用于水煤漿煤渣干化處理的雙向自凈原料干化機設計分析

摘?要：水煤漿煤渣干化處理是用煤行業環保導向型改造升級的科技手段，文章結合某公司水煤漿煤渣干化處理項目，分析了雙向自凈原料干化機設計要點，通過采用優化處理吞吐量，應用耐磨材料，增加除塵換風設備等措施，提升了雙向自凈原料干化機的零部件使用壽命和綜合處理效果，保障尾氣處理系統的正常運轉。

關鍵詞：水煤漿煤渣干化;雙向自凈原料干化機;尾氣白煙;葉片磨損

一、 引言

含水量較大的煤渣污泥對于地下水質、土壤的污染影響較大。隨著環保意識的提升和相應政策的出臺，近年來，我國大力倡導采用煤渣污泥干化技術實現水煤漿中的水分去除，從而促進煤炭資源的再次開發利用，作為土壤改良劑、化學肥料等，同時，達到節能與環保的要求。文章結合某公司水煤漿煤渣干化處理項目，分析了雙向自凈原料干化機設計要點，以期為類似項目的設計開發提供借鑒。

二、 ?項目概況

在環保導向型的產業升級指引下，為落實用煤管控要求，促進企業生態環境建設，某石化公司決定實施煤粗渣干化環保項目，項目總投資為588萬元。該項目的具體指標要求為，能夠針對水煤漿裝置煤氣化爐下料粗渣（煤含碳量約35%），在實施工藝烘干、精制等流程后，能夠將粗渣含水量由60%干化至10%左右，再轉供該公司熱電鍋爐繼續使用，提高資源的利用率。同時煤渣干化過程中產生的粉塵和尾氣需要進行除臭和無害化處理。

項目要求該處理產線可實現24小時不間斷生產運作，可以達到年加工煤粗渣6萬噸，從環境保護的角度可以減少煤粗渣粉塵含量，從節能減排的角度又可以充分循環利用煤炭資源，符合了現有的產業升級理念。

三、 ?煤渣干化工藝流程

綜合考慮本案中進裝置物料的含水率為55%，出裝置的物料的含水率為≤16%的指標要求和現場情況，因此不宜采用直接加熱法或熱輻射法，故而本項目中選用的主要工藝流程是蒸汽間接傳導加熱干燥法，可以做到傳導均勻，加熱面積廣，單位時間處理吞吐量較大的特征，其工藝流程如圖1所示。

由圖1可知，蒸汽間接傳導加熱干燥法主要包含三個處理流程：進料、處理和排放/出料流程。在進料流程中，濕渣料斗位于渣場，采用機械裝卸方式將濕渣倒入濕渣料斗，通過螺旋輸送機進行水煤渣污泥的轉移運輸。處理流程采用雙向自凈原料干化機進行間接加熱干燥。排放和出料流程分由除塵器和引風機進行尾氣處理和煤渣干料的螺旋輸送，最終運送至干渣料斗并轉移至螺旋輸送機，通過陸運輸送至熱力發電場實現干化煤渣的能源再利用。

四、 雙向自凈原料干化機的設計分析

根據干化煤渣的處理工藝，其核心處理機械設備是雙向自凈原料干化機，項目基于雙向自凈原料干化機的工作原理與設計難點，對雙向自凈原料干化機進行了優化設計。

（一）雙向自凈原料干化機的工作原理

從工作原理而言，雙向自凈原料干化機應用的是間接蒸汽熱傳導干燥技術，通過熱蒸汽傳導實現水煤渣污泥中水分的轉移去除。首先通過螺旋輸送機輸開始進料，未脫水的水煤漿（含水量55%）運送至雙向自凈原料干化機的頂部進料口。雙向自凈原料干化機采用的是旋轉干燥的工藝，通過內部轉子的攪拌推動下，同時實現煤渣的干燥處理和輸送功能，即在不斷向出料口運動的同時，通過蒸汽加熱傳熱間接干燥水煤渣，使之成為含水率在10%～16%區間的干燥產品。最后干化機出口通過自身所帶螺旋輸送機輸送至出料刮板輸送機，通過刮板輸送機輸送至煤渣出料料倉，出料料倉再卸放至卡車運輸至熱電廠進行熱處理，可以充分利用煤渣資源。同時，煤粗渣干化過程中會產生對環境有污染的廢氣和粉塵，產生大量臭味和可吸入顆粒物，需要進行固相和氣相的分離處理。廢氣和粉塵被引風機抽出干化主系統，經過尾氣處理系統處理后，達標的尾氣進行高空排放。

