邯鄲洗選廠煤泥低溫除濕干燥技術的研究與實踐

楊志會

冀中能源股份有限公司邯鄲洗選廠，中國·河北 邯鄲 056000

1 概述

近年來，煤泥產量伴隨著煤炭產量的不斷增加和煤炭入選比例的加大而大量增加，由于多方面原因，大部分煤泥沒有得到很好的利用。由于煤泥堆積形態極不穩定，運輸和環境治理困難，如作為廢料遺棄，造成的環保問題比煤矸石大得多，極易產生嚴重的環境污染。經過壓濾的煤泥水分一般為22%～30%，熱值一般較低，但經過干燥，煤泥熱值可大大提高，其經濟效益更為可觀。

目前煤泥干燥技術主要有高溫干燥、低溫干燥與蒸汽干燥等三種技術方式，每種方式均由不同的工藝方法來實現。高溫干燥技術是傳統的干燥技術，低溫干燥技術是近年來出現的干燥技術，蒸汽干燥技術則應用較少。

1.1 高溫干燥技術

高溫干燥技術利用熱風爐、熱煙氣直接干燥，一般是煤在600℃左右高溫煙氣環境下實現的。優勢：高溫干燥技術是傳統干燥技術，工藝設備成熟穩定，技術成熟完善，入料煤泥粒度范圍較寬，一般粒度≤200mm 的物料均可進入干燥滾筒[1]。問題：高溫干燥需要外加熱源，存在易燃、易爆現象，干燥效率相對較低。

1.2 低溫干燥

低溫干燥技術一般是指煤泥在250℃以下直接實現干燥。目前主要有真空射流干燥和微波干燥兩種形式。優勢：干燥過程溫度較低，整個過程不需外加熱設備，燃燒爆炸風險小，干燥后煤炭回濕少，并且干燥出的水可回收，無煙氣和廢水排放。真空射流可實現不同材料的合并與同質化，能達到較佳的燃燒效率；微波干燥具有獨特的選擇性加熱特點，瞬時加熱損耗低，且具有不存在余熱等優勢，干燥效率較高。問題：低溫加熱是近年來出現的干燥技術，目前技術與設備還不十分完善，且初期投入過高。

1.3 蒸汽干燥

蒸汽干燥是用4MPa 左右的飽和水蒸氣對煤進行干燥，其熱效率高，干燥速度快。過熱蒸汽熱流化床干燥、過熱蒸汽內加熱流化床干燥以及過熱蒸汽管式干燥均屬于蒸汽干燥技術。但是，蒸汽干燥耗水量大，不適合缺水地區，同時投入成本較高。目前，蒸汽干燥較少應用于煤泥干燥[2]。

2 項目背景

邯鄲洗選廠設計能力3.5Mt/a，受原煤量的限制，實際年處理量為2.5Mt/a，每年生產煤泥約1.28 萬噸（水分24%），煤泥水分在23%～30%，發熱量在1600～1800 千卡/千克。2006年邯鄲洗選廠建設煤泥干燥系統，采用的是高溫煙氣干燥技術，2014年，迫于環保壓力停用，目前，壓濾后的濕煤泥在尾煤棚里晾曬后，通過汽車運輸到電廠。

2.1 制約生產

尾煤來料粒度細，壓濾時間長，尾煤泥堆放于尾煤棚，不僅容易結塊影響裝車運輸，而且部分過干煤泥容易造成揚塵污染，也存在安全隱患。

2.2 制約銷售

煤泥比較黏，水分大，裝車比較困難，而且現在環保要求比較嚴格，汽車運輸將改為火車運輸。用火車運輸時，需要從煤泥場地用鏟車往火車上端煤，因距離較遠，煤泥容易掉落，污染環境。

3 主要技術及方案

3.1 總體思路

針對我廠尾煤處理中存在的問題，提出干化煤泥是唯一解決問題的途徑。研究目前中國和其他國家煤泥干化的方法，結合我廠實際，提出具體方案。根據我廠煤泥參數，對比當前煤泥干化工藝的優缺點，確定我廠煤泥干化采用網帶式低溫除濕干化工藝，制定具體技術方案并實施安裝。

