旋翼式煤泥干燥设备在平舒矿的应用

1、旋翼式煤泥干燥设备在平舒矿的应用胡楠阳泉煤业（集团）有限责任公司摘要：对比分析了旋翼式和滚筒式干燥工艺的特点;旋翼式煤泥干燥成套设备具有造价 低、体积小等特点，并且可以直接利用矿井瓦斯做燃料，提高瓦斯利用率;在平 舒矿选煤厂应用后，实现了对煤泥的高效清洁利用，创造了良好的经济效益、社 会效益和环境效益。关键词：选煤厂;煤泥干燥系统;旋翼式干燥机;效益分析;作者简介：胡楠（1980）,男，北京人，2014年毕业于中国矿业大学信电学 院电气工程专业，工程硕士，阳泉煤业（集团）有限责任公司选煤屮心综合管 理部部长助理，工程师。收稿日期：2017-09-21received： 2017-09-21随着

2、我国煤炭开采产量和原煤入洗率的增加，煤泥产量也在逐年增加。因此，及 时、有效、经济地解决选煤厂煤泥回收和利用问题，对于保护环境、保障生产、 节约能源、提高效益等诸多方而均具有重要意义。煤泥是煤炭生产过程中的副产 品，经过压滤的煤泥水分一般为22%28%ih，根据品种和形成机理的不同，其 性质差别非常大，可利用性也有较大差别。发展煤泥综合利用，是建设资源节约 型、环境友好型矿区的重要措施和必要手段，是发展矿区清洁生产和循环经济， 实现资源化、减量化、再利用的基本方法。通常煤泥的利用方式是发电，由于煤 泥的热值低、又不利于长途运输，所以只能考虑在煤矿周边进行就地转化，建设 坑口电站。这不仅对煤矿周

3、边环境要求较严格、而且建设造价也高，因此无法实 现大规模利用。近年来，煤泥干燥技术的不断发展为煤泥的综合利用开辟了新的途径。煤泥是原 煤经过洗选后粒度在0.5 mm以下的一种副产品宜。由于煤泥具有高水分、高粘 性、高灰分、低热值、遇风飞扬、遇水流失等特点，因此必须通过干燥来提升其 热值3。1平舒矿煤泥处理需求 平舒选煤厂属于矿井型选煤厂，入洗8号煤和15号煤，原煤处理量5.0 mt/ao 原煤通过13 mm原煤筛分级，大于13 mm的原煤经跳汰洗选，生产块精煤产品； 小于13 him筛下物经洗选加工后，根据市场要求，生产精煤、块精煤和末煤产品。 洗选过程产生的粗煤泥经过脱水后，混入精煤或末煤产

4、品销售。细煤泥就地进行 民用销售，不仅价格低廉，而且还极易造成环境污染。2015年以后，15号煤全 部入洗，按照煤泥产率11%测算，当矿井能力达到500万t时，每年煤泥产量达 到65万t以上。近年来环保政策日趋严格，再加上煤炭市场逐渐回暖，要求管理者在改变煤泥 利用的思路上多做文章，提升产品价值。为此，平舒选煤厂决定建设煤泥干燥系 统，将煤泥干燥后，掺入末煤销售，不仅可以很好地利用煤泥，还能进一步提 升经济效益。传统的煤泥干燥工艺仍沿用高温干燥技术，主要优势在于技术相对成熟，工艺 性能可靠。这种干燥技术都是通过外围热源，利用热交换，在热源与煤泥接触的 过程屮，完成水分蒸发，从而使煤泥得到干燥。

