煤泥低溫干燥新工藝探討

趙志堅(jiān)，史　昱，何明威（河北諾達(dá)化工設(shè)備有限公司，河北石家莊050035）

化工裝備與設(shè)計(jì)

煤泥低溫干燥新工藝探討

趙志堅(jiān)，史昱，何明威
（河北諾達(dá)化工設(shè)備有限公司，河北石家莊050035）

傳統(tǒng)的煤泥干燥設(shè)備采用回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)，主要以對(duì)流傳熱的方式干燥，傳熱效率低，對(duì)傳熱介質(zhì)的溫度要求很高，屬于高溫干燥，設(shè)備一次性投資大、占地面積大。介紹了一種煤泥干燥新工藝，以熱傳導(dǎo)為主、對(duì)流傳熱為輔。主要介紹了空心槳葉式干燥機(jī)的性能、特點(diǎn)、工作原理、結(jié)構(gòu)及其在煤泥行業(yè)的應(yīng)用，屬于低溫?cái)嚢栊透稍镌O(shè)備。

回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)；空心槳葉式干燥機(jī)；煤泥；干燥

煤泥泛指煤粉含水形成的半固體物，是煤炭生產(chǎn)以及洗、選煤過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)品，具有高水分、高黏性、強(qiáng)力持水性和低熱值等特點(diǎn)。煤泥產(chǎn)生的途徑大致有以下幾種：1）煉焦煤選煤廠(chǎng)的浮選尾煤；2）煤水混合物產(chǎn)出的煤泥；3）礦井排水夾帶的煤泥、矸石山澆水沖刷下來(lái)的煤泥。不同途徑產(chǎn)生的煤泥其性質(zhì)不同，利用性差別也較大。

工業(yè)利用的煤泥含水率愈低愈好。煤泥干燥設(shè)備可將煤泥干燥回收，干燥煤泥可增值為商品動(dòng)力燃煤，可以單獨(dú)銷(xiāo)售或者與中煤（混煤）摻配銷(xiāo)往熱力電廠(chǎng)，達(dá)到節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的目的。

目前煤泥干燥設(shè)備大部分采用回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)?；剞D(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)是主體略帶傾斜并可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的圓筒體，濕物料由加料機(jī)送入圓筒內(nèi)，在抄板的翻動(dòng)下物料在干燥器內(nèi)均勻分布和分散并與通過(guò)筒內(nèi)的熱風(fēng)（并流或逆流）接觸，從而達(dá)到干燥目的。該設(shè)備缺點(diǎn)：1）干燥空氣溫度在500℃左右，如果沒(méi)有合適的煙道氣或廢熱源，需要額外的熱風(fēng)爐熱源，一次性投資較大、能耗較高、首次投入資金較多；2）由于設(shè)備龐大，安裝、拆卸都十分不方便，占地面積較大；3）熱容量偏小，熱效率普遍不高；4）物料在筒體內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，而且停留時(shí)間差異很大；5）不適于對(duì)溫度有嚴(yán)格要求的物料，因?yàn)闊嵩礈囟容^高，烘干高揮發(fā)分、高熱值的煤泥時(shí)有造成煤粉爆炸的危險(xiǎn)。鑒于以上原因，河北諾達(dá)化工設(shè)備有限公司考慮采用空心槳葉式干燥機(jī)作為煤泥低溫干燥的主要設(shè)備，并實(shí)施了成功案例。

1　工藝流程及設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1干燥工藝流程

空心槳葉式干燥機(jī)［1］干燥工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　空心槳葉式干燥機(jī)干燥工藝流程圖

整個(gè)系統(tǒng)由加料系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)及輸送系統(tǒng)組成。濕物料由螺旋輸送機(jī)輸入空心槳葉式干燥機(jī)，在槳葉、夾套的加熱和推擠作用下逐漸干燥并向出口端移動(dòng)，最后從出口端輸出并由皮帶輸送機(jī)送至下一工序，整個(gè)干燥過(guò)程密閉操作。從物料中釋放出的水蒸氣在由蒸汽加熱器加熱后的熱空氣的攜帶下從排濕口排出，含有固體顆粒的氣體經(jīng)由除塵器分離，干凈的氣體經(jīng)由引風(fēng)機(jī)引出。

1.2設(shè)備簡(jiǎn)述

空心槳葉式干燥機(jī)是以熱傳導(dǎo)［2］為主的臥式攪拌型干燥機(jī)，主體結(jié)構(gòu)由帶有夾套的W型殼體、內(nèi)置的對(duì)稱(chēng)低速回轉(zhuǎn)空心軸、驅(qū)動(dòng)裝置和熱源組成。軸上布有對(duì)稱(chēng)的楔形槳葉，機(jī)身包括夾套、軸和葉片都通有熱載體，同時(shí)對(duì)物料進(jìn)行加熱，傳熱密度大。軸一般是成對(duì)的，2根或者4根。軸上的空心葉片大部分設(shè)置成楔型，邊上附有輔助葉片，與筒體夾套的距離非常近，能夠增加攪拌強(qiáng)度以及消除筒體內(nèi)的傳熱死角?？招臉~式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　空心槳葉式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

