邯鄲洗選廠煤泥低溫除濕干燥技術(shù)的研究與實踐

楊志會

冀中能源股份有限公司邯鄲洗選廠，中國·河北 邯鄲 056000

1 概述

近年來，煤泥產(chǎn)量伴隨著煤炭產(chǎn)量的不斷增加和煤炭入選比例的加大而大量增加，由于多方面原因，大部分煤泥沒有得到很好的利用。由于煤泥堆積形態(tài)極不穩(wěn)定，運輸和環(huán)境治理困難，如作為廢料遺棄，造成的環(huán)保問題比煤矸石大得多，極易產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。經(jīng)過壓濾的煤泥水分一般為22%～30%，熱值一般較低，但經(jīng)過干燥，煤泥熱值可大大提高，其經(jīng)濟效益更為可觀。

目前煤泥干燥技術(shù)主要有高溫干燥、低溫干燥與蒸汽干燥等三種技術(shù)方式，每種方式均由不同的工藝方法來實現(xiàn)。高溫干燥技術(shù)是傳統(tǒng)的干燥技術(shù)，低溫干燥技術(shù)是近年來出現(xiàn)的干燥技術(shù)，蒸汽干燥技術(shù)則應(yīng)用較少。

1.1 高溫干燥技術(shù)

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℃左右高溫?zé)煔猸h(huán)境下實現(xiàn)的。優(yōu)勢：高溫干燥技術(shù)是傳統(tǒng)干燥技術(shù)，工藝設(shè)備成熟穩(wěn)定，技術(shù)成熟完善，入料煤泥粒度范圍較寬，一般粒度≤200mm 的物料均可進入干燥滾筒[1]。問題：高溫干燥需要外加熱源，存在易燃、易爆現(xiàn)象，干燥效率相對較低。

1.2 低溫干燥

低溫干燥技術(shù)一般是指煤泥在250℃以下直接實現(xiàn)干燥。目前主要有真空射流干燥和微波干燥兩種形式。優(yōu)勢：干燥過程溫度較低，整個過程不需外加熱設(shè)備，燃燒爆炸風(fēng)險小，干燥后煤炭回濕少，并且干燥出的水可回收，無煙氣和廢水排放。真空射流可實現(xiàn)不同材料的合并與同質(zhì)化，能達到較佳的燃燒效率；微波干燥具有獨特的選擇性加熱特點，瞬時加熱損耗低，且具有不存在余熱等優(yōu)勢，干燥效率較高。問題：低溫加熱是近年來出現(xiàn)的干燥技術(shù)，目前技術(shù)與設(shè)備還不十分完善，且初期投入過高。

1.3 蒸汽干燥

蒸汽干燥是用4MPa 左右的飽和水蒸氣對煤進行干燥，其熱效率高，干燥速度快。過熱蒸汽熱流化床干燥、過熱蒸汽內(nèi)加熱流化床干燥以及過熱蒸汽管式干燥均屬于蒸汽干燥技術(shù)。但是，蒸汽干燥耗水量大，不適合缺水地區(qū)，同時投入成本較高。目前，蒸汽干燥較少應(yīng)用于煤泥干燥[2]。

2 項目背景

邯鄲洗選廠設(shè)計能力3.5Mt/a，受原煤量的限制，實際年處理量為2.5Mt/a，每年生產(chǎn)煤泥約1.28 萬噸（水分24%），煤泥水分在23%～30%，發(fā)熱量在1600～1800 千卡/千克。2006年邯鄲洗選廠建設(shè)煤泥干燥系統(tǒng)，采用的是高溫?zé)煔飧稍锛夹g(shù)，2014年，迫于環(huán)保壓力停用，目前，壓濾后的濕煤泥在尾煤棚里晾曬后，通過汽車運輸?shù)诫姀S。

2.1 制約生產(chǎn)

尾煤來料粒度細(xì)，壓濾時間長，尾煤泥堆放于尾煤棚，不僅容易結(jié)塊影響裝車運輸，而且部分過干煤泥容易造成揚塵污染，也存在安全隱患。

2.2 制約銷售

煤泥比較黏，水分大，裝車比較困難，而且現(xiàn)在環(huán)保要求比較嚴(yán)格，汽車運輸將改為火車運輸。用火車運輸時，需要從煤泥場地用鏟車往火車上端煤，因距離較遠(yuǎn)，煤泥容易掉落，污染環(huán)境。