5、为了找到更适合平舒选煤厂煤泥现状的干燥工艺，相关人员经过实地考察、调研, 对滚筒式干燥工艺和旋翼式强制流态化干燥工艺效果进行了客观详细的比较。2高温干燥技术工艺对比煤泥干燥技术种类较多，对应的干燥设备也纷繁多样，每种设备都有其特点。但 是，针对一个特定的用户现场，应该有一种最合理的方案來解决煤泥的干燥问 题。如何选择最合理的方案是有一定原则可遵循的匕1。2.1热利用率对比采用燃烧瓦斯为供热源，在处理100 t/h湿煤泥的情况下进行对比：(1) 旋翼式强制流态化干燥工艺瓦斯用量为1 846 m/h,折合吨煤瓦斯消耗量为1& 46 ni。按瓦斯0. 4元/ni核算，则瓦斯消耗成本是7. 6

6、元/t湿煤泥。(2) 滚筒式干燥工艺瓦斯用量为5 050 m/h,折合吨煤瓦斯消耗量为50.50 m,因 此瓦斯消耗成木是20. 2元/t湿煤泥。2.2电耗对比旋翼式强制流态化干燥工艺设备少、环节较简单，总装机功率为600700 k w, 运行功率为300350 k w,按照电费0.75元/ (k w h)计算，电耗成本为 2.252 63 元/t。滚筒式干燥给料工艺设备较多，环节较为繁琐，总装机功率为800900 k w,运 行功率为600650 k w,则电耗成本为4. 504. 88元/-2.3干燥后产品水分可控性对比旋翼式强制流态化干燥系统可实现对出料端产品水分的有效控制。产品水分降至

7、 13%后，可根据用户需求继续降低。滚筒式干燥系统产甜水分指标极限为13%左右，产品水分可控范围小。2.4干燥后产品粒度对比旋翼式强制流态化干燥系统产品多为粉末状固，粒度可保持在1. 53 mm,不改 变煤泥的粒度组成，可直接掺入电煤后销售，容易满足市场用户需求。滚筒式干燥系统产品多为煤球状，球状颗粒粒度在13 mm左右，改变了煤泥产品 的粒度组成。2.5设备投资对比在同等处理能力下，旋翼式强制流态化干燥系统与滚筒式干燥系统设备总投资 均为1 000万元（不含安装费、外围配套工程费用）。2.6干燥厂房占地面积对比旋翼式强制流态化干燥系统厂房占地面积约为400 mo滚筒式干燥系统干燥厂房 占地面

8、积约为700 nio2.7小结通过以上对比，旋翼强制流态化干燥工艺具有以下技术优势和显著特点。一是处 理能力大。传统的滚筒式干燥设备由于受滚筒育径的制约，处理能力提升受到影 响，该工艺可通过调节干燥机炉腔容积来提升处理量，口工艺结构紧凑，占地 面积小。二是对给料的适应范围广。可完全处理高水分、高粘度物料，甚至是对 流态化物料的处理更是达到了入料水分无上限的要求，且产品水分可调控性强。 三是干燥产品的掺配性高。该工艺突破了传统工艺产品呈球状的弊病，保持了产 品的原牛粒度，干燥产品作为掺配物可根据不同品种煤的质量指标要求，实现 与多品种煤进行掺配销售。四是节能低耗。该工艺的干燥机机体为固定方式，有

9、 利于绝热处理，物料在干燥机炉腔内呈弥散状，且处于连续高频破碎工作状态， 能够充分实现质热交换，热利用率非常高，同时克服了传统工艺存在的由于滚 筒转动不利于隔热保温、物料在滚筒内呈球状与热源不能均匀接触、热利用率低 的弊端。因此，采用旋翼强制流态化干燥工艺经济效益显著。平舒矿属于高瓦斯矿井，瓦斯资源丰富，可以提供可靠、稳定热源。此外，受场 地因素影响，新建项口必须尽可能少占用空间。通过多方考察，实地调研、论证, 平舒矿选择了旋翼式煤泥干燥技术。3系统设计及关键设备3. 1工艺流程干燥系统工艺流程如图1所示。压滤车间脱水后的煤泥滤饼经381号转载刮板输 送机、900号煤泥胶带输送机运至煤泥入料缓

