一種熱氣流煤樣快速干燥方法

楊勻龍

(貴州華昌汽車電器有限公司，貴陽(yáng) 550006)

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一種熱氣流煤樣快速干燥方法

楊勻龍

(貴州華昌汽車電器有限公司，貴陽(yáng) 550006)

煤炭檢驗(yàn)過程中的干燥問題一直制約著煤質(zhì)檢測(cè)的效率及結(jié)果，介紹了一種熱氣流干燥方法.經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該方法可以快速去除煤樣外在水分，有效進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室煤樣快速干燥，滿足制樣要求，且不會(huì)影響煤樣本身特性.

煤樣；煤炭檢驗(yàn)；熱氣流；干燥

0 引 言

我國(guó)是世界第一產(chǎn)煤大國(guó)，同時(shí)也是第一消費(fèi)大國(guó).我國(guó)能源結(jié)構(gòu)有“富煤、缺油、少氣”的特點(diǎn)，因此在未來相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將以煤炭為主要能源.隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)發(fā)展，國(guó)家日益重視節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.尤其在煤炭領(lǐng)域，必須改變以往粗放型的資源利用模式，轉(zhuǎn)為集約型模式，因此必須加大對(duì)煤炭質(zhì)量的檢驗(yàn)[1].煤炭的質(zhì)量檢驗(yàn)一直是供需雙方爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到煤炭?jī)r(jià)格，關(guān)乎供需雙方的利益.造成煤質(zhì)糾紛的根本原因固然是供需雙方利益的矛盾性，但客觀上，煤質(zhì)分析和檢測(cè)方法及檢測(cè)工具的差異，也是產(chǎn)生煤質(zhì)糾紛的關(guān)鍵因素之一.

煤的質(zhì)量檢測(cè)主要通過對(duì)其樣品進(jìn)行化驗(yàn)分析.而煤樣的制備是指通過一定工具、裝置和方法使煤樣達(dá)到分析或試驗(yàn)狀態(tài)，包括破碎、混合、縮分和干燥等環(huán)節(jié)[2].其中干燥是制樣過程中影響測(cè)試結(jié)果最重要的環(huán)節(jié)，如果干燥設(shè)備不符合要求或存在技術(shù)缺陷而影響到樣品制備的代表性，將直接影響后續(xù)煤質(zhì)分析的測(cè)試結(jié)果，使其產(chǎn)生檢測(cè)誤差，影響煤炭科學(xué)結(jié)算與公平交易[3].此外我國(guó)目前火力發(fā)電以及其他煤炭應(yīng)用行業(yè)對(duì)煤的檢測(cè)方面，普遍存在依靠傳統(tǒng)人工采樣以及實(shí)驗(yàn)化驗(yàn)分析方式，不能實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)，制約對(duì)煤炭的利用率，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，其中最為關(guān)鍵的問題在于制樣過程中的干燥技術(shù)無法滿足實(shí)際要求.因此為確保樣品的代表性以及提高樣品制備效率，科學(xué)有效的干燥方式顯得尤為重要.

本文提出了一種熱氣流煤樣快速干燥方法，該方法是將干燥后的熱氣流通過煤樣，熱氣流與煤樣充分接觸進(jìn)行熱交換，將煤樣中的水分蒸發(fā)出來并隨氣流帶走，從而實(shí)現(xiàn)煤樣的快速干燥.

