注氮提高振動(dòng)混流干燥系統(tǒng)安全性的研究

趙陽(yáng)

[摘 要]針對(duì)韓家村選煤廠振動(dòng)混流干燥設(shè)備在試運(yùn)行過程中出現(xiàn)的干燥煙氣帶火星，干燥煤炭產(chǎn)生有害氣體，干燥器內(nèi)死角積煤等問題，提出用注氮?dú)獾姆椒ń档透稍锲鲀?nèi)氧氣濃度，從而杜絕自燃和爆炸的條件，提高振動(dòng)混流干燥系統(tǒng)的安全性。

[關(guān)鍵詞]自燃 爆炸 控制氧氣 注氮

中圖分類號(hào)：TQ53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）31-0007-01

前言

振動(dòng)混流干燥系統(tǒng)是一種低溫干燥系統(tǒng)，工作溫度在220℃左右，適于干燥揮發(fā)份析出點(diǎn)低、燃點(diǎn)低的低變質(zhì)程度煤炭。韓家村洗煤廠所屬煤類為不粘煤和長(zhǎng)焰煤，變質(zhì)程度為煙煤Ⅰ階段，變質(zhì)程度較低，適合采用振動(dòng)混流干燥系統(tǒng)進(jìn)行干燥提質(zhì)。但是通過試運(yùn)行振動(dòng)混流干燥系統(tǒng)暴露出一些問題，亟待解決。

一、振動(dòng)混流干燥系統(tǒng)韓廠試運(yùn)行出現(xiàn)的問題

振動(dòng)床混流干燥器設(shè)計(jì)干燥溫度為200℃，而進(jìn)行干燥的煨煤的燃點(diǎn)為278℃，一旦降溫不及時(shí)，導(dǎo)致溫度升高，會(huì)引起煤炭自燃，從而導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故。2010年12月6日熱態(tài)帶載試驗(yàn)時(shí)干燥器自燃發(fā)火，好在沒有引起爆炸。

分析其直接原因可知：由于干燥器內(nèi)滯留煨煤和積聚煨煤的存在，送往干燥器內(nèi)高溫?zé)犸L(fēng)極大地縮短煨煤的自燃發(fā)火時(shí)間。而火災(zāi)事故教訓(xùn)得知，進(jìn)入干燥器內(nèi)的熱風(fēng)（150～180℃）約1小時(shí)9分鐘可導(dǎo)致滯留或慢慢積聚的煨煤自燃引起煨煤燃燒。因此，高溫富氧下煨煤的自燃發(fā)火問題已成為目前的首要問題，必須得到徹底的解決，以防止由于自燃發(fā)火而引起的粉塵爆炸。

二、用注氮的方法防止自燃和爆炸

采取重慶院評(píng)估報(bào)告所提出的安全措施，采用惰化的方法控制干燥器、除塵器內(nèi)的氧含量在8%以下，使干燥系統(tǒng)內(nèi)不具有自燃和爆炸的條件，從而達(dá)到防止自燃和爆炸的目的。惰性氣體首選氮?dú)狻?/p>

（一）氮?dú)庵苽?/p>

目前國(guó)內(nèi)外，工業(yè)規(guī)模制氮有三類：即深冷空分制氮、變壓吸附制氮和膜分離制氮。

1。深冷空分制氮

它是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù)，已有九十余年的歷史，它的特點(diǎn)是產(chǎn)氣量大，產(chǎn)品氮純度高，無(wú)須再純化便可直接應(yīng)用于磁性材料，但它工藝流程復(fù)雜，占地面積大，基建費(fèi)用高，需專門的維修力量，操作人員較多，產(chǎn)氣慢（18～24h），它適宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，氮?dú)獬杀驹?.7元/m3左右。

2。變壓吸附制氮

變壓吸附制氮是以空氣為原料，用碳分子篩作吸附劑，利用碳分子篩對(duì)空氣中的氧和氮選擇吸附的特性制取氮?dú)狻?變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比，吸附分離是在常溫下進(jìn)行，開停方便，啟動(dòng)迅速，產(chǎn)氣快（一般在30min左右），能耗小，運(yùn)行成本低，自動(dòng)化程度高，操作維護(hù)方便，撬裝方便，無(wú)須專門基礎(chǔ)，產(chǎn)品氮純度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備緊湊，占地面積小，因設(shè)備少無(wú)需建專用廠房。

