褐煤干燥工藝中螺旋干燥機(jī)的應(yīng)用及研究

劉潔

摘 要：文章主要研究螺旋干燥機(jī)在褐煤干燥工藝生產(chǎn)流程中的應(yīng)用。通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、分析得出：同一臺(tái)干燥設(shè)備在不同換熱模式下存在顯著的效果差異，以及原煤粒度和疏水結(jié)構(gòu)對(duì)干燥效果的影響。

關(guān)鍵詞：褐煤；干燥

中圖分類號(hào)：TD462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）08-0043-02

1 背景介紹

褐煤，主要分布在中國(guó)的內(nèi)蒙古東部、云南東部、東北和華南地區(qū)。目前已經(jīng)探明的褐煤儲(chǔ)量為1 290億噸，占煤炭開采總量的13%。由于褐煤具有高水分、高揮發(fā)分、高灰分、低熱值的特點(diǎn)，導(dǎo)致其易自然，運(yùn)輸成本高，目前只用于坑口電廠的發(fā)電。為了提高褐煤的熱值，穩(wěn)定鍋爐燃燒，在褐煤燃燒前需要對(duì)褐煤進(jìn)行干燥，本文所針對(duì)的螺旋換熱設(shè)備在褐煤干燥工藝中主要起到干燥褐煤的作用。

2 螺旋換熱設(shè)備在褐煤干燥工藝中的研究

2.1 螺旋換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)介紹

螺旋換熱設(shè)備是由換熱倉(cāng)體（以下稱“倉(cāng)體”）和螺旋空心換熱軸（以下稱“換熱軸”）組成。倉(cāng)體內(nèi)設(shè)有夾層，夾層內(nèi)垂直方向設(shè)有半圓形管排；換熱軸為空心結(jié)構(gòu)，軸外側(cè)設(shè)有蚌殼式空心螺旋（中間間斷不連續(xù)）。物料在倉(cāng)體內(nèi)，通過(guò)螺旋軸的轉(zhuǎn)動(dòng)由入料口向出料口運(yùn)動(dòng)；新蒸汽分別由換熱軸端部進(jìn)汽管和倉(cāng)體進(jìn)汽口進(jìn)入換熱軸和倉(cāng)體內(nèi)，經(jīng)過(guò)放熱的疏水經(jīng)過(guò)疏水器匯至疏水母管。

螺旋換熱設(shè)備以過(guò)熱蒸汽為熱源，空氣為攜濕介質(zhì)。過(guò)熱蒸汽通過(guò)換熱面將褐煤中的水分加熱到倉(cāng)內(nèi)水分壓對(duì)應(yīng)的飽和溫度以上；在引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用下，通過(guò)空氣將褐煤中析出的游離態(tài)水分帶走，完成褐煤的干燥過(guò)程。該過(guò)程影響干燥效果的主要因素有：換熱時(shí)間、換熱面積、換熱溫差、物料粒度、蒸汽疏水結(jié)構(gòu)、攜濕介質(zhì)的濕度、物料在設(shè)備內(nèi)的混合程度。本試驗(yàn)主要研究：物料粒度、綜合傳熱系數(shù)和蒸汽疏水結(jié)構(gòu)螺旋干燥設(shè)備干燥效果的影響。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)差異介紹

A設(shè)備和B設(shè)備為兩臺(tái)型號(hào)相同的螺旋換熱設(shè)備（換熱面積、出料時(shí)間、熱源參數(shù)等均相同）。其中A設(shè)備保持原有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不變，對(duì)B進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。改造內(nèi)容如下，具體系統(tǒng)，如圖1所示。

①通過(guò)在螺旋大徑邊緣外側(cè)設(shè)置矩形刮板并在倉(cāng)體內(nèi)物料出口處加設(shè)擋料板，增強(qiáng)物料混合程度提高設(shè)備的綜合傳熱系數(shù)。

②通過(guò)將設(shè)備主機(jī)呈3 °傾角傾斜布置（出料口為低點(diǎn)），改善設(shè)備疏水結(jié)構(gòu)，減少疏水管路中水阻和氣阻的發(fā)生。

③通過(guò)加裝碎煤機(jī)塞板保證物料顆粒度維持在20 mm以下。

2.3 試驗(yàn)部分

2.3.1 物料粒度對(duì)干燥效果影響的試驗(yàn)

選用改造后的設(shè)備B進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)通過(guò)篩分法選取粒度為35 mm、30 mm、25 mm、20 mm和15 mm的褐煤；將設(shè)備B充分預(yù)熱后送入等量的褐煤，記錄試驗(yàn)前后褐煤的含水量和干燥過(guò)程所用蒸汽量，通過(guò)對(duì)比分析物料粒度對(duì)同一臺(tái)設(shè)備干燥效果的影響。實(shí)驗(yàn)分為5組，每組進(jìn)行3次，取平均數(shù)據(jù)。

①試驗(yàn)基本參數(shù)。

其一，設(shè)備出力2.5 t/h；轉(zhuǎn)速6 r/min。

其二，原褐煤溫度：32℃。

其三，熱源參數(shù)，見表1。

②試驗(yàn)結(jié)果，褐煤粒度與試驗(yàn)前后水份對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖2所示。褐煤粒度與脫水率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖3所示。