3.2 設計計算依據

3.2.1 入料煤泥參數

物料：煤泥；粒度：≤0.5mm；入料水分：Mt=23%～30%，根據實際生產情況，設計取平均水分24%；入料量：400 噸/天（全水分24%）。

3.2.2 低溫干化后煤泥參數

物料： 煤泥； 粒度： ≤0.5mm； 出料水分：Mt ≤14%。

3.2.3 低溫干化方式

密閉網帶式除濕干化；低溫干化溫度：48℃～56℃（設備進風）；熱風溫度：65℃～80℃。

3.3 干化工藝比較

用于煤泥干化的工藝目前主要有三種：高溫煙氣干燥工藝；蒸汽干燥工藝；網帶連續低溫除濕干化工藝。

3.3.1 高溫煙氣干燥工藝

高溫煙氣干燥工藝工作原理為：濕煤泥通過打散帶式輸送機輸送至滾筒干燥機內，同時燃煤熱風爐內的高溫煙氣進入回轉圓筒干燥機的筒體內部。煤泥在高溫煙氣的直接接觸下充分傳熱傳質，大量的水分被蒸發，干燥后的煤泥經卸料器排出，完成整個干燥過程，含塵氣體經除塵器凈化后由引風機排空。

優點：①給料量可寬幅調整，生產適應性強，系統料流通暢，沒有堵塞現象。②系統運行可靠，維修量小，壽命長。③干燥機導料通暢，干燥產品的品質好。

缺點：①利用燃燒爐燃煤獲取熱源，不符合國家現行的環保政策。②燃燒爐對煤的發熱量要求較高，且不宜燃燒粉末煤，對煤質的適應性較差；結構復雜，維修費用高。③烘干溫度在500℃～700℃，烘干高揮發份、熱值高的煤泥時如果操作不當會有煤粉爆炸的危險、干燥尾氣量大、含塵量高，處理不好容易造成環境污染，蒸發的煤泥中水分直接排放，對熱能資源和水資源造成極大浪費。

3.3.2 蒸汽干燥工藝

蒸汽干燥工藝工作原理為：濕煤泥通過打散和皮帶及螺旋輸送機輸送至蒸汽干燥機內，同時蒸汽進入干燥機氣室，與濕煤泥進行換熱實現干燥，干燥后的煤泥排除筒體外。

優點：①系統工藝簡單，更節能環保，且熱效率高，可達90%以上。②干燥后產品呈球狀，直徑在10～20mm，水分約為13%。③蒸汽凝結水可以做鍋爐回水，干燥尾氣量小，含塵量低，易處理。

缺點：①利用熱蒸汽作為熱源，大部取自電廠過熱蒸汽，或利用天然氣鍋爐。②煤泥在干燥過程中蒸發脫除的水分及揮發的固體顆粒進入尾氣管路，經濕式除塵器除塵達標后排放至大氣，但不能保證所排放的尾氣完全達標。③消耗蒸汽量大，熱利用效率低，多數項目利用附近電廠余熱蒸汽或利用燃氣蒸汽鍋爐產生蒸汽。

3.3.3 網帶低溫干化工藝

網帶式低溫干化工藝工作原理為：濕煤泥經過打散輸送至干化機內的網帶上，同時除濕熱泵對濕煤泥采用熱風循環冷凝除濕烘干，通過回收排風中水蒸氣潛熱和空氣顯熱實現干化，除濕干化過程沒有任何廢熱排放。

優點：①采用熱泵熱回收技術，密閉式干化模式無任何廢熱排放。②80℃以下低溫干化過程，運行安全，無爆炸隱患，無需沖氮運行。③干料為顆粒狀，無粉塵危險。④出料溫度低（＜50℃），無需冷卻，直接儲存。⑤排出物為少量熱蒸汽冷凝水。⑥設備安裝簡單，安裝、調試周期短，設備占地面積小。

缺點：①較之滾筒干燥機和低溫蒸汽回轉干燥機，單臺處理量小。②干燥過程排出蒸汽冷凝水需要入排水系統處理。

綜合上述三種干燥方式比較，高溫煙氣干燥工藝由于受環保政策限制不予考慮。低溫蒸汽干燥工藝和網帶式低溫干化工藝都滿足本項目要求，但是蒸汽干燥工藝于熱源不好解決，不予考慮。選用網帶式低溫除濕干化工藝[3]。

3.4 技術方案

3.4.1 設計選型

低溫干劃分為直接低溫干化和間接低溫干化兩種。間接低溫熱干化熱利用率較低，設備占地面積大，故在煤泥處理領域較少應用。直接低溫熱干化由于熱風直接作用于煤泥上，熱效率較高，而溫度較低又不會使煤泥中的有機物裂解和揮發，循環熱風僅從煤泥中帶走水分。

選用直接低溫干化，送風溫度60℃～75℃，回風溫度48℃～56℃，干化溫度48℃～50℃。

方案選用密閉式除濕干化模式，無需引入外界能源，無需尾氣處理系統；煤泥除濕干化機是利用除濕熱泵對煤泥采用熱風循環冷凝除濕烘干；煤泥水分汽化潛熱=除濕熱泵水蒸汽冷凝潛熱（能量守恒），干化過程無需接入外界熱量，能源消耗為壓縮機輸入的電耗；除濕干化機相當于除濕熱泵及網帶輸送機（帶式低溫干化）；除濕熱泵=除濕（去濕低溫干化）+熱泵（能量回收）結合。除濕熱泵可回收所有排風過程潛熱和顯熱，不向外界排放廢熱。