3。膜分離制氮

膜分離空分制氮是在一定的壓力下，利用氧和氮在中空纖維膜中的不同滲透速率來(lái)使氧、氮分離制取氮?dú)?。它與上述兩種制氮方法相比，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、體積更小、無(wú)切換閥門、操作維護(hù)也更為簡(jiǎn)便、產(chǎn)氣更快（3min以內(nèi)）、增容更方便等特點(diǎn)，但中空纖維膜對(duì)壓縮空氣清潔度要求更嚴(yán)，膜易老化而失效，難以修復(fù)，需要換新膜，膜分離制氮比較適合氮?dú)饧兌纫笤凇?8%左右的中小型用戶，此時(shí)具有最佳功能價(jià)格比；當(dāng)要求氮?dú)饧兌雀哂?8%時(shí)，它與同規(guī)格的變壓吸附制氮裝置相比，價(jià)格要高出30%左右。

（二）氮?dú)庵苽浞椒ㄟx擇

由于干燥器內(nèi)氧氣濃度降低，一氧化碳、甲烷等有害氣體的析出量會(huì)大大減少，所以經(jīng)過除塵后的干燥氣體應(yīng)比較純凈，可以循環(huán)利用，因此氮?dú)庀牧坎粫?huì)太大。經(jīng)過比較可知，深冷空氣制氮產(chǎn)量過大，超過了韓家村洗煤廠的用量，且前期投資較高，不適合選取。后兩種制氮方法在產(chǎn)量上比較適合，由于我廠所需氮?dú)鈱?duì)濃度要求不高，加之膜分離制氮更為方便快捷，操作維護(hù)方便，能耗更低，所以膜分離制氮為韓家村洗煤廠最佳選擇。

（三）氮?dú)獾挠昧?/p>

現(xiàn)熱風(fēng)爐為直接式熱風(fēng)爐，產(chǎn)生熱風(fēng)氧氣濃度高，不利于注氮降低干燥器內(nèi)氧氣含量，為節(jié)省氮?dú)庥昧浚瑧?yīng)采用間接式熱風(fēng)爐，通過間接式熱風(fēng)爐對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行加熱注入干燥器，干燥后煙氣通過除塵、除水循環(huán)利用。

干燥器的進(jìn)口熱風(fēng)量為278000m3/h，當(dāng)一氧化碳平均濃度為2mmp，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中氣體損失量為4%時(shí)，每小時(shí)應(yīng)注入氮?dú)?1120m3（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，100℃）。因氣體體積與溫度、壓力和濕度有關(guān)，為便于比較通常所說的體積流量是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度為0℃，壓力為0.101MPa，相對(duì)濕度為65%），根據(jù)PV/T=常數(shù)C，P1V1/T1=P2V2/T2，其中P1=P2=0.101MPa，因此，換算成標(biāo)準(zhǔn)體積流量為8139Nm3/h。需選用3臺(tái)3000Nm3/h的制氮機(jī)。

三、振動(dòng)混流干燥設(shè)備注氮可行性分析

自購(gòu)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)制取高純氮，雖然一次性投資較大，但運(yùn)行成本較低，由于所需氮?dú)鉂舛炔桓?，因此制氮成本?huì)更低，3000 Nm3/h的制氮機(jī)的功率為250kW，電費(fèi)按0.8元/kWh，經(jīng)過計(jì)算得可知耗電成本為0.07元/m3，加上配件消耗等成本，可以達(dá)到0.2元/m3，干燥系統(tǒng)小時(shí)處理量為200t，通過計(jì)算可知制氮噸煤成本為

Q=8139m3/h×0.2元/m3=1628元/h

Q噸= Q/200t =8.1元/th

其中 Q 為制氮小時(shí)成本

Q噸 為制氮小時(shí)噸煤成本

直接式熱風(fēng)爐的效率為95%，而間接式熱風(fēng)爐的效率為75%，直接式熱風(fēng)爐的燃煤量為5345kg/h，原料煤按300元/t計(jì)算，燃煤成本提高2.7元/th。

如果利用注氮的方法能使韓家村洗煤廠振動(dòng)混流干燥系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將精煤發(fā)熱量從4500 kcal/kg提高到5000 kcal/kg，除去8%的水分質(zhì)量損失，還能提高收入40.76元/th，再去除原干燥成本20元/th，燃煤成本提高的2.7元/th，注氮成本8.1元/th，可獲利9.96元/th。

四、結(jié)語(yǔ)

熱態(tài)帶載試驗(yàn)時(shí)，在干燥溫度為150℃、煤流量為160t/h時(shí)，干燥效果僅為全水脫掉2%左右，發(fā)熱量提高100kCal/kg。可見振動(dòng)混流設(shè)備的安全問題制約了其發(fā)揮出更大的效果，實(shí)施注氮法能夠保證振動(dòng)混流干燥器內(nèi)不會(huì)發(fā)生自然或爆炸，為韓家村選煤廠對(duì)振動(dòng)混流干燥系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)試提供了保證，技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理，是提高振動(dòng)混流干燥設(shè)備適應(yīng)性的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

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