10、冲仓内，再通过仓下的901号螺旋 给料输送机均匀稳定地给入902号干燥机，在干燥机内完成质热交换干燥过程 后，干燥后的物料分别通过干燥机下部的903号闭风排料器和旋风收料器排出， 再经过904号产品胶带输送机，通过返煤系统注入产品装车仓贮存。干燥机的热源由燃气热风炉提供，采用瓦斯供热方式。瓦斯利用为阳煤集团重点 推进项目，一方面节约了成木，另一方面减少了外排瓦斯，也减少了对环境的 污染。该热风炉配有瓦斯净化、调压装置、自动点火系统、电动调风系统，供热 系统采用全自动控制。并做绝热保温处理，以减少热量损失。热风炉燃烧用风由 908号鼓风机提供，高温热风在906号引风机产生的负压作用下，由热风炉经

11、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。图1干燥系统工艺流程 下载原图3. 2旋翼式强制流态化干燥机工作原理旋翼式干燥工艺的核心设备是旋翼式强制流态化干燥机和燃气直火热风炉，其 干燥原理如图2所示。平舒矿采用的是wjg-10000型旋翼式强制流态化干燥机。 这种干燥机在中、高温(3001 000°c)和物料高弥散状态下工作，设备体积小， 质热交换充分，干燥效率高回。湿煤泥首先给入大容量的湿煤缓冲仓内，再由 给料机均匀稳定地

12、输入干燥机，在干燥机底部两个相向旋转的旋翼作用下，湿 煤泥被抛掷在干燥腔内，高温热风在引风机的负压作用下沿水平方向呈波式紊 流，物料在气流和重力的作用下在干燥腔内做往复式螺旋运动，弥散的物料与 热风充分接触换热。在抛掷过程中破解了湿煤泥的粘度和加热后产生的固聚性， 从而使湿煤泥在干燥机腔内充分弥散。同时在干燥机的尾端嵌入了气流干燥工艺, 以强化湿煤泥与热风的换热效果，使尾气余热得以进一步利用。物料在气流作用 下被强制带出干燥机腔后，在离心式收料器的作用下实现气固分离。图2干燥机工作原理下载原图 旋翼式强制流态化干燥机改变了传统物料贴壁式传热方式，采用抛掷式物料干 燥+气流干燥方式。在干燥过程中

13、，克服了以往自然流动不破碎的弊端，干燥后 的产甜呈原粒度的颗粒状或粉状，因而可以直接掺入末煤销售，简便经济。旋翼式强制流态化干燥机的干燥分为升温干燥段、恒速干燥段和降速干燥段，分 别在3个工作腔内完成。在干燥机中，热量与物料之间经过对流过程、传导过程、 辐射过程，使湿煤泥含水率降至15%,完成了对煤泥的干燥。3. 3燃气直火热风炉燃气直火热风炉是旋翼式干燥系统的热源，也是该系统的重要设备之一。在设计 之初，经过测算本项目所需热能37. 62 gj/h,燃料来自平舒矿瓦斯，其浓度为 35%,热值为 35%/95%x35. 95mj/m=13. 24 mj/m （备注：35%为煤气（瓦斯）浓度、

14、95%为天然气瓦斯浓度、35. 95 mj/m为天然气热值），干燥所需煤气量（瓦斯） 为:q=37620町/h/13. 24 mj/m/90%二3 157 m/ho现有矿井条件可以满足瓦斯需求 量，旋翼式干燥工艺中的燃气直火热风炉也与之得到了匹配。燃气直火热风炉是高效的洁净燃烧系统，分为气化室、燃烧室、储热室3部分。 燃烧的热值得以充分释放，提供出稳定的工业火焰，确保产牛足够的热量，并 证出口温度在1 100°c，满足干燥机系统对热能的要求。燃气直火热风炉采用自主设计的二段多孔配风炉型与德国产奥林气体燃烧设备。 这套设备自带瓦斯净化、调压装置，自动点火系统，电动调风装置，且全过程采

