旋翼式煤泥干燥設(shè)備在平舒礦的應(yīng)用

1、旋翼式煤泥干燥設(shè)備在平舒礦的應(yīng)用胡楠陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司摘要：對比分析了旋翼式和滾筒式干燥工藝的特點;旋翼式煤泥干燥成套設(shè)備具有造價 低、體積小等特點，并且可以直接利用礦井瓦斯做燃料，提高瓦斯利用率;在平 舒礦選煤廠應(yīng)用后，實現(xiàn)了對煤泥的高效清潔利用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社 會效益和環(huán)境效益。關(guān)鍵詞：選煤廠;煤泥干燥系統(tǒng);旋翼式干燥機(jī);效益分析;作者簡介：胡楠（1980）,男，北京人，2014年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué) 院電氣工程專業(yè)，工程碩士，陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司選煤屮心綜合管 理部部長助理，工程師。收稿日期：2017-09-21received： 2017-09-21隨著

2、我國煤炭開采產(chǎn)量和原煤入洗率的增加，煤泥產(chǎn)量也在逐年增加。因此，及 時、有效、經(jīng)濟(jì)地解決選煤廠煤泥回收和利用問題，對于保護(hù)環(huán)境、保障生產(chǎn)、 節(jié)約能源、提高效益等諸多方而均具有重要意義。煤泥是煤炭生產(chǎn)過程中的副產(chǎn) 品，經(jīng)過壓濾的煤泥水分一般為22%28%ih，根據(jù)品種和形成機(jī)理的不同，其 性質(zhì)差別非常大，可利用性也有較大差別。發(fā)展煤泥綜合利用，是建設(shè)資源節(jié)約 型、環(huán)境友好型礦區(qū)的重要措施和必要手段，是發(fā)展礦區(qū)清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)， 實現(xiàn)資源化、減量化、再利用的基本方法。通常煤泥的利用方式是發(fā)電，由于煤 泥的熱值低、又不利于長途運輸，所以只能考慮在煤礦周邊進(jìn)行就地轉(zhuǎn)化，建設(shè) 坑口電站。這不僅對煤礦周

3、邊環(huán)境要求較嚴(yán)格、而且建設(shè)造價也高，因此無法實 現(xiàn)大規(guī)模利用。近年來，煤泥干燥技術(shù)的不斷發(fā)展為煤泥的綜合利用開辟了新的途徑。煤泥是原 煤經(jīng)過洗選后粒度在0.5 mm以下的一種副產(chǎn)品宜。由于煤泥具有高水分、高粘 性、高灰分、低熱值、遇風(fēng)飛揚、遇水流失等特點，因此必須通過干燥來提升其 熱值3。1平舒礦煤泥處理需求 平舒選煤廠屬于礦井型選煤廠，入洗8號煤和15號煤，原煤處理量5.0 mt/ao 原煤通過13 mm原煤篩分級，大于13 mm的原煤經(jīng)跳汰洗選，生產(chǎn)塊精煤產(chǎn)品； 小于13 him篩下物經(jīng)洗選加工后，根據(jù)市場要求，生產(chǎn)精煤、塊精煤和末煤產(chǎn)品。 洗選過程產(chǎn)生的粗煤泥經(jīng)過脫水后，混入精煤或末煤產(chǎn)

4、品銷售。細(xì)煤泥就地進(jìn)行 民用銷售，不僅價格低廉，而且還極易造成環(huán)境污染。2015年以后，15號煤全 部入洗，按照煤泥產(chǎn)率11%測算，當(dāng)?shù)V井能力達(dá)到500萬t時，每年煤泥產(chǎn)量達(dá) 到65萬t以上。近年來環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，再加上煤炭市場逐漸回暖，要求管理者在改變煤泥 利用的思路上多做文章，提升產(chǎn)品價值。為此，平舒選煤廠決定建設(shè)煤泥干燥系 統(tǒng)，將煤泥干燥后，摻入末煤銷售，不僅可以很好地利用煤泥，還能進(jìn)一步提 升經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的煤泥干燥工藝仍沿用高溫干燥技術(shù)，主要優(yōu)勢在于技術(shù)相對成熟，工藝 性能可靠。這種干燥技術(shù)都是通過外圍熱源，利用熱交換，在熱源與煤泥接觸的 過程屮，完成水分蒸發(fā)，從而使煤泥得到干燥。

