煤泥低溫干燥技術(shù)的研究與應(yīng)用

楊立英

（冀中能源 峰峰集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲 056200）

0 引 言

冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司是我國最早開發(fā)利用的礦區(qū)之一，至今已有140多年的開采歷史。峰峰集團(tuán)煤炭品種齊全，是我國煉焦煤和動(dòng)力煤重要的生產(chǎn)基地，本部有6座選煤廠，其中有2座是中央型選煤廠。

煤泥是選煤廠洗選加工過程中的副產(chǎn)品，主要來源是浮選尾煤。傳統(tǒng)的處理方式是通過壓濾機(jī)壓濾后，堆放于煤泥儲料棚直接銷售。煤泥具有灰分高、水分大的特點(diǎn)，熱值一般較低。在直接燃燒的過程中，大量的熱值被消耗用于水分的氣化，降低了熱值的利用率。

煤泥直接燃燒時(shí)產(chǎn)生了大量的煙氣，增大了鍋爐、風(fēng)機(jī)及除塵系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。此外，由于煤泥粒度細(xì)、水分大、易粘結(jié)的特點(diǎn)，不利于其運(yùn)輸。

煤泥堆積形態(tài)極不穩(wěn)定，遇水發(fā)生流失，風(fēng)干發(fā)生飛揚(yáng)，如作為廢料遺棄，極易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，由此而產(chǎn)生的環(huán)保問題要比煤矸石產(chǎn)生的污染大得多。

因此，降低煤泥水分，實(shí)現(xiàn)煤泥的高效、潔凈化利用，已成為峰峰集團(tuán)選煤技術(shù)研究的一項(xiàng)重要課題。

1 煤泥低溫干燥技術(shù)的研究

1.1 煤泥干燥技術(shù)工藝的種類和特點(diǎn)

煤泥的干燥脫水技術(shù)大致可分為機(jī)械脫水、蒸發(fā)脫水和非蒸發(fā)脫水3大類。

從已應(yīng)用于煤泥脫水技術(shù)和正在開發(fā)的煤泥脫水技術(shù)來看，機(jī)械脫水技術(shù)對壓濾后的煤泥脫水效果不明顯，目前較少使用；蒸發(fā)脫水和非蒸發(fā)脫水技術(shù)值得關(guān)注。但非蒸發(fā)脫水技術(shù)目前仍處于研發(fā)階段，還沒有大規(guī)模工業(yè)化示范。

在蒸發(fā)脫水工藝中，煤泥干燥主要有高溫干燥和低溫干燥技術(shù)2種。

高溫干燥技術(shù)利用熱風(fēng)爐、熱煙氣直接干燥，一般是煤在600℃高溫?zé)煔猸h(huán)境下實(shí)現(xiàn)的。

高溫干燥技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是干燥強(qiáng)度大，處理能力大，運(yùn)行平穩(wěn)，維護(hù)成本低。

高溫干燥技術(shù)的缺點(diǎn)是烘干溫度較高，操作不當(dāng)會有煤粉爆炸的危險(xiǎn)，且干燥尾氣量大，含塵量高，易造成環(huán)境污染，蒸發(fā)的煤泥中水分直接排放，熱能不回收，處理后的煤泥易吸水返潮，對熱能資源和水資源均是極大的浪費(fèi)，從安全、環(huán)保、節(jié)能等方面來看，都不符合目前我國環(huán)保形勢的要求。

1.2 煤泥低溫干燥技術(shù)的研究

目前，用于煤泥低溫干燥的工藝，主要有以下3種。

（1）滾筒式干燥機(jī)干燥。

（2）蒸汽列管干燥器干燥。

（3）網(wǎng)帶連續(xù)低溫除濕干化。

滾筒式干燥機(jī)與其配套設(shè)施采用對流質(zhì)熱交換方式，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，抗過載能力強(qiáng)，操作簡單，熱效率高。熱介質(zhì)一般由燃煤或燃?xì)忮仩t提供，由于環(huán)保政策的調(diào)整，燃煤鍋爐用于干燥已基本無法獲得環(huán)評。

