型煤干燥設備結構設計與分析

于新奇 韓偉信 魏青 劉慶剛

摘要：針對型煤干燥過程能源利用效率低、粉塵污染嚴重等問題，設計開發了一套通過在煤層下方鋪設導熱油管提供熱量，并利用余熱回收裝置提高能源利用效率的型煤干燥裝置。介紹了型煤干燥設備的總體結構，并對該裝置的導熱油爐、干燥室、余熱利用裝置3部分進行了結構分析，其中干燥室內鋪設多層導熱油管以逐步加熱煤層和空氣，從而能夠在較小的風速條件下實現型煤的高效率干燥。通過結構分析和企業應用情況反饋表明，在保持相同干燥效率條件下，與不采用換熱排管的裝置相比，本裝置在干燥過程中型煤幾乎沒有破損，干燥風速降低30%以上，單產能量消耗降低超過10%。因此，所設計的裝置可以顯著提高型煤成品率，降低粉塵污染，提高能量利用效率，降低企業生產成本，有助于型煤的推廣利用。

關鍵詞：機械設計其他學科;型煤干燥;鏈板輸送;導熱油;余熱利用

中圖分類號：TK173文獻標志碼：A

doi：10.7535/hbgykj.2019yx03008

文章編號：1008-1534（2019）03-0196-04

中國是煤炭生產和消費大國，每年要燃燒幾十億噸的煤炭，其中一半左右為散煤直接燃燒，能源利用效率低，造成了嚴重的環境問題[1-4]。試驗研究表明，與散煤相比，型煤燃燒可以提高能源利用效率20%以上，煙塵排放量可減少超過89%，氮氧化物減少60%，SO2減少50%，是節約能源、提高能源利用率、提高經濟效益的有效途徑[5-7]。工業爐窯使用型煤代替散煤，節煤和環保效果更加顯著[8]。型煤生產工藝簡單，成本低廉，管理方便，應用前景廣闊。然而，在型煤干燥方面，目前國內型煤干燥設備主要有隧道式干燥器、鏈式干燥器和直立式干燥器3種干燥裝置，干燥介質多為熱空氣和煙氣，效率低且溫度不易控制，型煤易自燃[9-13];為了提高干燥效率，需要使用大功率風機，產生大量粉塵，既耗能又污染環境[14-16]。為降低型煤干燥過程中耗能和污染的問題，設計了一種節能新型型煤干燥設備，利用加熱的導熱油對型煤進行干燥，通過導熱油爐控制導熱油溫，實現溫度的準確控制，防止型煤自燃。該設備能夠有效提高型煤成型率，降低熱量消耗和環境污染，對于型煤的推廣利用具有明顯的促進意義。

1型煤干燥設備的總體結構

新型型煤干燥設備及整體干燥工藝流程如圖1所示。型煤干燥設備主要包括3部分：導熱油爐，干燥室和余熱利用裝置。導熱油爐主要加熱導熱油，為干燥型煤提供熱源;干燥室內布置雙鏈板式型煤輸送裝置，導熱油排管置于鏈板輸送裝置之下;余熱利用裝置利用從干燥室排出的廢氣，對新空氣進行加熱。

導熱油爐加熱后的導熱油，經循環泵進入干燥室內的導熱油排管，使其與廢氣進行換熱，同時，在兩者共同作用下對輸送裝置上的型煤進行干燥。干燥結束后的導熱油回流至導熱油爐中，如此反復循環持續對型煤進行干燥。從干燥室排出的廢氣由引風機引入余熱利用裝置，與新空氣換熱后最終由排出口排出。加熱后的新鮮空氣以較小的流速引入干燥室內，帶走干燥室產生的水蒸氣，提高型煤的成型質量。