5、為了找到更適合平舒選煤廠煤泥現(xiàn)狀的干燥工藝，相關(guān)人員經(jīng)過實地考察、調(diào)研, 對滾筒式干燥工藝和旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥工藝效果進(jìn)行了客觀詳細(xì)的比較。2高溫干燥技術(shù)工藝對比煤泥干燥技術(shù)種類較多，對應(yīng)的干燥設(shè)備也紛繁多樣，每種設(shè)備都有其特點。但 是，針對一個特定的用戶現(xiàn)場，應(yīng)該有一種最合理的方案來解決煤泥的干燥問 題。如何選擇最合理的方案是有一定原則可遵循的匕1。2.1熱利用率對比采用燃燒瓦斯為供熱源，在處理100 t/h濕煤泥的情況下進(jìn)行對比：(1) 旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥工藝瓦斯用量為1 846 m/h,折合噸煤瓦斯消耗量為1& 46 ni。按瓦斯0. 4元/ni核算，則瓦斯消耗成本是7. 6

6、元/t濕煤泥。(2) 滾筒式干燥工藝瓦斯用量為5 050 m/h,折合噸煤瓦斯消耗量為50.50 m,因 此瓦斯消耗成木是20. 2元/t濕煤泥。2.2電耗對比旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥工藝設(shè)備少、環(huán)節(jié)較簡單，總裝機(jī)功率為600700 k w, 運行功率為300350 k w,按照電費0.75元/ (k w h)計算，電耗成本為 2.252 63 元/t。滾筒式干燥給料工藝設(shè)備較多，環(huán)節(jié)較為繁瑣，總裝機(jī)功率為800900 k w,運 行功率為600650 k w,則電耗成本為4. 504. 88元/-2.3干燥后產(chǎn)品水分可控性對比旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥系統(tǒng)可實現(xiàn)對出料端產(chǎn)品水分的有效控制。產(chǎn)品水分降至

7、 13%后，可根據(jù)用戶需求繼續(xù)降低。滾筒式干燥系統(tǒng)產(chǎn)甜水分指標(biāo)極限為13%左右，產(chǎn)品水分可控范圍小。2.4干燥后產(chǎn)品粒度對比旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥系統(tǒng)產(chǎn)品多為粉末狀固，粒度可保持在1. 53 mm,不改 變煤泥的粒度組成，可直接摻入電煤后銷售，容易滿足市場用戶需求。滾筒式干燥系統(tǒng)產(chǎn)品多為煤球狀，球狀顆粒粒度在13 mm左右，改變了煤泥產(chǎn)品 的粒度組成。2.5設(shè)備投資對比在同等處理能力下，旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥系統(tǒng)與滾筒式干燥系統(tǒng)設(shè)備總投資 均為1 000萬元（不含安裝費、外圍配套工程費用）。2.6干燥廠房占地面積對比旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥系統(tǒng)廠房占地面積約為400 mo滾筒式干燥系統(tǒng)干燥廠房 占地面

8、積約為700 nio2.7小結(jié)通過以上對比，旋翼強(qiáng)制流態(tài)化干燥工藝具有以下技術(shù)優(yōu)勢和顯著特點。一是處 理能力大。傳統(tǒng)的滾筒式干燥設(shè)備由于受滾筒育徑的制約，處理能力提升受到影 響，該工藝可通過調(diào)節(jié)干燥機(jī)爐腔容積來提升處理量，口工藝結(jié)構(gòu)緊湊，占地 面積小。二是對給料的適應(yīng)范圍廣?？赏耆幚砀咚?、高粘度物料，甚至是對 流態(tài)化物料的處理更是達(dá)到了入料水分無上限的要求，且產(chǎn)品水分可調(diào)控性強(qiáng)。 三是干燥產(chǎn)品的摻配性高。該工藝突破了傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品呈球狀的弊病，保持了產(chǎn) 品的原牛粒度，干燥產(chǎn)品作為摻配物可根據(jù)不同品種煤的質(zhì)量指標(biāo)要求，實現(xiàn) 與多品種煤進(jìn)行摻配銷售。四是節(jié)能低耗。該工藝的干燥機(jī)機(jī)體為固定方式，有