3 主要技術(shù)及方案

3.1 總體思路

針對我廠尾煤處理中存在的問題，提出干化煤泥是唯一解決問題的途徑。研究目前中國和其他國家煤泥干化的方法，結(jié)合我廠實際，提出具體方案。根據(jù)我廠煤泥參數(shù)，對比當(dāng)前煤泥干化工藝的優(yōu)缺點，確定我廠煤泥干化采用網(wǎng)帶式低溫除濕干化工藝，制定具體技術(shù)方案并實施安裝。

3.2 設(shè)計計算依據(jù)

3.2.1 入料煤泥參數(shù)

物料：煤泥；粒度：≤0.5mm；入料水分：Mt=23%～30%，根據(jù)實際生產(chǎn)情況，設(shè)計取平均水分24%；入料量：400 噸/天（全水分24%）。

3.2.2 低溫干化后煤泥參數(shù)

物料： 煤泥； 粒度： ≤0.5mm； 出料水分：Mt ≤14%。

3.2.3 低溫干化方式

密閉網(wǎng)帶式除濕干化；低溫干化溫度：48℃～56℃（設(shè)備進風(fēng)）；熱風(fēng)溫度：65℃～80℃。

3.3 干化工藝比較

用于煤泥干化的工藝目前主要有三種：高溫?zé)煔飧稍锕に?；蒸汽干燥工藝；網(wǎng)帶連續(xù)低溫除濕干化工藝。

3.3.1 高溫?zé)煔飧稍锕に?/p>

高溫?zé)煔飧稍锕に嚬ぷ髟頌椋簼衩耗嗤ㄟ^打散帶式輸送機輸送至滾筒干燥機內(nèi)，同時燃煤熱風(fēng)爐內(nèi)的高溫?zé)煔膺M入回轉(zhuǎn)圓筒干燥機的筒體內(nèi)部。煤泥在高溫?zé)煔獾闹苯咏佑|下充分傳熱傳質(zhì)，大量的水分被蒸發(fā)，干燥后的煤泥經(jīng)卸料器排出，完成整個干燥過程，含塵氣體經(jīng)除塵器凈化后由引風(fēng)機排空。

優(yōu)點：①給料量可寬幅調(diào)整，生產(chǎn)適應(yīng)性強，系統(tǒng)料流通暢，沒有堵塞現(xiàn)象。②系統(tǒng)運行可靠，維修量小，壽命長。③干燥機導(dǎo)料通暢，干燥產(chǎn)品的品質(zhì)好。

缺點：①利用燃燒爐燃煤獲取熱源，不符合國家現(xiàn)行的環(huán)保政策。②燃燒爐對煤的發(fā)熱量要求較高，且不宜燃燒粉末煤，對煤質(zhì)的適應(yīng)性較差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修費用高。③烘干溫度在500℃～700℃，烘干高揮發(fā)份、熱值高的煤泥時如果操作不當(dāng)會有煤粉爆炸的危險、干燥尾氣量大、含塵量高，處理不好容易造成環(huán)境污染，蒸發(fā)的煤泥中水分直接排放，對熱能資源和水資源造成極大浪費。

3.3.2 蒸汽干燥工藝

蒸汽干燥工藝工作原理為：濕煤泥通過打散和皮帶及螺旋輸送機輸送至蒸汽干燥機內(nèi)，同時蒸汽進入干燥機氣室，與濕煤泥進行換熱實現(xiàn)干燥，干燥后的煤泥排除筒體外。

優(yōu)點：①系統(tǒng)工藝簡單，更節(jié)能環(huán)保，且熱效率高，可達90%以上。②干燥后產(chǎn)品呈球狀，直徑在10～20mm，水分約為13%。③蒸汽凝結(jié)水可以做鍋爐回水，干燥尾氣量小，含塵量低，易處理。