因此，雙向自凈原料干化機主要包括與送料的接口部分，螺旋輸送機葉片攪拌結構和轉子結構等組成。

（二）雙向自凈原料干化機的設計難點

在系統調試過程中發現，雙向自凈原料干化機具有如下設計難點。

1. 機械部件耐磨程度低

由于雙向自凈原料干化機承擔著輸送和處理功能，且要保證每天24小時不間斷處理，要求雙向自凈原料干化機的機械結構具有較強的使用壽命和抗磨損性能。機器的磨損程度由四個因素決定，機械設備的材料特性、待處理樣品的物料特性、機械設備的使用時間以及單位時間的處理吞吐量。由于使用時間固定，待處理水煤渣的物料中顆粒度較大、硬度較大，且出于成本考慮無法增加前期處理工序，最終導致了干化機自帶的螺旋輸送機葉片磨損速度相當快，不僅導致了機械設備維護成本的提升，還會影響生產節拍。

2. 白煙現象

干化后的煤渣含水率在10%～16%會產生部分廢氣和粉塵，需要進行分離處理。然而由于干化機內部溫度較高，再經過引風機的抽吸工序后，會將一部分的受熱漂浮的粉塵帶入尾氣處理系統，使尾氣處理系統處理能力下降，產生“白煙”現象，這是由于廢氣和粉塵的分離度較差導致的。

（三）雙向自凈原料干化機的優化設計及調試效果

根據上述工藝難點，首先針對干化機自帶的螺旋輸送機葉片磨損速度快的問題，考慮到影響機械壽命的四種因素物料特性、機械材料、處理時間和處理吞吐量，可以進行調控的部分只有機械材料和處理吞吐量兩個部分，故而做出如下優化設計。

1. 對于處理吞吐量的優化，通過增大輸送機的輸送量，改善雙向自凈原料干化機機械葉片和待處理樣品之間的接觸界面，緩解單位面積的壓強分布，從而減小工作負荷減緩磨損速率。

2. 從機械材料的角度考慮，原先采用的Q235B低碳鋼硬度為120-180HB，不能承受水煤渣長時間的攪拌磨損。現在采用的強度耐磨鋼板NM400具有高達360-450HB的硬度，能夠抵抗水煤渣和干燥煤渣的攪拌磨損。

從試運行調試的結果來看，通過輸送吞吐量的優化和雙向自凈原料干化機葉片材料強度的提升，實際運行時能夠有效地緩解葉片磨損的現象，協同提升機械設備的使用壽命，維護了正常的生產節拍。

此外，針對影響尾氣處理過程中廢氣和粉塵分離的因素，對粉塵的熱量控制顯得尤為重要。因此本案通過增加風道工藝處理設備的方案實現對粉塵和廢氣的有效分離，實際操作中增加了旋風除塵器、換熱器及更換風機，這樣可以優化風道結構，通過旋風實現高效的固相、氣相分離技術，在尾氣處理系統前去除絕大部分粉塵，同時也可以將尾氣溫度先進行一次冷卻，降低尾氣溫度，從而進一步保證后面的尾氣處理系統正常的工作狀態。

從試運行的結果來看，采用了新增風道優化設備之后，粉塵進入尾氣處理系統的概率大幅度降低，有效減少了白煙現象的產生，不僅實現了廢氣與粉塵較大程度的氣固分離，同時還維護了尾氣處理系統的使用壽命。

五、 總結

文章通過對雙向自凈原料干化機運行過程中機械磨損和尾氣“白煙”問題現象的成因分析，針對性地調整了煤渣污泥的輸送量、螺旋輸送葉片材質和粉塵、廢氣分離風道系統，取得了良好的收效。該項目設計思路可以推廣應用于相關的污泥干化分離項目。

參考文獻：

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作者簡介：傅崇駿，南京益能環境工程有限公司。