濕物料從設(shè)在空心槳葉式干燥機(jī)一端頂蓋上的螺旋輸送機(jī)將物料定量加入干燥器內(nèi)，在輸送軸傳動(dòng)下將物料干燥并輸送至出料端。在兩軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，葉片上揚(yáng)時(shí)帶動(dòng)筒體底部物料翻轉(zhuǎn)，從兩軸中間落下掉到筒體底部，物料不停翻轉(zhuǎn)并與殼體和楔形槳葉傳熱面接觸，外殼夾套和干燥輸送軸內(nèi)通入加熱介質(zhì)。熱風(fēng)從干燥機(jī)出料端上部送入，通過(guò)呈攪拌狀態(tài)物料層表面，從進(jìn)料端上部排出。在飽和蒸汽或?qū)嵊偷拈g接加熱以及熱風(fēng)的直接加熱下，物料中的水分被蒸發(fā)掉，使物料變得松散和易輸送，達(dá)到物料的含濕量要求，在干燥器出料端底部的排料口經(jīng)由皮帶輸送機(jī)排出。根據(jù)被干燥物料的產(chǎn)量、物化性質(zhì)、初始及最終含水量，確定干燥面積。

空心槳葉式干燥機(jī)是一種以熱傳導(dǎo)為主的臥式攪拌型連續(xù)干燥［3-4］設(shè)備，內(nèi)部設(shè)置各種結(jié)構(gòu)和形狀的槳葉，物料在攪拌槳葉翻動(dòng)和擠壓下不斷地與干燥器的傳熱壁面和熱載體接觸，連續(xù)受熱使?jié)穹终舭l(fā)，達(dá)到干燥目的。由于該設(shè)備干燥所需熱量依靠熱傳導(dǎo)間接加熱，因此干燥過(guò)程不需或只需少量氣體帶走水分，極大地減少了被氣體帶走的熱量損失，提高了熱量的利用率?？諝鈽~式干燥機(jī)適合顆粒狀及粉末狀物料的干燥，對(duì)高黏度的物料也能干燥。

1.3空心槳葉式干燥機(jī)優(yōu)勢(shì)

1）干燥物料所需熱量主要由排列在空心軸上的許多空心槳葉壁面提供，而夾套壁面及空心軸外表面只占少部分，所以設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、單位容積傳熱面積大、占地面積小，可節(jié)省基建投資。

2）典型傳導(dǎo)式干燥，傳導(dǎo)系數(shù)大、傳熱效率高。固體物料自身沒(méi)有流動(dòng)性，在干燥器內(nèi)固體物料的移動(dòng)完全依靠槳葉推動(dòng)和自身重力的聯(lián)合作用。物料從一端加入，從另一端排出，可減少返混，使物料停留時(shí)間分布變窄，有利于物料干燥均勻。干燥所需熱量由夾套、槳葉及空心軸表面提供，屬于傳導(dǎo)式干燥，減少了用氣體加熱時(shí)被出口氣體帶走的熱量損失，提高了熱量利用率。物料蒸發(fā)出的水分可用或僅用少量的熱風(fēng)帶走。

3）干燥物料所需熱量全部由楔形槳葉和夾套供給，可補(bǔ)充少量熱空氣降低排氣濕度，用氣量少、流速低、產(chǎn)生的粉塵少，帶走的粉塵回收方便、回收設(shè)備簡(jiǎn)單、尾氣易處理；同時(shí)在干燥過(guò)程中熱風(fēng)帶走的熱量較少，熱量利用率可達(dá)80%～90%。

4）楔形槳葉具有自清潔能力。由于槳葉結(jié)構(gòu)特殊，使附著于加熱面上的物料在槳葉和顆粒或粉末層的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生分散力自動(dòng)清除，使槳葉保持高效的傳熱功能。另外由于兩軸槳葉反向旋轉(zhuǎn)，交替地壓縮（兩軸槳葉斜面相距最近時(shí)）和膨脹（兩軸槳葉斜面相距最遠(yuǎn)時(shí)）斜面上的物料，使傳熱面附近的物料被激烈地?cái)噭?dòng)，提高了傳熱效果。槳葉對(duì)黏性較高的膏狀物料也適用。

5）能處理含水量高、黏度較大的物料。干燥器內(nèi)設(shè)溢流堰，可根據(jù)物料性質(zhì)和干燥條件改變溢流堰高度。物料滯留時(shí)間可調(diào)，對(duì)于易干燥和不易干燥的物料均適用。物料在干燥機(jī)內(nèi)從進(jìn)料口向出料口呈活塞流流動(dòng)，停留時(shí)間分布很窄，產(chǎn)品干燥均勻。