缺點：①利用熱蒸汽作為熱源，大部取自電廠過熱蒸汽，或利用天然氣鍋爐。②煤泥在干燥過程中蒸發(fā)脫除的水分及揮發(fā)的固體顆粒進入尾氣管路，經(jīng)濕式除塵器除塵達標(biāo)后排放至大氣，但不能保證所排放的尾氣完全達標(biāo)。③消耗蒸汽量大，熱利用效率低，多數(shù)項目利用附近電廠余熱蒸汽或利用燃?xì)庹羝仩t產(chǎn)生蒸汽。

3.3.3 網(wǎng)帶低溫干化工藝

網(wǎng)帶式低溫干化工藝工作原理為：濕煤泥經(jīng)過打散輸送至干化機內(nèi)的網(wǎng)帶上，同時除濕熱泵對濕煤泥采用熱風(fēng)循環(huán)冷凝除濕烘干，通過回收排風(fēng)中水蒸氣潛熱和空氣顯熱實現(xiàn)干化，除濕干化過程沒有任何廢熱排放。

優(yōu)點：①采用熱泵熱回收技術(shù)，密閉式干化模式無任何廢熱排放。②80℃以下低溫干化過程，運行安全，無爆炸隱患，無需沖氮運行。③干料為顆粒狀，無粉塵危險。④出料溫度低（＜50℃），無需冷卻，直接儲存。⑤排出物為少量熱蒸汽冷凝水。⑥設(shè)備安裝簡單，安裝、調(diào)試周期短，設(shè)備占地面積小。

缺點：①較之滾筒干燥機和低溫蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機，單臺處理量小。②干燥過程排出蒸汽冷凝水需要入排水系統(tǒng)處理。

綜合上述三種干燥方式比較，高溫?zé)煔飧稍锕に囉捎谑墉h(huán)保政策限制不予考慮。低溫蒸汽干燥工藝和網(wǎng)帶式低溫干化工藝都滿足本項目要求，但是蒸汽干燥工藝于熱源不好解決，不予考慮。選用網(wǎng)帶式低溫除濕干化工藝[3]。

3.4 技術(shù)方案

3.4.1 設(shè)計選型

低溫干劃分為直接低溫干化和間接低溫干化兩種。間接低溫?zé)岣苫療崂寐瘦^低，設(shè)備占地面積大，故在煤泥處理領(lǐng)域較少應(yīng)用。直接低溫?zé)岣苫捎跓犸L(fēng)直接作用于煤泥上，熱效率較高，而溫度較低又不會使煤泥中的有機物裂解和揮發(fā)，循環(huán)熱風(fēng)僅從煤泥中帶走水分。

選用直接低溫干化，送風(fēng)溫度60℃～75℃，回風(fēng)溫度48℃～56℃，干化溫度48℃～50℃。

方案選用密閉式除濕干化模式，無需引入外界能源，無需尾氣處理系統(tǒng)；煤泥除濕干化機是利用除濕熱泵對煤泥采用熱風(fēng)循環(huán)冷凝除濕烘干；煤泥水分汽化潛熱=除濕熱泵水蒸汽冷凝潛熱（能量守恒），干化過程無需接入外界熱量，能源消耗為壓縮機輸入的電耗；除濕干化機相當(dāng)于除濕熱泵及網(wǎng)帶輸送機（帶式低溫干化）；除濕熱泵=除濕（去濕低溫干化）+熱泵（能量回收）結(jié)合。除濕熱泵可回收所有排風(fēng)過程潛熱和顯熱，不向外界排放廢熱。

網(wǎng)帶式低溫干化透氣性好，可以增加熱風(fēng)與物料的接觸面積，換熱效率高；煤泥靜態(tài)放置，減少粉塵量及延長網(wǎng)帶的使用壽命。

網(wǎng)帶減速機采用變頻調(diào)速控制，無級變速，利于調(diào)節(jié)出料的含水率；除濕熱泵采用模塊式設(shè)計，可自動調(diào)節(jié)運行模塊數(shù)，節(jié)約運行電費。

3.4.2 工作原理

煤泥除濕干化機是利用除濕熱泵對煤泥采用熱風(fēng)循環(huán)冷凝除濕烘干。除濕干化是回收排風(fēng)中水蒸氣潛熱和空氣顯熱，除濕干化過程沒有任何廢熱排放。

