煤泥低溫干燥技術的研究與應用

楊立英

（冀中能源 峰峰集團有限公司，河北 邯鄲 056200）

0 引 言

冀中能源峰峰集團有限公司是我國最早開發利用的礦區之一，至今已有140多年的開采歷史。峰峰集團煤炭品種齊全，是我國煉焦煤和動力煤重要的生產基地，本部有6座選煤廠，其中有2座是中央型選煤廠。

煤泥是選煤廠洗選加工過程中的副產品，主要來源是浮選尾煤。傳統的處理方式是通過壓濾機壓濾后，堆放于煤泥儲料棚直接銷售。煤泥具有灰分高、水分大的特點，熱值一般較低。在直接燃燒的過程中，大量的熱值被消耗用于水分的氣化，降低了熱值的利用率。

煤泥直接燃燒時產生了大量的煙氣，增大了鍋爐、風機及除塵系統的運行負荷。此外，由于煤泥粒度細、水分大、易粘結的特點，不利于其運輸。

煤泥堆積形態極不穩定，遇水發生流失，風干發生飛揚，如作為廢料遺棄，極易造成嚴重的環境污染，由此而產生的環保問題要比煤矸石產生的污染大得多。

因此，降低煤泥水分，實現煤泥的高效、潔凈化利用，已成為峰峰集團選煤技術研究的一項重要課題。

1 煤泥低溫干燥技術的研究

1.1 煤泥干燥技術工藝的種類和特點

煤泥的干燥脫水技術大致可分為機械脫水、蒸發脫水和非蒸發脫水3大類。

從已應用于煤泥脫水技術和正在開發的煤泥脫水技術來看，機械脫水技術對壓濾后的煤泥脫水效果不明顯，目前較少使用；蒸發脫水和非蒸發脫水技術值得關注。但非蒸發脫水技術目前仍處于研發階段，還沒有大規模工業化示范。

在蒸發脫水工藝中，煤泥干燥主要有高溫干燥和低溫干燥技術2種。

高溫干燥技術利用熱風爐、熱煙氣直接干燥，一般是煤在600℃高溫煙氣環境下實現的。

高溫干燥技術的優點是干燥強度大，處理能力大，運行平穩，維護成本低。

高溫干燥技術的缺點是烘干溫度較高，操作不當會有煤粉爆炸的危險，且干燥尾氣量大，含塵量高，易造成環境污染，蒸發的煤泥中水分直接排放，熱能不回收，處理后的煤泥易吸水返潮，對熱能資源和水資源均是極大的浪費，從安全、環保、節能等方面來看，都不符合目前我國環保形勢的要求。

1.2 煤泥低溫干燥技術的研究

目前，用于煤泥低溫干燥的工藝，主要有以下3種。

（1）滾筒式干燥機干燥。

（2）蒸汽列管干燥器干燥。

（3）網帶連續低溫除濕干化。

滾筒式干燥機與其配套設施采用對流質熱交換方式，設備運轉可靠，抗過載能力強，操作簡單，熱效率高。熱介質一般由燃煤或燃氣鍋爐提供，由于環保政策的調整，燃煤鍋爐用于干燥已基本無法獲得環評。

采用燃氣鍋爐，其干燥成本較高，結構復雜，維修費用高，同時產生的煙氣成為廢氣，有部分有機物析出，對環境有一定影響，治理的效果不理想，且熱容量系數小，熱效率低。

采用設備臥式布置，滾筒內容易積聚細粒煤塵，如排放不暢，極可能發生爆炸，因此存在較大的安全隱患。

馬頭洗選廠毗鄰大唐公司馬頭電廠，距離＜2 km，可以充分利用馬頭電廠的蒸汽熱源，蒸汽溫度≥200℃，蒸汽壓力≥1.3 MPa，小時供氣量為6～8 t。只需鋪設蒸汽管道，在電廠蒸汽管道出口加減壓閥，將壓力減小到0.4 MPa，即可滿足生產需求。

邯鄲洗選廠在邯鄲主城區內，周圍沒有熱電廠，外供熱源受限，同時環保部門要求較高，因此，采用電加熱網帶連續低溫除濕干化工藝。

1.2.1 蒸汽列管干燥

蒸汽列管干燥工藝采用飽和蒸汽為加熱介質，對濕煤泥進行間接加熱干燥。其基本原理為熱法干燥，主要設備蒸汽管式干燥機類似回轉窯，鼓形體內設一套多管系統，低壓蒸汽沿干燥機軸向進入內部，鼓體呈傾斜狀態。