③試驗(yàn)結(jié)果分析。試驗(yàn)過(guò)程中熱源和設(shè)備參數(shù)相同，不同物料的汽耗量基本相同，可以認(rèn)為本試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于分析物料粒度對(duì)干燥效果的影響具有參考性。經(jīng)分析得出，在相同工況下，物料粒度對(duì)干燥效果的影響較為明顯（如圖2所示），且與文獻(xiàn)[1]結(jié)論相符：干燥動(dòng)力學(xué)參數(shù)與物料粒度的平方成反比，理論上褐煤干燥過(guò)程中粒度越小干燥效果越好；降低物料入口粒度，有效地增大了物料的比表面積；加大了單位質(zhì)量褐煤中水分的析出面積f。但在工業(yè)生產(chǎn)中過(guò)度減小物料粒度會(huì)加大破碎裝置的負(fù)荷。通過(guò)對(duì)“表2”的進(jìn)一步分析得出：物料粒度在25～35 mm區(qū)間內(nèi)變化時(shí)脫水率變化較為明顯，所以在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)合理選取被干燥褐煤的粒度達(dá)到生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益平衡點(diǎn)。

2.3.2 設(shè)備綜合傳熱系數(shù)和疏水結(jié)構(gòu)對(duì)干燥效果影響的試驗(yàn)

避免攜濕介質(zhì)濕度對(duì)干燥效果的影響，A、B兩臺(tái)設(shè)備在相同地點(diǎn)、同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，兩臺(tái)設(shè)備出力和轉(zhuǎn)速均相等，通過(guò)對(duì)比分析設(shè)備結(jié)構(gòu)差異對(duì)干燥效果的影響。試驗(yàn)持續(xù)5 h，分5次取樣記錄數(shù)據(jù)。

①試驗(yàn)基本參數(shù)。

其一，設(shè)備出力2.5 t/h；轉(zhuǎn)速6 r/min。

其二，原褐煤溫度32 ℃；物料粒度30 mm。

其三，熱源參數(shù)，見表2。

②試驗(yàn)結(jié)果。A、B設(shè)備出口溫度對(duì)比，如圖4所示，A、B設(shè)備脫水率對(duì)比，如圖5所示，A、B設(shè)備汽耗率對(duì)，如圖6所示。

③試驗(yàn)結(jié)果分析。A設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)部物料主要分布在換熱軸和倉(cāng)體下部，物料與換熱軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)較為緩慢；通過(guò)紅外測(cè)溫儀確保換熱軸和倉(cāng)內(nèi)壁面溫度分布較為均勻。B設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，在螺旋刮板和出口擋料板的作用下物料在倉(cāng)體內(nèi)存在明顯的翻滾現(xiàn)象，假設(shè)螺旋刮板后物料在倉(cāng)體內(nèi)的換熱過(guò)程已突破穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱條件，換熱過(guò)程為以對(duì)流換熱為主的綜合換熱過(guò)程[2]。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析得出：B設(shè)備的干燥性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于A設(shè)備。數(shù)據(jù)表明，A設(shè)備的平均脫水率為7.52%，B設(shè)備的平均脫水率為16.15%；B設(shè)備的脫水能力超出已A設(shè)備一倍以上。數(shù)據(jù)表明，A設(shè)備出口的物料平均溫度為65.6℃，B設(shè)備出口的物料平均溫度為87.8 ℃。B設(shè)備出口物料平均溫度比A設(shè)備高22.2 ℃；說(shuō)明通過(guò)對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和疏水結(jié)構(gòu)的調(diào)整大幅度增強(qiáng)了物料與設(shè)備換熱面的換熱性能。經(jīng)牛頓冷卻公式[2]計(jì)算得出：A設(shè)備綜合傳熱系數(shù)：

h=158.60 [w/m2·℃]；

B設(shè)備綜合傳熱系數(shù)：

h=345.99 [w/m2·℃]。

通過(guò)綜合傳熱系數(shù)的對(duì)比說(shuō)明：刮料板和出口擋料板的設(shè)置改變了物料在干燥機(jī)內(nèi)部的換熱形式，在轉(zhuǎn)速和停留時(shí)間相同的狀態(tài)下使物料升到更高的溫度，加大了褐煤內(nèi)部水分與攜濕介質(zhì)間的溫度梯度[3]，增大了褐煤中水分的吸熱量，加速水分的析出。中的數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)了兩臺(tái)設(shè)備在相同熱源參數(shù)下干燥單位質(zhì)量原煤所消耗的蒸汽量的關(guān)系。對(duì)比分析可得出設(shè)備B的汽耗率大于設(shè)備A的汽耗率，即B設(shè)備疏水量大于A設(shè)備疏水量，說(shuō)明加大設(shè)備傾角和改善疏水系統(tǒng)防止了輸水堵塞和熱源蒸汽通過(guò)輸水管路短路，加大了蒸汽與干燥機(jī)壁面的換熱量，為改善干燥機(jī)干燥效果奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集、計(jì)算可得出針對(duì)同一臺(tái)干燥設(shè)備，褐煤粒度對(duì)褐煤的干燥效果存在較大的影響，本文通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理分析得出工業(yè)生產(chǎn)中粒徑20 mm以下的褐煤會(huì)得到較好的干燥效果。此外，干燥設(shè)備的換熱結(jié)構(gòu)直接影響到物料與干燥機(jī)換熱面的換熱形式，改變物料與換熱面間的換熱形式，會(huì)大幅加大換熱過(guò)程的綜合傳熱系數(shù)，提高物料與攜濕介質(zhì)間的溫度梯度。傳統(tǒng)螺旋槳葉換熱設(shè)備，換熱軸中心管通入加熱蒸汽，疏水經(jīng)中心管套管排除，蒸汽與換熱面的換熱過(guò)程容易發(fā)生疏水不暢和熱源蒸汽短路的問(wèn)題，該問(wèn)題使蒸汽的能量無(wú)法順利傳遞至換熱面，造成能量損失；加大設(shè)備傾角和改善輸水裝置能夠有效的避免疏水不暢和熱源蒸汽短路的問(wèn)題，改善干燥效果。

參考文獻(xiàn)：

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