大平煤矿煤泥干燥系统的设计与应用

摘要：探讨了大平煤矿煤泥干燥系统的设计方案，突出讨论了旋翼式干燥机具有其它传统干燥设备无法比拟的优点，提出了热力干燥的新方法，分析了大平煤矿煤泥干燥项目创造的经济效益和社会效益。

关键词：旋翼式干燥机 热交换 干燥 湿泥

0 引言

目前，国内对煤泥的热能干燥脱水，基本采用直接或间接换热方式干燥技术，较突出的是转筒式干燥机和带式碎干机。这两种干燥机比较传统，从上世纪五十年代就开始使用，随着技术的不断发展和进步，这两种干燥机也在不断改进，发挥了它的应有作用。但是，由于它们的传统换热方式决定，始终表现为干燥效率低、耗能大、温度高低不稳定、热损耗高、实际产量低；同时干燥机体积庞大，系统占地面积大。因此，上述两种干燥机对煤泥干燥在技术和效率上尚存在没有突破的局限性。

1 煤泥干燥系统建设的技术背景

大平煤矿洗煤厂入洗能力为225万吨/年，年产煤泥约12万吨。洗煤厂目前采用带式压滤机对煤泥进行脱水，实现了“煤泥水闭路循环”，达到零排放的环保要求。但是脱水回收的煤泥滤饼水份高、粘度大，给储存、运输和及时有效利用等带来了诸多困难。目前，每天脱水煤泥饼露天堆放，遇水流失，遇风飞扬，不仅带来环境污染，也造成了资源浪费，同时，堆放场地有限，严重的制约了洗煤生产。因此及时有效地解决煤泥滤饼去向问题，保证洗煤厂正常生产，已是迫在眉睫。

按照建设节约型社会和大力发展循环经济战略，搞好煤炭精深加工，延长煤炭产业链，提高资源性产品的附加值，搞好对煤泥的综合利用的总体要求。洗煤厂提出了煤泥干燥系统设计方案，该方案总体设计思想是通过热能干燥的方式，将现有的煤泥饼破碎成小于15mm的颗粒状，水分降低至15%左右，使之变成商品煤，达到提升为优良资源，提升价值，实现洗煤厂煤泥处理的二次飞跃—不仅实现了洗煤水零排放的“闭路循环”，同时又实现了尾煤全部回收作为优良资源的再利用。

2 煤泥干燥系统设计

2.1 项目建设的工艺方案

该系统工艺流程如图1所示，由燃烧炉提供热风，热风在引风机提供的负压作用下与湿煤泥同时进入干燥机，经热交换后湿煤泥失去水分成为干燥产品，干燥后，颗粒较小的由旋风收料器收集，颗粒较大的由刮板运输机排出，尾气经过尾气处理装置处理后排放。

图1 煤泥干燥系统工艺简图

将带式压滤脱水后的煤泥滤饼经转载刮板机送至煤泥入料缓冲仓内，缓冲仓中的煤泥通过仓下的螺旋输送机均匀稳定地给入干燥机入料口，干燥后的物料分别通过干燥机下部的闭风排料器和旋风收料器排出，再经过干后产品运输刮板注入装车仓贮存。燃料煤由603#皮带运输线直接分流经溜槽注入燃煤缓冲仓，通过炉前给煤装置自动添加至热风炉，燃烧用风由鼓风机提供。灰渣由排渣机注入灰渣仓装车外运。高温热风在引风机产生的负压作用下，由热风炉经主风管进入干燥机，在干燥机内与煤泥实现充分的质热交换后，经旋风收料器完成气固分离后再经过尾气净化系统净化达标后排至大气。尾气净化采用湿法除尘，除尘用水来自洗煤循环水系统，携尘污水返回洗煤浓缩系统。因干燥系统故障不能及时处理的煤泥暂时注入煤泥贮存仓。

2.2 煤泥干燥设备的选择

抛弃传统转筒式等传统干燥机采用旋翼式干燥机，该干燥机采用三圆结构，通过旋翼的机械运动强制弥散湿泥，使其在不同干燥腔内呈流态化悬浮状，从而与热风充分接触，强化湿泥与热风的传热传质效果。干化过程中旋翼对污泥起破碎作用，取消了传统污泥干燥机干燥后的污泥二次破碎环节。煤泥在干燥机内停留时间短，热交换效率高，处理量大，干燥成本低，体积仅为滚筒干燥机的1/2，它是系统中最为关键的设备。煤泥由干燥机一端底部进料，在旋翼作用下向上抛掷，热风由煤泥进料同端上方进入干燥机，与被抛掷的物料直接接触，物料在旋翼和热风的作用下向前运动，实现质热交换。干燥机内部分为三个工作腔。在第一个腔内，污泥与高温热风直接接触并迅速升温至湿球温度，一般污泥温度在45℃～50℃，属于升温干燥段；在第二个腔内，大量的水分被蒸发，此时属于恒速干燥段，为主要干燥段。最后进入第三干燥腔内，此时污泥的水分蒸发速度降低，污泥温度开始逐渐上升，属于降速干燥段。煤泥温度不超过90℃，含水降至15%，完成污泥干燥，其热能原理如图2所示。