煤泥連續不斷地從上方送入干燥機內，隨著干燥機的旋轉，煤泥被干燥，并被輸送到出口。水分干燥所需熱量由多管系統內的低壓蒸汽提供，與濕煤泥共同進入干燥機體內的空氣，吸收水分后進入除塵器，在除塵器內實現氣、煤分離。

蒸汽列管干燥工藝的熱介質采用高溫飽和蒸汽，設備物料與熱介質不直接接觸，干燥過程更安全、可靠；附加配套的設備少，占地面積小，工藝布局緊湊，節約了土建費用；能方便的回收換熱后的冷凝水，提高了熱能的利用率；尾氣流量小，不易夾帶粉塵，干燥成本低，達到了節能和環保的雙重效果。

蒸汽管式干燥技術工藝流程如圖1所示。

圖1 蒸汽管式干燥技術工藝流程Fig.1 Process flow of steam tube drying technology

1.2.2 網帶式低溫干化

網帶式低溫干化的工藝流程為煤泥儲煤場鏟車給料→緩沖給料機→帶式輸送機→螺旋擠條機→低溫干燥機→皮帶輸送機→型煤儲存。

（1）濕煤泥經螺旋擠壓成型技術變為條狀濕煤泥落入到傳送網帶中，經送入的60～75℃電加熱干風自下而上穿過載有煤泥的網帶，對煤泥進行脫水。

（2）脫水后，帶有大量水汽的熱風進入到熱泵冷凝器中進行冷卻，排出水分，熱量被熱泵的冷媒吸收。

（3）通過回熱器循環重新用于干風加熱，加熱后的空氣重復循環進入干燥室內，對網帶上的煤泥進行脫水干燥。

整個過程自動控制，封閉運行，使濕泥充分脫水，達到了理想的降水效果。

從干燥溫度、冷卻方式、干燥模式和干料含水率控制等方面對煤泥干燥機進行設計選型。

設計選型的具體步驟如下。

（1）干燥溫度為50～60℃（進出濕熱泵溫度），送風溫度為60～75℃（下層）。

（2）冷卻方式為冷卻塔，水冷凝器冷卻。

（3）煤泥干燥工藝采用密閉式除濕干燥模式，利用除濕熱泵對煤泥采用熱風循環冷凝除濕烘干，無需尾氣處理系統，不向外界排放廢熱。

（4）干燥室內采用網帶式輸送機，增加熱風與物料的接觸面積，透氣性和換熱效率高。

（5）除濕熱泵采用模塊式設計，可自動調節運行模塊數量，節約能源消耗。

（6）采用無級變頻調速控制網帶減速機，實現靈活調節出料的含水率。

（7）除濕熱泵兼有除濕、低溫干燥和能量回收等多種功能，可提高在干燥過程中能量的有效循環利用。

（8）煤泥烘干過程靜態放置，減少粉塵量的產生，延長了設備的使用壽命。

網帶式低溫干化工藝流程如圖2所示。

圖2 帶式低溫干化工藝流程Fig.2 Process flow of belt type low temperature drying

2 煤泥低溫干燥技術的應用

煤泥蒸汽列管和帶式低溫干燥工藝在峰峰集團洗選廠進行了應用。煤泥入料粒度≤0.5 mm，水分為24%～28%。干燥后，煤泥產品水分平均為14%，水分脫除率≥45%。干燥溫度低，運行安全可靠，無爆炸隱患，無需沖氮運行。

煤泥產品溫度為35～40℃，無需冷卻，直接儲存，產品為顆粒狀或表面光滑條狀，無粉塵危險。

設備安裝簡單，安裝、調試周期短，占地面積小；帶式低溫干燥工藝采用熱泵熱回收技術，熱量利用率高，密閉式無任何廢熱排放，排出物為少量熱蒸汽冷凝水，粉塵和噪聲污染均符合環保要求，工藝簡單，降低了系統投資和運行成本，經濟、社會系統和環境效益顯著。

3 結語

冀中能源峰峰集團在選煤廠煤泥干燥技術的選擇方面，不僅充分考慮了環保、經濟、安全等因素，又結合選煤廠的周圍環境和自身條件，選擇不同的低溫干燥工藝，實現了對煤泥的連續低溫除濕干化。

干燥后的煤泥水分大大降低，實現了可直接裝火車外銷，不僅優化了選煤產品的結構，實現了低質尾煤泥的環保綜合利用，同時產生了較好的經濟效益和社會效益。

網帶式煤泥低溫干燥工藝采用熱泵熱回收技術，密閉式干化模式無任何廢熱排放，熱利用效率高，但出料溫度仍有降低空間，進一步提高熱利用效率。