9、 利于絕熱處理，物料在干燥機(jī)爐腔內(nèi)呈彌散狀，且處于連續(xù)高頻破碎工作狀態(tài)， 能夠充分實現(xiàn)質(zhì)熱交換，熱利用率非常高，同時克服了傳統(tǒng)工藝存在的由于滾 筒轉(zhuǎn)動不利于隔熱保溫、物料在滾筒內(nèi)呈球狀與熱源不能均勻接觸、熱利用率低 的弊端。因此，采用旋翼強(qiáng)制流態(tài)化干燥工藝經(jīng)濟(jì)效益顯著。平舒礦屬于高瓦斯礦井，瓦斯資源豐富，可以提供可靠、穩(wěn)定熱源。此外，受場 地因素影響，新建項口必須盡可能少占用空間。通過多方考察，實地調(diào)研、論證, 平舒礦選擇了旋翼式煤泥干燥技術(shù)。3系統(tǒng)設(shè)計及關(guān)鍵設(shè)備3. 1工藝流程干燥系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。壓濾車間脫水后的煤泥濾餅經(jīng)381號轉(zhuǎn)載刮板輸 送機(jī)、900號煤泥膠帶輸送機(jī)運至煤泥入料緩

10、沖倉內(nèi)，再通過倉下的901號螺旋 給料輸送機(jī)均勻穩(wěn)定地給入902號干燥機(jī)，在干燥機(jī)內(nèi)完成質(zhì)熱交換干燥過程 后，干燥后的物料分別通過干燥機(jī)下部的903號閉風(fēng)排料器和旋風(fēng)收料器排出， 再經(jīng)過904號產(chǎn)品膠帶輸送機(jī)，通過返煤系統(tǒng)注入產(chǎn)品裝車倉貯存。干燥機(jī)的熱源由燃?xì)鉄犸L(fēng)爐提供，采用瓦斯供熱方式。瓦斯利用為陽煤集團(tuán)重點 推進(jìn)項目，一方面節(jié)約了成木，另一方面減少了外排瓦斯，也減少了對環(huán)境的 污染。該熱風(fēng)爐配有瓦斯凈化、調(diào)壓裝置、自動點火系統(tǒng)、電動調(diào)風(fēng)系統(tǒng)，供熱 系統(tǒng)采用全自動控制。并做絕熱保溫處理，以減少熱量損失。熱風(fēng)爐燃燒用風(fēng)由 908號鼓風(fēng)機(jī)提供，高溫?zé)犸L(fēng)在906號引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓作用下，由熱風(fēng)爐經(jīng)

11、主 風(fēng)管進(jìn)入干燥機(jī)，在干燥機(jī)內(nèi)與煤泥實現(xiàn)充分的質(zhì)熱交換后，經(jīng)旋風(fēng)收料器完 成氣固分離后，再經(jīng)過尾氣凈化系統(tǒng)凈化達(dá)標(biāo)后排至大氣。尾氣凈化采用濕法除 塵，除塵用水來自洗煤循環(huán)水系統(tǒng)，攜塵污水返回洗煤濃縮系統(tǒng)。圖1干燥系統(tǒng)工藝流程 下載原圖3. 2旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥機(jī)工作原理旋翼式干燥工藝的核心設(shè)備是旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥機(jī)和燃?xì)庵被馃犸L(fēng)爐，其 干燥原理如圖2所示。平舒礦采用的是wjg-10000型旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥機(jī)。 這種干燥機(jī)在中、高溫(3001 000°c)和物料高彌散狀態(tài)下工作，設(shè)備體積小， 質(zhì)熱交換充分，干燥效率高回。濕煤泥首先給入大容量的濕煤緩沖倉內(nèi)，再由 給料機(jī)均勻穩(wěn)定地