采用燃?xì)忮仩t，其干燥成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修費(fèi)用高，同時(shí)產(chǎn)生的煙氣成為廢氣，有部分有機(jī)物析出，對環(huán)境有一定影響，治理的效果不理想，且熱容量系數(shù)小，熱效率低。

采用設(shè)備臥式布置，滾筒內(nèi)容易積聚細(xì)粒煤塵，如排放不暢，極可能發(fā)生爆炸，因此存在較大的安全隱患。

馬頭洗選廠毗鄰大唐公司馬頭電廠，距離＜2 km，可以充分利用馬頭電廠的蒸汽熱源，蒸汽溫度≥200℃，蒸汽壓力≥1.3 MPa，小時(shí)供氣量為6～8 t。只需鋪設(shè)蒸汽管道，在電廠蒸汽管道出口加減壓閥，將壓力減小到0.4 MPa，即可滿足生產(chǎn)需求。

邯鄲洗選廠在邯鄲主城區(qū)內(nèi)，周圍沒有熱電廠，外供熱源受限，同時(shí)環(huán)保部門要求較高，因此，采用電加熱網(wǎng)帶連續(xù)低溫除濕干化工藝。

1.2.1 蒸汽列管干燥

蒸汽列管干燥工藝采用飽和蒸汽為加熱介質(zhì)，對濕煤泥進(jìn)行間接加熱干燥。其基本原理為熱法干燥，主要設(shè)備蒸汽管式干燥機(jī)類似回轉(zhuǎn)窯，鼓形體內(nèi)設(shè)一套多管系統(tǒng)，低壓蒸汽沿干燥機(jī)軸向進(jìn)入內(nèi)部，鼓體呈傾斜狀態(tài)。

煤泥連續(xù)不斷地從上方送入干燥機(jī)內(nèi)，隨著干燥機(jī)的旋轉(zhuǎn)，煤泥被干燥，并被輸送到出口。水分干燥所需熱量由多管系統(tǒng)內(nèi)的低壓蒸汽提供，與濕煤泥共同進(jìn)入干燥機(jī)體內(nèi)的空氣，吸收水分后進(jìn)入除塵器，在除塵器內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣、煤分離。

蒸汽列管干燥工藝的熱介質(zhì)采用高溫飽和蒸汽，設(shè)備物料與熱介質(zhì)不直接接觸，干燥過程更安全、可靠；附加配套的設(shè)備少，占地面積小，工藝布局緊湊，節(jié)約了土建費(fèi)用；能方便的回收換熱后的冷凝水，提高了熱能的利用率；尾氣流量小，不易夾帶粉塵，干燥成本低，達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保的雙重效果。

蒸汽管式干燥技術(shù)工藝流程如圖1所示。

圖1 蒸汽管式干燥技術(shù)工藝流程Fig.1 Process flow of steam tube drying technology

1.2.2 網(wǎng)帶式低溫干化

網(wǎng)帶式低溫干化的工藝流程為煤泥儲煤場鏟車給料→緩沖給料機(jī)→帶式輸送機(jī)→螺旋擠條機(jī)→低溫干燥機(jī)→皮帶輸送機(jī)→型煤儲存。

（1）濕煤泥經(jīng)螺旋擠壓成型技術(shù)變?yōu)闂l狀濕煤泥落入到傳送網(wǎng)帶中，經(jīng)送入的60～75℃電加熱干風(fēng)自下而上穿過載有煤泥的網(wǎng)帶，對煤泥進(jìn)行脫水。