網帶式低溫干化透氣性好，可以增加熱風與物料的接觸面積，換熱效率高；煤泥靜態放置，減少粉塵量及延長網帶的使用壽命。

網帶減速機采用變頻調速控制，無級變速，利于調節出料的含水率；除濕熱泵采用模塊式設計，可自動調節運行模塊數，節約運行電費。

3.4.2 工作原理

煤泥除濕干化機是利用除濕熱泵對煤泥采用熱風循環冷凝除濕烘干。除濕干化是回收排風中水蒸氣潛熱和空氣顯熱，除濕干化過程沒有任何廢熱排放。

除濕熱泵烘干是利用制冷系統使來自低溫干化室的濕空氣降溫脫濕，同時通過熱泵原理回收水分凝結潛熱加熱空氣達到低溫干化物料目的。除濕熱泵是除濕（去濕低溫干化）加熱泵（能量回收）結合，使低溫干化過程中能量循環利用。

3.4.3 方案設計

煤泥量（含水煤泥）占原煤量的5%左右。平均煤泥小時生產量為28.6t/h，每天平均生產12.4 小時、生產煤泥355 噸，煤泥水分平均在24%。低溫干化車間按照全年處理煤泥12.8 萬噸設計，每小時處理能力為16.16 噸。設計采用1 臺低溫除濕干化機SHS12000SLC 和2 臺低溫除濕干化機SHS18000SLC。將干化機的風冷改為水冷，增加一套水冷系統設施設備，水冷系統相比風冷系統增加了干化機的脫水能力，提高干化機的設備壽命，從能量損失的角度說更節能[4]。

3.4.4 方案布置

設計根據現有煤泥生產系統現狀，在現有的尾煤棚將濕煤泥落地緩存，低溫干化系統工作時用鏟車將濕煤泥送入3 臺緩沖給料機（帶緩沖漏斗，N=15KW+6×5.5KW）。每臺緩沖給料機下配一條濕煤泥轉載膠帶輸送機（B=650mm,N=5.5KW），共3 條。在尾煤棚的東側新建一座低溫干化車間，21m×24m。濕煤泥膠帶輸送機頭部布置在螺旋擠條機上方，利用溜槽將濕煤泥卸載至擠條機里。擠條成型后物料進入布料機，通過布料機的左右擺動，將物料均勻平鋪在低溫除濕干化機的網帶上進行干化。干化后產品通過2 臺刮板輸送機運送至現有的干煤泥膠帶機上，然后進入型煤儲煤場進行儲存。

4 生產指標對比

該項目實施前，煤泥晾干銷售，水分按照24%計算，項目實施后，通過近一個月的實驗，煤泥干化后的平均水分為13%。

5 效益分析

5.1 經濟效益

根據相關生產技術資料，選煤廠年處理量為250 萬噸，生產煤泥12.8 萬噸、全水分24%、發熱量1600～1800 千卡/千克、售價35 元/噸（含稅），總銷售收入為448.00 萬元；建設煤泥干化系統，煤泥干化后數量11.31 萬噸、全水分13%、發熱量2200～2400 千卡/千克、售價105 元/噸（含稅）。

煤泥干化后總銷售收入為105×11.31=1187.55 萬元，干化前總銷售收入35×12.8=448 萬元，煤泥干化加工成本為34.05×12.8=435.84 萬元（單位濕煤泥的干化成本為34.05 元/噸），煤泥干化系統的年增收益為1187.55-448-435.84=303.71 萬元（不含稅）。

5.2 環保效益

本次項目研究實施后，減少了煤泥無組織揚塵污染，降低了煤泥管理的環保風險，并且可提高路運比例，符合環保要求，環保效益顯著。從環保投入方面計算，每年可減少清潔灑水人工費用約1 萬元。從減少環保風險帶來的各項環保罰款計算每年約5 萬元。

綜合以上，經濟效益和環保效益每年可創效309.71萬元。

6 結語

煤泥低溫除濕干化工藝，是熱泵除濕技術在選煤廠煤泥干燥中的首次應用，開發研究出了中國先進的煤泥低溫干燥成套裝備和工藝，完善了選煤廠洗煤工藝，為熱泵低溫干化技術在煤泥干化領域的應用，提供了寶貴的經驗和技術參考，為煤泥的潔凈干燥提供了新的技術途徑。