图2 WJG-7000型旋翼式干燥机热能原理图

在干燥设备中，热量作用与物料的方式有三种：a对流过程；b传导过程；ｃ辐射过程。

在煤泥干燥系统中主要采用热风接触式即对流干燥方式进行，它是一个传质传热的综合过程。对流干燥的传热速率主要与体积给热系数、干燥机容积、热风温度、物料温度等有关。

旋翼式干燥机的主要工艺特点：

①设备结构紧凑，占地面积小，体积是同规格传统设备的1/2，一次性投资少。

②采用三园结构，通过旋翼的机械运动强制弥散湿泥，使其在不同干燥腔内呈流态化悬浮状，从而与热风充分接触，强化湿泥与热风的传热传质效果。物料在干燥腔内以颗粒状充分弥散，与干燥介质充分接触从而实现质热交换。质热交换速度快，效率高，产量大，是传统同规格设备的二倍以上。

③物料干燥过程中表面更新频率高，质热交换充分，能耗低。蒸发1吨水消耗热量90~100万大卡，仅为传统同规格设备的50%左右。

④系统控制自动化程度高，安全可靠。

⑤可采用多种形式热源对污泥进行干燥。

⑥由该干燥机的工作原理决定，在对干燥过程，具有自动将污泥胶团性破碎功能，克服了污泥干化过程中自然流动不破碎的弊端。干燥后的产品呈<13mm颗粒状。

3 煤泥干燥系统的应用

3.1 煤泥干燥系统应用过程解决的问题

2009年12月进入投料调试阶段，期间也出现了一些问题，具体如下：

①除渣刮板运输机头轮轴因质量问题断2次，重行设计头轮，将轴直径由60mm加粗到80mm，解决了该问题。

②因干燥机内部进入刮板运输机的链环连接螺栓，造成干燥机闷车3次，将煤泥滤饼进入干燥机前的所有工序均加强了去铁化管理，对刮板运输机的联接螺栓形成了班检制度。

③引风机变频器额定功率不足，通过协调将额定功率为200kw的变频器更换为额定功率为250kw的变频器。

④炉排变频器与现场不匹配，进行了更换。

3.2 煤泥干燥系统达到的技术标准

通过努力这些问题都得到了很好的解决，2010年2月该系统进入正常运行阶段，并且体现出良好的效益，2010年该系统达到了较高的技术标准，对照表如表1所示。

3.3 煤泥干燥系统创造的经济效益和社会效益

该套系统2010年干燥湿煤泥8.3万吨，生产干煤泥粉5.83万吨；年产值达到1903万元，年创造经济效益615万元，吨尾矿煤泥利润为74.09元。年蒸发水量2.47万吨，年小时平均蒸发水量7.82吨（年运行3163小时）；年燃料煤（洗粒煤：发热量5000卡/克）用量为3000吨，年小时平均消耗燃料煤0.95吨，热能消耗小于80万卡/吨水，仅为兄弟单位所使用的滚筒式干燥机的50％。该系统的入料水分适应范围宽（27％-45％），产品水分可控性较强（15％-20％）。实践证明该系统具有小时蒸发水量大、小时消耗燃煤低、热效率高等优点。

该项目达到了提高煤泥产品售价增加销售收入，较少资源浪费，消除煤泥对环境污染的目的，实现了设计目标，达到了我厂的各项要求！

4 结论性见解

该系统自成功进行了工业性试验后，近2年的连续稳定运行了表明该干燥系统具备干燥水分含量高、粘度大和高持水性的湿粘煤泥物料的能力。湿粘的煤泥经过干燥回收处理后作为煤炭产品销往电厂，延长了煤炭洗选加工的产业链，为大平矿创获了可喜的经济效益，同时也彻底解决了大平矿之前煤泥占地堆放造成的“风天扬尘，雨天流泥”的环境污染问题。总之该煤泥干燥系统在大平煤矿的设计与应用取得了圆满成功。