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1、蒸汽管回转干燥机在褐煤干燥上的应用周立荣，钱国俊（浙江融智能源科技有限公司，浙江 杭州 310012）摘要：针对褐煤高水分、高挥发分、热稳定性差以及易自燃等特点，经过技术特点对比分析，选择适合褐煤干燥的技术方案，同时在传统蒸汽管回转干燥机的基础上，根据试验研究的结果，开发出适合褐煤干燥的蒸汽管回转干燥机结构和工艺参数，并成功地运用于高水分印尼褐煤的干燥，对于探索适合于我国的褐煤干燥工艺方法具有重要的借鉴意义。关键词：蒸汽管回转干燥机，低温干燥，褐煤干燥中图分类号：TQ53Application of Steam Tube Rotary Dryer on Lignite DryingZHOU L
2、i-rong，QIAN Guo-junAbstract: According to the characteristics of lignite with high moisture, high volatile, poor thermal stability and spontaneous combustion tendency high, through comparative analysis of technical features, we select the most appropriate technical proposal for lignite drying. At th
3、e same time, on the basis of traditional rotary steam tube dryer, according to the results of test study, we have excogitated steam tube rotary dryer structure and process parameters for lignite drying, and successfully applied to dry high-moisture lignite in Indonesia. It has an important reference
4、 for exploration the method of lignite drying process.Keywords: Steam tube rotary dryer; Low-temperature drying; Lignite drying0 前言目前我国有褐煤预测资源量1903亿吨，占全国煤炭预测资源量的41.18，主要分布在内蒙、云南、东北等地1。褐煤等年轻煤种具有含水量高（2050）、热值低、挥发分高、热稳定性差、易自燃等特点，难以运输、储存和销售。褐煤的高含水量直接增加了运输成本、装置建设和运行成本，甚至影响生产装置的正常运行，降低了以这些煤为原料的发电或煤化工项目的经济
5、性。怎样高效地脱除褐煤的水分是解决上述问题的重要途径之一。通过干燥处理降低褐煤的水分，一方面可以提高热值和能量密度，降低运输成本，另一方面还可以提高下游装置的利用效率，降低设备规模。因此，褐煤干燥技术的开发有利于扩大年轻煤种的综合利用途径，可以在很大程度上提高年轻煤种的市场竞争力。1 褐煤干燥工程概况印尼某电厂为坑口电厂，燃用印尼当地高水分褐煤，该电厂燃用的印尼褐煤煤质资料如表1-1所示。表1-1:印尼褐煤煤质资料项目符号单位干燥前全水分Mt%55.3空气干燥基水分Mad%23.47收到基灰分Aar%3.35干燥无灰基挥发分Vdaf%22.8收到基碳Car%28.56收到基氢Har%2.08收
6、到基氮Nar%0.30收到基氧Oar%10.29全硫St,ar%0.12收到基高位发热量Qgr,arMJ/kg11.18收到基低位发热量Qnet,arMJ/kg9.48哈氏可磨指数HGI/110为满足锅炉煤粉制备系统的要求，需对该煤种进行干燥以降低入炉煤水分，设计煤种水分从55.3降至33，干燥后的煤直接由皮带输送进入电厂锅炉制粉系统。2 褐煤干燥工艺技术的选择该电厂燃用的印尼褐煤具有以下特点：水分含量较高，难以干燥；挥发份高，容易自燃；固定碳的含量低。褐煤长时间高温干燥，其挥发份会发生流失，降低有效成分，严重时会发生自燃；而且由于褐煤湿含量大，容易粘结，在干燥过程中易发生设备堵煤现象。因此褐