6）熱源溫度較低，飽和蒸汽或?qū)嵊徒钥桑瑢儆诘蜏貍鲗?dǎo)加熱，有廢氣熱源的單位生產(chǎn)成本更低。

7）干燥過(guò)程中所有物料都處在不斷翻滾—壓縮—膨脹運(yùn)動(dòng)中，受熱均勻，產(chǎn)品含濕量均勻。

8）槳葉排布形式最大化地減小了電流的不穩(wěn)定性，保證了連續(xù)生產(chǎn)。

9）單位體積換熱面積高于回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。

空心槳葉式干燥機(jī)在煤泥行業(yè)應(yīng)用成功案例。

1）山東某公司煤泥干燥項(xiàng)目。濕物料流量為9 t/h，干物料流量為8 t/h，初始含濕量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為25%，最終含濕量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為15%，物料初始溫度為20℃，干燥溫度為80℃，蒸發(fā)水量為1 t/h。根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果，選用120 m2雙槳葉干燥機(jī) 1臺(tái)，生產(chǎn)能力為8 t/h，熱源采用飽和蒸汽，工作壓力為0.6 MPa，工作溫度為270℃。與介質(zhì)接觸表面材質(zhì)為碳鋼。2012年設(shè)備投運(yùn)后至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常，達(dá)到了設(shè)計(jì)能力。經(jīng)測(cè)算，噸煤消耗蒸汽為0.2 t、電耗為47 520 kJ，熱效率為60%以上。

2）山西某公司煤泥干燥項(xiàng)目。濕物料流量為20 t/h，干物料流量為17.4 t/h，初始含濕量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為26%，最終含濕量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為15%，物料初始溫度為20℃，干燥溫度為80℃，蒸發(fā)水量為2.6 t/h。根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果，選用120 m2雙槳葉干燥機(jī)3臺(tái)，生產(chǎn)能力為17.4 t/h，熱源采用飽和蒸汽，工作壓力為0.6 MPa，工作溫度為180℃。與介質(zhì)接觸表面材質(zhì)為碳鋼。2013年設(shè)備投運(yùn)后至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常，達(dá)到了設(shè)計(jì)能力。經(jīng)測(cè)算，噸煤消耗蒸汽為0.24t、電耗為65 544 kJ，熱效率為60%以上。

以上兩例中，由于物料在設(shè)備中處于不斷的運(yùn)動(dòng)中，且熱源溫度低，因此物料干燥均勻，無(wú)結(jié)壁現(xiàn)象，生產(chǎn)平穩(wěn)。

實(shí)踐證明，以空心槳葉式干燥機(jī)作為煤泥低溫干燥設(shè)備，具有占地面積小、運(yùn)行平穩(wěn)、成品含濕量穩(wěn)定、易于操作等特點(diǎn)，取得了顯著的節(jié)能效果，并且由于避免了高溫?zé)煹罋獾氖褂?，安全性也大大提高?/p>

2　結(jié)束語(yǔ)

將低溫?zé)醾鲗?dǎo)設(shè)備用于煤泥干燥取得了較好的干燥效果及經(jīng)濟(jì)效益。相對(duì)于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)，空心槳葉式干燥機(jī)具有操作彈性大、物料停留時(shí)間可調(diào)、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、設(shè)備緊湊、占地面積小、熱傳導(dǎo)系數(shù)高、投資少等特點(diǎn)，是節(jié)能型設(shè)備。

［1］時(shí)鈞，汪家鼎，余國(guó)琮，等.化學(xué)工程手冊(cè)（上卷）［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.

［2］劉廣文.干燥設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. ［3］徐幫學(xué).最新干燥技術(shù)工藝與干燥設(shè)備選型及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)［M］.合肥：安徽文化音像出版社，2003.

［4］于才淵，王寶和，王喜忠.干燥裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

聯(lián)系方式：zjzhao666@126.com

Research on new process technology of low temperature drying coal slime

Zhao Zhijian，Shi Yu，He Mingwei
（Hebei Nuoda Chemical Equipment Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050035，China）

Traditional coal slime drying equipment is rotary drum dryer，which is mainly in the form of convective heat transfer of drying.It is characterized of low thermal efficiency，high requirement to the convective medium temperature，which belongs to the high temperature drying，high one-time investment and large covers of area.A new technology for coal slime drying，which gives priority to heat conduction and takes convection heat transfer as complement，was introduced.The performance，characteristics，working principle，and structure of hollow blade type dryer were introduced.And its application in the coal slime industry was also reviewed.The equipment belongs to the low temperature mixing type drying equipment.

rotary cylinder dryer；hollow blade dryer；coal slime；drying

TQ058.1

A

1006-4990（2016）03-0069-03

2015-09-12

趙志堅(jiān)（1980—），男，學(xué)士，工程師，主要從事化工機(jī)械方面的研究。