12、輸入干燥機(jī)，在干燥機(jī)底部兩個相向旋轉(zhuǎn)的旋翼作用下，濕 煤泥被拋擲在干燥腔內(nèi)，高溫?zé)犸L(fēng)在引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用下沿水平方向呈波式紊 流，物料在氣流和重力的作用下在干燥腔內(nèi)做往復(fù)式螺旋運動，彌散的物料與 熱風(fēng)充分接觸換熱。在拋擲過程中破解了濕煤泥的粘度和加熱后產(chǎn)生的固聚性， 從而使?jié)衩耗嘣诟稍餀C(jī)腔內(nèi)充分彌散。同時在干燥機(jī)的尾端嵌入了氣流干燥工藝, 以強(qiáng)化濕煤泥與熱風(fēng)的換熱效果，使尾氣余熱得以進(jìn)一步利用。物料在氣流作用 下被強(qiáng)制帶出干燥機(jī)腔后，在離心式收料器的作用下實現(xiàn)氣固分離。圖2干燥機(jī)工作原理下載原圖 旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥機(jī)改變了傳統(tǒng)物料貼壁式傳熱方式，采用拋擲式物料干 燥+氣流干燥方式。在干燥過程中

13、，克服了以往自然流動不破碎的弊端，干燥后 的產(chǎn)甜呈原粒度的顆粒狀或粉狀，因而可以直接摻入末煤銷售，簡便經(jīng)濟(jì)。旋翼式強(qiáng)制流態(tài)化干燥機(jī)的干燥分為升溫干燥段、恒速干燥段和降速干燥段，分 別在3個工作腔內(nèi)完成。在干燥機(jī)中，熱量與物料之間經(jīng)過對流過程、傳導(dǎo)過程、 輻射過程，使?jié)衩耗嗪式抵?5%,完成了對煤泥的干燥。3. 3燃?xì)庵被馃犸L(fēng)爐燃?xì)庵被馃犸L(fēng)爐是旋翼式干燥系統(tǒng)的熱源，也是該系統(tǒng)的重要設(shè)備之一。在設(shè)計 之初，經(jīng)過測算本項目所需熱能37. 62 gj/h,燃料來自平舒礦瓦斯，其濃度為 35%,熱值為 35%/95%x35. 95mj/m=13. 24 mj/m （備注：35%為煤氣（瓦斯）濃度、

14、95%為天然氣瓦斯?jié)舛取?5. 95 mj/m為天然氣熱值），干燥所需煤氣量（瓦斯） 為:q=37620町/h/13. 24 mj/m/90%二3 157 m/ho現(xiàn)有礦井條件可以滿足瓦斯需求 量，旋翼式干燥工藝中的燃?xì)庵被馃犸L(fēng)爐也與之得到了匹配。燃?xì)庵被馃犸L(fēng)爐是高效的潔凈燃燒系統(tǒng)，分為氣化室、燃燒室、儲熱室3部分。 燃燒的熱值得以充分釋放，提供出穩(wěn)定的工業(yè)火焰，確保產(chǎn)牛足夠的熱量，并 證出口溫度在1 100°c，滿足干燥機(jī)系統(tǒng)對熱能的要求。燃?xì)庵被馃犸L(fēng)爐采用自主設(shè)計的二段多孔配風(fēng)爐型與德國產(chǎn)奧林氣體燃燒設(shè)備。 這套設(shè)備自帶瓦斯凈化、調(diào)壓裝置，自動點火系統(tǒng)，電動調(diào)風(fēng)裝置，且全過程采

15、用全自動控制。做絕熱保溫處理，以減少熱量損失。采用瓦斯燃燒，配套tfrf-q 型二段多孔配風(fēng)直火熱風(fēng)爐。瓦斯通過燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔?，冷空氣由進(jìn)風(fēng)口進(jìn) 入風(fēng)道，與高溫?zé)煔饣旌纤腿敫稍餀C(jī)供熱，煙氣溫度與燃燒器的燃料燃燒流量 連鎖控制。高瓦斯礦井應(yīng)用這一干燥工藝更有著得天獨厚的資源優(yōu)勢。4旋翼式干燥工藝系統(tǒng)特點旋翼式干燥工藝成套系統(tǒng)中設(shè)有大容量的濕煤泥緩沖倉，可以有效解決上游作 業(yè)的牛產(chǎn)不均衡性與干燥系統(tǒng)需要持續(xù)穩(wěn)定供料的矛盾，以使系統(tǒng)保持良好工 況，關(guān)鍵技術(shù)為干燥機(jī)體采用特殊材料進(jìn)行了絕熱處理，克服了傳統(tǒng)滾筒式工 藝存在的絕熱效果差、熱損耗高的弊端;對高水分、高粘度物料可完全處理，對 流態(tài)化物料的