1 熱氣流干燥工藝

煤樣干燥是通過一定方法除去煤中大量水分的操作過程，目的在于使煤樣能順利通過破碎機(jī)、縮分設(shè)備及二分器等，避免因濕度較大導(dǎo)致粘堵現(xiàn)象，影響樣品代表性[3-4].目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)煤的干燥研究主要停留在工業(yè)應(yīng)用方面，對(duì)煤樣的干燥研究投入仍不夠[2-3].國(guó)外在煤炭干燥技術(shù)研究投入了相當(dāng)大的力量，如澳大利亞專門成立了兩個(gè)研究中心來研究煤的發(fā)電利用技術(shù)，其中煤質(zhì)干燥技術(shù)是其研究重點(diǎn)之一.目前普遍采用的有間接干燥法和直接干燥法兩種.間接干燥是利用過熱蒸汽(250～350 ℃)間接加熱使煤炭干燥的方法，包括流化床蒸汽干燥技術(shù)、空氣蒸汽聯(lián)合干燥技術(shù)等.該方法耗能大且耗水量大，不宜在干旱缺水地區(qū)使用.直接干燥法是將熱煙氣與煤直接接觸進(jìn)行干燥的方法，包括高溫干燥和低溫干燥兩種.傳統(tǒng)的直接干燥法是采用350～600 ℃的高溫?zé)煔膺M(jìn)行干燥，但由于溫度過高，對(duì)易燃煤尤其是褐煤損失大.而采用低溫直接干燥法則效率較低.上述技術(shù)主要應(yīng)用于煤炭工業(yè)化干燥，目前在煤樣預(yù)處理環(huán)節(jié)主要采用以下兩種干燥方法：一是空氣自然晾干方式.該方法將煤樣平攤在干燥地面上，厚度約20 mm左右，通過太陽(yáng)光與自然風(fēng)對(duì)煤樣表面進(jìn)行干燥.該方法不會(huì)改變煤樣特性，但人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，且費(fèi)時(shí)(一般需要1～2天)，占用場(chǎng)地大.二是采用熱風(fēng)或大烘箱烘干方式.該方法采用大功率加熱裝置對(duì)煤樣進(jìn)行烘干處理，溫度一般可控.該方式干燥效率較第一種高，但當(dāng)煤樣干燥到一般程度后，即濕度飽和后，干燥效率大大降低.目前實(shí)驗(yàn)室一般普遍采用第二種方式.

已有研究表明，顆粒狀物體三種干燥方式中(接觸干燥、表面干燥和穿透干燥)，效率最低的是接觸干燥，效率最高的是穿透干燥.一般的接觸干燥效率為12～30 kg水/(m2·h)，表面干燥為18～40 kg水/(m2·h)左右，而穿透干燥可達(dá)150～200 kg水/(m2·h).接觸干燥是靠加熱板與煤樣接觸熱傳遞，自然散熱效果低；表面干燥一段時(shí)間后，煤樣表面濕度小于內(nèi)部濕度，表面溫度高于內(nèi)部溫度，從而在表面形成一層“保護(hù)膜”，導(dǎo)致內(nèi)部水分無法有效排出，影響干燥效率；而穿透干燥在干燥過程中，產(chǎn)生的水分實(shí)時(shí)被熱氣流帶走，內(nèi)部與表面濕度差較小，可極大提高干燥效率.

本文提出的熱氣流干燥法采用的是穿透干燥方法，將干燥后的熱氣流通過煤樣，其中氣流溫度可以調(diào)節(jié)控制[6].熱氣流與煤樣充分接觸進(jìn)行熱交換，將煤樣中的水分蒸發(fā)出來并隨氣流帶走，從而實(shí)現(xiàn)煤樣的快速干燥，其原理如圖1所示.

圖1 煤樣干燥原理圖

熱氣流干燥裝置系統(tǒng)如圖2所示.空氣經(jīng)過加熱器加熱達(dá)到一定溫度后，經(jīng)過煤樣，由于煤樣的阻礙，熱氣流會(huì)與煤層充分接觸，從而進(jìn)行熱傳遞，將煤樣吸附的外在水分干燥，干燥后的水汽隨熱氣流帶動(dòng)，避免煤層局部水蒸汽飽和從而導(dǎo)致干燥效率低下問題.

圖2 煤樣熱氣流干燥裝置

采用該方法有以下優(yōu)勢(shì)：

一是溫度可控.煤干燥溫度不宜過高，尤其是年青煤褐煤，一般干燥溫度超過40 ℃易導(dǎo)致煤加速氧化，從而樣品特性發(fā)生改變，影響后續(xù)煤樣的化驗(yàn)結(jié)果.不同的煤種可以根據(jù)實(shí)際需要選定不同的干燥溫度，在保證不改變樣品特性前提下提高干燥效率.

二是熱氣流與煤樣接觸面積大，干燥速率快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的表面干燥方法.能夠滿足煤質(zhì)實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)干燥要求.