15、用全自动控制。做绝热保温处理，以减少热量损失。采用瓦斯燃烧，配套tfrf-q 型二段多孔配风直火热风炉。瓦斯通过燃烧，产生高温烟气，冷空气由进风口进 入风道，与高温烟气混合送入干燥机供热，烟气温度与燃烧器的燃料燃烧流量 连锁控制。高瓦斯矿井应用这一干燥工艺更有着得天独厚的资源优势。4旋翼式干燥工艺系统特点旋翼式干燥工艺成套系统中设有大容量的湿煤泥缓冲仓，可以有效解决上游作 业的牛产不均衡性与干燥系统需要持续稳定供料的矛盾，以使系统保持良好工 况，关键技术为干燥机体采用特殊材料进行了绝热处理，克服了传统滚筒式工 艺存在的绝热效果差、热损耗高的弊端;对高水分、高粘度物料可完全处理，对 流态化物料的

16、处理更是达到了水分无上限的要求，且出料产品水分的可调控性 强。旋翼式干燥器釆用三圆结构，通过旋翼的机械运动强制弥散湿煤泥，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，强化湿煤泥与热风的传热 传质效果也。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。在旋翼式干燥成套设备中采用瓦斯燃气炉提供热源，由湿泥缓冲仓来保障入料 的缓冲和均匀给入，通过旋翼式机械作用与气流干燥相结合的流态化干燥的技 术路线和流程。瓦斯燃气炉是本系统中的热源，也是本系统中重要设备之一。来 自山西平舒煤业有限公司的瓦斯通过燃烧器燃烧产生高温，冷空气由进风口进 入

17、风道，与高温空气混合，被迅速加热，最后由热空气出口排出，热空气温度 与燃烧器连锁控制。可满足干燥机系统对热能的要求。系统设计中考虑到物料输送的连续性和稳定性，将煤泥缓冲仓设计成类似龟肚 子的形状，这样的仓体设计，可以适应包括板框压滤煤泥在内的各种煤泥的贮 存和输送，可有效解决压滤生产的不均衡性与干燥环节的矛盾。安装在给料端的 探测装置可以实时监控对干燥机的给料情况，并通过plc与热风炉鼓风机、安全 阀门等安全设备连锁，提升了系统的整体安全性。系统热效率高。干燥炉腔内采用特殊耐高温材料达到了非常好的绝热处理，热损 耗低。同时特有的旋翼式设计使湿煤泥强制弥散，并处于高频率连续破碎状态。 旋翼轴根据

18、轴向热力场和机械荷载的分布，采用不同合金材质锻造而成，以保 证其在800°c温度环境下24 h连续工作时应力分布均匀，高温下保证其连续工 作不变形。采用机械抛掷与负压气流干燥联合脱水工艺，充分利用热能，最大程 丿艾地提高热能利用率。设备结构紧凑，占地面积小，核心换热设备体积是同规格传统设备的l/2o整套 系统布局更趋合理。5应用效果(1) 实现产甜的全而升值。本项目设计处理能力为65万t/a, 123 t/h,完全可 以满足平舒公司生产要求。(2) 实现掺配提质的目的。经干燥处理后，煤泥产品平均发热量可达 21.73622.572 k j/g,水分降至10%左右，配入末煤中可以提升末煤质量，并 且可使掺配后的末煤水分完全达标。(3) 瓦斯综合利用率提高。项目实施后，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%,平舒矿井瓦斯总利用率可达到62. 84%o(4) 经济效益十分明显。按照当前市场可比价格测算，投产后干燥运行成木为2& 47元/i (包括水、电、暖、瓦斯、人工等全部运行费用)，煤泥干燥产率为 85%o按照年产煤泥45万t测算，全年净利润为4