实现节能降耗与经济性提升的双重目标。

实施保障：建议对设备厂商的同类项目业绩进行实地调研，重点核实3台以上同容量设备的实际运行效率

与蒸汽耗量数据；在设备采购合同中明确蒸汽换热效率⩾78% 、单吨干煤泥蒸汽耗量 ⩽0.13t 的考核指标，并设置性能保证金条款。

后续优化：在系统设计中增设冷凝水回收再利用系统，进一步降低工质损失；加装蒸汽流量、温度及焓值在线监测装置，为运行优化与能效考核提供数据支撑。

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