（2）脫水后，帶有大量水汽的熱風(fēng)進(jìn)入到熱泵冷凝器中進(jìn)行冷卻，排出水分，熱量被熱泵的冷媒吸收。

（3）通過回?zé)崞餮h(huán)重新用于干風(fēng)加熱，加熱后的空氣重復(fù)循環(huán)進(jìn)入干燥室內(nèi)，對網(wǎng)帶上的煤泥進(jìn)行脫水干燥。

整個(gè)過程自動(dòng)控制，封閉運(yùn)行，使?jié)衲喑浞置撍?，達(dá)到了理想的降水效果。

從干燥溫度、冷卻方式、干燥模式和干料含水率控制等方面對煤泥干燥機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。

設(shè)計(jì)選型的具體步驟如下。

（1）干燥溫度為50～60℃（進(jìn)出濕熱泵溫度），送風(fēng)溫度為60～75℃（下層）。

（2）冷卻方式為冷卻塔，水冷凝器冷卻。

（3）煤泥干燥工藝采用密閉式除濕干燥模式，利用除濕熱泵對煤泥采用熱風(fēng)循環(huán)冷凝除濕烘干，無需尾氣處理系統(tǒng)，不向外界排放廢熱。

（4）干燥室內(nèi)采用網(wǎng)帶式輸送機(jī)，增加熱風(fēng)與物料的接觸面積，透氣性和換熱效率高。

（5）除濕熱泵采用模塊式設(shè)計(jì)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行模塊數(shù)量，節(jié)約能源消耗。

（6）采用無級變頻調(diào)速控制網(wǎng)帶減速機(jī)，實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)出料的含水率。

（7）除濕熱泵兼有除濕、低溫干燥和能量回收等多種功能，可提高在干燥過程中能量的有效循環(huán)利用。

（8）煤泥烘干過程靜態(tài)放置，減少粉塵量的產(chǎn)生，延長了設(shè)備的使用壽命。

網(wǎng)帶式低溫干化工藝流程如圖2所示。

圖2 帶式低溫干化工藝流程Fig.2 Process flow of belt type low temperature drying

2 煤泥低溫干燥技術(shù)的應(yīng)用

煤泥蒸汽列管和帶式低溫干燥工藝在峰峰集團(tuán)洗選廠進(jìn)行了應(yīng)用。煤泥入料粒度≤0.5 mm，水分為24%～28%。干燥后，煤泥產(chǎn)品水分平均為14%，水分脫除率≥45%。干燥溫度低，運(yùn)行安全可靠，無爆炸隱患，無需沖氮運(yùn)行。

煤泥產(chǎn)品溫度為35～40℃，無需冷卻，直接儲存，產(chǎn)品為顆粒狀或表面光滑條狀，無粉塵危險(xiǎn)。

設(shè)備安裝簡單，安裝、調(diào)試周期短，占地面積??；帶式低溫干燥工藝采用熱泵熱回收技術(shù)，熱量利用率高，密閉式無任何廢熱排放，排出物為少量熱蒸汽冷凝水，粉塵和噪聲污染均符合環(huán)保要求，工藝簡單，降低了系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)、社會系統(tǒng)和環(huán)境效益顯著。

3 結(jié)語

冀中能源峰峰集團(tuán)在選煤廠煤泥干燥技術(shù)的選擇方面，不僅充分考慮了環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全等因素，又結(jié)合選煤廠的周圍環(huán)境和自身?xiàng)l件，選擇不同的低溫干燥工藝，實(shí)現(xiàn)了對煤泥的連續(xù)低溫除濕干化。

干燥后的煤泥水分大大降低，實(shí)現(xiàn)了可直接裝火車外銷，不僅優(yōu)化了選煤產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了低質(zhì)尾煤泥的環(huán)保綜合利用，同時(shí)產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

網(wǎng)帶式煤泥低溫干燥工藝采用熱泵熱回收技術(shù)，密閉式干化模式無任何廢熱排放，熱利用效率高，但出料溫度仍有降低空間，進(jìn)一步提高熱利用效率。