16、處理更是達(dá)到了水分無上限的要求，且出料產(chǎn)品水分的可調(diào)控性 強(qiáng)。旋翼式干燥器釆用三圓結(jié)構(gòu)，通過旋翼的機(jī)械運動強(qiáng)制彌散濕煤泥，使其在不 同干燥腔內(nèi)呈流態(tài)化懸浮狀，從而與熱風(fēng)充分接觸，強(qiáng)化濕煤泥與熱風(fēng)的傳熱 傳質(zhì)效果也。物料在干燥腔內(nèi)以顆粒狀充分彌散，與干燥介質(zhì)充分接觸從而實 現(xiàn)質(zhì)熱交換。質(zhì)熱交換速度快、效率高、產(chǎn)量大。在旋翼式干燥成套設(shè)備中采用瓦斯燃?xì)鉅t提供熱源，由濕泥緩沖倉來保障入料 的緩沖和均勻給入，通過旋翼式機(jī)械作用與氣流干燥相結(jié)合的流態(tài)化干燥的技 術(shù)路線和流程。瓦斯燃?xì)鉅t是本系統(tǒng)中的熱源，也是本系統(tǒng)中重要設(shè)備之一。來 自山西平舒煤業(yè)有限公司的瓦斯通過燃燒器燃燒產(chǎn)生高溫，冷空氣由進(jìn)風(fēng)口進(jìn) 入

17、風(fēng)道，與高溫空氣混合，被迅速加熱，最后由熱空氣出口排出，熱空氣溫度 與燃燒器連鎖控制?？蓾M足干燥機(jī)系統(tǒng)對熱能的要求。系統(tǒng)設(shè)計中考慮到物料輸送的連續(xù)性和穩(wěn)定性，將煤泥緩沖倉設(shè)計成類似龜肚 子的形狀，這樣的倉體設(shè)計，可以適應(yīng)包括板框壓濾煤泥在內(nèi)的各種煤泥的貯 存和輸送，可有效解決壓濾生產(chǎn)的不均衡性與干燥環(huán)節(jié)的矛盾。安裝在給料端的 探測裝置可以實時監(jiān)控對干燥機(jī)的給料情況，并通過plc與熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)、安全 閥門等安全設(shè)備連鎖，提升了系統(tǒng)的整體安全性。系統(tǒng)熱效率高。干燥爐腔內(nèi)采用特殊耐高溫材料達(dá)到了非常好的絕熱處理，熱損 耗低。同時特有的旋翼式設(shè)計使?jié)衩耗鄰?qiáng)制彌散，并處于高頻率連續(xù)破碎狀態(tài)。 旋翼軸根據(jù)

18、軸向熱力場和機(jī)械荷載的分布，采用不同合金材質(zhì)鍛造而成，以保 證其在800°c溫度環(huán)境下24 h連續(xù)工作時應(yīng)力分布均勻，高溫下保證其連續(xù)工 作不變形。采用機(jī)械拋擲與負(fù)壓氣流干燥聯(lián)合脫水工藝，充分利用熱能，最大程 丿艾地提高熱能利用率。設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，核心換熱設(shè)備體積是同規(guī)格傳統(tǒng)設(shè)備的l/2o整套 系統(tǒng)布局更趨合理。5應(yīng)用效果(1) 實現(xiàn)產(chǎn)甜的全而升值。本項目設(shè)計處理能力為65萬t/a, 123 t/h,完全可 以滿足平舒公司生產(chǎn)要求。(2) 實現(xiàn)摻配提質(zhì)的目的。經(jīng)干燥處理后，煤泥產(chǎn)品平均發(fā)熱量可達(dá) 21.73622.572 k j/g,水分降至10%左右，配入末煤中可以提升末煤質(zhì)量，并 且可使摻配后的末煤水分完全達(dá)標(biāo)。(3) 瓦斯綜合利用率提高。項目實施后，每天可以利用瓦斯36 920 mo平舒公 司每天可增加瓦斯利用率7. 77%,平舒礦井瓦斯總利用率可達(dá)到62. 84%o(4) 經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。按照當(dāng)前市場可比價格測算，投產(chǎn)后干燥運行成木為2& 47元/i (包括水、電、暖、瓦斯、人工等全部運行費用)，煤泥干燥產(chǎn)率為 85%o按照年產(chǎn)煤泥45萬t測算，全年凈利潤為4