除濕熱泵烘干是利用制冷系統(tǒng)使來自低溫干化室的濕空氣降溫脫濕，同時通過熱泵原理回收水分凝結(jié)潛熱加熱空氣達到低溫干化物料目的。除濕熱泵是除濕（去濕低溫干化）加熱泵（能量回收）結(jié)合，使低溫干化過程中能量循環(huán)利用。

3.4.3 方案設(shè)計

煤泥量（含水煤泥）占原煤量的5%左右。平均煤泥小時生產(chǎn)量為28.6t/h，每天平均生產(chǎn)12.4 小時、生產(chǎn)煤泥355 噸，煤泥水分平均在24%。低溫干化車間按照全年處理煤泥12.8 萬噸設(shè)計，每小時處理能力為16.16 噸。設(shè)計采用1 臺低溫除濕干化機SHS12000SLC 和2 臺低溫除濕干化機SHS18000SLC。將干化機的風(fēng)冷改為水冷，增加一套水冷系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備，水冷系統(tǒng)相比風(fēng)冷系統(tǒng)增加了干化機的脫水能力，提高干化機的設(shè)備壽命，從能量損失的角度說更節(jié)能[4]。

3.4.4 方案布置

設(shè)計根據(jù)現(xiàn)有煤泥生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)狀，在現(xiàn)有的尾煤棚將濕煤泥落地緩存，低溫干化系統(tǒng)工作時用鏟車將濕煤泥送入3 臺緩沖給料機（帶緩沖漏斗，N=15KW+6×5.5KW）。每臺緩沖給料機下配一條濕煤泥轉(zhuǎn)載膠帶輸送機（B=650mm,N=5.5KW），共3 條。在尾煤棚的東側(cè)新建一座低溫干化車間，21m×24m。濕煤泥膠帶輸送機頭部布置在螺旋擠條機上方，利用溜槽將濕煤泥卸載至擠條機里。擠條成型后物料進入布料機，通過布料機的左右擺動，將物料均勻平鋪在低溫除濕干化機的網(wǎng)帶上進行干化。干化后產(chǎn)品通過2 臺刮板輸送機運送至現(xiàn)有的干煤泥膠帶機上，然后進入型煤儲煤場進行儲存。

4 生產(chǎn)指標(biāo)對比

該項目實施前，煤泥晾干銷售，水分按照24%計算，項目實施后，通過近一個月的實驗，煤泥干化后的平均水分為13%。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟效益

根據(jù)相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)資料，選煤廠年處理量為250 萬噸，生產(chǎn)煤泥12.8 萬噸、全水分24%、發(fā)熱量1600～1800 千卡/千克、售價35 元/噸（含稅），總銷售收入為448.00 萬元；建設(shè)煤泥干化系統(tǒng)，煤泥干化后數(shù)量11.31 萬噸、全水分13%、發(fā)熱量2200～2400 千卡/千克、售價105 元/噸（含稅）。

煤泥干化后總銷售收入為105×11.31=1187.55 萬元，干化前總銷售收入35×12.8=448 萬元，煤泥干化加工成本為34.05×12.8=435.84 萬元（單位濕煤泥的干化成本為34.05 元/噸），煤泥干化系統(tǒng)的年增收益為1187.55-448-435.84=303.71 萬元（不含稅）。

5.2 環(huán)保效益

本次項目研究實施后，減少了煤泥無組織揚塵污染，降低了煤泥管理的環(huán)保風(fēng)險，并且可提高路運比例，符合環(huán)保要求，環(huán)保效益顯著。從環(huán)保投入方面計算，每年可減少清潔灑水人工費用約1 萬元。從減少環(huán)保風(fēng)險帶來的各項環(huán)保罰款計算每年約5 萬元。

綜合以上，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益每年可創(chuàng)效309.71萬元。

6 結(jié)語

煤泥低溫除濕干化工藝，是熱泵除濕技術(shù)在選煤廠煤泥干燥中的首次應(yīng)用，開發(fā)研究出了中國先進的煤泥低溫干燥成套裝備和工藝，完善了選煤廠洗煤工藝，為熱泵低溫干化技術(shù)在煤泥干化領(lǐng)域的應(yīng)用，提供了寶貴的經(jīng)驗和技術(shù)參考，為煤泥的潔凈干燥提供了新的技術(shù)途徑。