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

利用圖2所示熱氣流干燥裝置，選用水分較大的褐煤為干燥煤種.褐煤是煤化程度最低的煤種，其水分含量較大，一般高達(dá)30%，具有揮發(fā)份高、熱值低、化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差、易氧化、存放空氣中易風(fēng)化變質(zhì)、破碎后多呈粉末狀等特點(diǎn).隨著對(duì)能源的急劇消耗和需求，褐煤在市場(chǎng)應(yīng)用中扮演著非常重要的角色，是煤炭行業(yè)的生力軍，因其水分較大，在化驗(yàn)前干燥環(huán)節(jié)顯得尤為重要.

本實(shí)驗(yàn)選用制粉前褐煤樣品，粒度為Φ3 mm，外水約11%左右，為不影響褐煤特性，干燥溫度設(shè)為40 ℃.分別采用熱氣流干燥法和普通干燥箱干燥法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以是否能順利進(jìn)行制粉為條件判斷干燥結(jié)束，即制粉時(shí)不粘不堵，樣品不損失.檢測(cè)結(jié)果如表1所示.

表1 兩種不同干燥方法測(cè)試結(jié)果

根據(jù)干燥過程中現(xiàn)象可獲知，采用熱氣流干燥法干燥褐煤表面及內(nèi)部干燥均勻，只需20 min即可達(dá)到制粉要求.而干燥箱干燥法干燥褐煤時(shí)，煤表面干燥較快，但是內(nèi)部干燥速率較慢，干燥不均勻，需65 min才能順利制粉.

3 結(jié) 論

本文提出了一種熱氣流煤樣快速干燥方法，該方法是將干燥后的熱氣流通過煤樣，熱氣流與煤樣充分接觸進(jìn)行熱交換，將煤樣中的水分蒸發(fā)出來并隨氣流帶走，從而實(shí)現(xiàn)煤樣的快速干燥.通過與普通干燥箱干燥法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，采用熱氣流干燥法可有效對(duì)煤樣進(jìn)行干燥預(yù)處理，干燥效率高，且不影響煤樣本身化學(xué)特性，可有效應(yīng)用于煤炭化驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室干燥處理.

[1] 尹立群. 我國(guó)褐煤資源利用及其利用前景[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2004, 32(8): 12-14.

[2] 蔣 斌, 高俊榮, 賈世陽(yáng)，等. 褐煤干燥脫水技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 干燥技術(shù)與設(shè)備, 2011, 2: 64-68.

[3] 張振濤, 楊魯偉, 董艷華，等. 褐煤干燥脫水技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 煤質(zhì)技術(shù)，2010(6): 4-7.

[4] 林木松. 煤樣空氣干燥狀態(tài)對(duì)煤炭計(jì)價(jià)的重要性及分析的要求[J], 華東電力, 2000, 28(4): 62-63.

[5] 那來富, 溫前鋒, 溫瑞成, 于 濤. 煤樣不同干燥方式對(duì)化驗(yàn)指標(biāo)的影響[J]. 大觀周刊, 2012, 49: 136-137.

[6] 李興旺, 劉振德. 實(shí)驗(yàn)室空氣干燥煤樣方法探究[J]. 煤質(zhì)技術(shù)，2013(1): 42-45.

[7] 郭樹才. 煤化學(xué)工程[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1991.

[8] 潘永康, 王喜忠，劉相東. 現(xiàn)代干燥技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[9] 陶建紅. 褐煤千爆特性研究[J]. 潔凈煤技術(shù), 2010, 16(4):67-69 .

A Quick Drying Method of Coal Through Hot Gas

YANG Yun-long

(Guizhou Huachang Automobile Electrical Appliance Co., Ltd., Guiyang 550006, China)

Drying problem in the process of coal inspection always restricts the efficiency and result of coal quality detection.This paper introduces a drying method using by hot gas. The experiment proves that the method can quickly remove coal's external water and dry the laboratory coal. So it meets the requirements of sample preparation, and does not affect coal's characteristics.

coal; coal inspection; hot gas; drying

2014-11-04

楊勻龍(1971-)，男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械制造.

TH534+.2

B

1671-119X(2015)01-0034-03