2干燥室結構分析

干燥室是整個工藝流程的關鍵裝置，如圖1所示。型煤通過進料口1落在鏈板式輸送裝置的承載鏈板4上，承載鏈板4借助軸8的轉動在起支撐作用的水平導軌上運動，當承載鏈板運動到V形落料區域時，型煤滾落至下一層的承載鏈板上。V形落料結構能保證型煤持續落下，最終從出料口離開。

輸送裝置主要包括軸、鏈輪、承載鏈板和導向滑軌。承載區、翻轉區和V形落料區組成物料輸送區，如圖2所示，本設備設計的V形落料結構可防止型煤在下落時由于速度過快而碎裂，提高型煤成品合格率。設計的圓弧滑軌可保證承載鏈板平穩翻轉，降低磨損，提高承載鏈板的使用壽命。

承載鏈板結構由柵條、邊框、支撐鏈板輪和鏈條軸組成，如圖3所示。柵條在邊框內自支撐鏈板輪端由高到低均勻間隔焊接，減緩落料時型煤的下落速度，防止成型型煤破碎。

導熱油排管結構包括進油口、出油口、兩端封閉的橫管和換熱排管，如圖4所示。傾斜布置的導熱油排管進油口低于出油口，當循環泵停止工作時，導熱油可自動從導熱油排管中回流至導熱油爐繼續加熱，降低運行成本。

通過在型煤干燥企業試驗測試本裝置的性能，發現在保持相同干燥效率的條件下，本裝置比不采用換熱排管的裝置可以降低干燥風速30%;由于引入了V形落料結構，型煤在下落過程中幾乎沒有損壞，提高了產品質量和市場競爭力。

3導熱油爐結構分析

導熱油爐又稱有機熱載體爐。一般以煤、油、汽為燃料，可以通過熱載體將熱送給用熱設備，冷卻后的熱載體重新進入爐內加熱。導熱油爐可在低壓條件下獲得較高的工作溫度，也可以精確控制熱載體的運行[17-18]。

本設計選用臥式鏈條爐排導熱油爐。導熱油爐主體使用管架式結構，內部安裝蛇形管和門型管;采用鏈條爐排結構，自動添加燃料;設有除渣裝置，保證燃料充分燃燒[19]。

4余熱利用裝置結構分析

傳統干燥設備并沒有設置余熱利用裝置，直接將從干燥室排出的含蒸汽氣體排放到大氣，浪費大量熱能，造成損失。該設備設有余熱利用裝置，如圖5所示。可利用從干燥室排出的蒸汽熱量對進入干燥室的新空氣預熱，減少熱量的損失，提高能量利用率。

通過引入余熱利用裝置，單位產量的能量消耗降低了10%，降低了生產成本，提高了企業的市場競爭力。

5結語

針對型煤干燥中存在的主要問題，開發了一套由導熱油爐、干燥室、余熱利用裝置3個主要部分組成的型煤干燥裝置。該裝置采用了V型落料結構，并在型煤層下方鋪設了導熱油管對干燥用空氣進行再加熱，設置了能量回收裝置預熱進入干燥室的新鮮空氣，大大提高了型煤的產品質量，降低了成本，對于型煤干燥工藝改進和技術推廣具有明顯的意義。通過對裝置的結構分析和技術測試，得出主要結論如下。

1）型煤干燥設備采用雙鏈板式輸送結構及V型落料結構，避免了型煤下落過程中的損壞。裝置的生產實踐檢測表明，采用該裝置后，型煤在下落過程中幾乎沒有損壞，大大提高了型煤成品的合格率。

2）在型煤層下方設置了導熱油管，對空氣進行再加熱，從而降低了型煤干燥過程中所需的風速;測試表明，在相同干燥效率條件下，該裝置能夠降低干燥風速30%以上，明顯降低了粉塵污染，減少了型煤損壞。

3）通過設置余熱回收裝置，提高了能源利用效率，單位產量的能量消耗降低了10%以上，提高了企業的產品競爭力。

本文設計的導熱油管在除垢、清灰方面不夠方便，部分部件維修、更換困難，這需要在未來的研究中進一步優化。

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