7、煤干燥技术选择十分关键，技术选择的原则为在将褐煤处理到磨煤机所要求的合格煤粉的同时，应防止煤粉自燃、挥发份流失、堵煤等问题的出现。资料2介绍了几种褐煤干燥技术主要包括：回转管式干燥技术，蒸汽流化床干燥技术，热脱水工艺法，机械脱水法，热压脱水工艺法，液化二甲醚固体脱水法等，其中回转管式干燥技术是工业应用最成熟的工艺，其他都基本上处于试验研究阶段。国内某公司型煤厂采用美国EVERGREEN公司的K-Fuel技术，还有某企业采用国产化回转管式干燥机进行褐煤成型前的干燥。另外还有些项目采用热风滚筒干燥机、气流干燥器以及流化床干燥器等高温烟气直接加热的干燥方式，高温热烟气直接干燥方式存在较大的安全隐患，
8、而且干燥热风量大，附属设备功率大，能耗高，运行成本非常高。在与美国EVERGREEN公司进行深入的技术交流的过程中，该公司提出，由于该电厂燃用印尼褐煤哈氏可磨系数较高，采用K-Fuel技术，干燥过程中易形成粉末，不适合该项目，以下就回转管式干燥机与蒸汽管回转干燥机的技术特点以及对该项目的适用性进行对比分析。2.1 回转管式干燥机德国泽玛格（ZEMAG）公司研发的管式干燥机，属于非接触式低温干燥机，其工作原理是：将一定粒度（6.3mm）的原煤均匀分布到旋转的滚筒内部的众多干燥管中。干燥管中内设螺旋状叶片，煤通过重力和螺旋叶片导流作用在干燥管内运动。在滚筒内部干燥管周围通入4.5bar，170的过
9、热蒸汽，通过间接热交换将干燥管内的原煤升温，使煤表面吸附水分受热蒸发，从而达到降低水分的目的。该公司生产的管式干燥机目前主要的运行业绩是位于德国德累斯顿的黑泵（SCHWARZE PUMPE）型煤厂。管式干燥机结构如图2-1所示。图2-1：管式干燥机结构简图该技术具有以下几方面的特点：传热介质不与煤直接接触，使得这个干燥过程安全、可靠，解决了低燃点煤采用“直接式”干燥带来的生产安全问题；采用众多干燥管对煤进行分散，强化了干燥效果，增加了干燥机的有效换热面积，增大了降水幅度；体积小，便于安装布置和运输。同时也存在以下几点缺陷：单台设备干燥能力小，需要多台干燥机才能满足系统出力；对原煤入料粒度要求较
10、高（必须小于6.3mm），因此干燥机前必须设置两级破碎；煤走干燥管中，由于干燥管管径较细（108mm），容易发生堵煤现象，且清理困难；主轴的加工要求较高，由于干燥管众多（约1500根），现场安装周期长。对于该电厂褐煤干燥项目，管式干燥机所要求的蒸汽参数较低，但蒸汽量较大，超出了汽机的最大抽汽量。由于本项目汽轮机参数已确定，汽机抽汽量无法满足管式干燥机的蒸汽量要求，同时由于原德国泽玛格（ZEMAG）公司已经破产，原管式干燥机设计工程师加盟德国黑尔格福特（HILGEFORT）公司，引进技术的谈判面临较复杂的情况，无法满足该项目的工期进度要求。2.2 蒸汽管回转干燥机蒸汽管回转干燥机在石化行业应用较
11、多，主要用于PTA、CTA、HDPE等化工物料的干燥，近年来在钢铁企业炼焦煤调湿项目上逐步采用。蒸汽管回转干燥机同样是一种低温间接加热干燥技术，与管式干燥机不同的是：管式干燥机煤走管内，蒸汽走筒内；蒸汽管回转干燥机蒸汽走管内，煤走筒内，即高水分的煤料由端部进入回转筒体，而蒸汽则进入回转筒体内的小蒸汽管中，煤料与蒸汽进行间接换热。蒸汽管回转干燥机结构如图2-1所示。图2-2：蒸汽管回转干燥机结构简图蒸汽管回转干燥机工作原理：褐煤通过干燥机进料溜槽加入到干燥机筒体内。干燥机加热蒸汽从干燥机尾部的旋转接头进入，经过汽室进入换热管。湿煤与蒸汽管充分接触换热，煤中的湿分被不断蒸发。干燥机的筒体具有一定斜
12、度，随着筒体的转动，煤一边干燥一边向出口方向运动，当煤到达干燥机出料口时成为要求水含量的煤，干燥后的煤从干燥机出料箱排出进入下一工序。蒸汽换热产生的冷凝液经旋转接头进入凝液回收单元。湿煤携带的空气以及干燥过程中产生的水蒸汽从干燥机出料箱顶部排出，进入干燥尾气处理系统。与回转管式干燥机相比，具有以下几方面的技术特点：采用煤走滚筒内，蒸汽走管内的方式，增大了煤的流动空间，能有效防止堵煤现象的发生；单台设备处理能力大，可以减少设备使用量，便于控制和运行维护；传热介质同样不直接与煤接触，并且通过先进的氧含量检测和控制技术，严格防止干燥过程中的粉尘爆炸，使得干燥过程安全、可靠。对原煤入料粒度要求不高（2
13、0mm），干燥机前只须设置一级破碎。同时也存在以下几点缺陷：煤料在筒内分布较集中，换热面积相对管式干燥机较小。设备体积大，运输安装困难。2.3 蒸汽管回转干燥机设计选型 蒸汽管回转干燥机设计选型涉及到传热与传质计算模型与实验、排液模型与实验，干燥时间与停留时间模型及工业数据标定等技术。因此，在对该项目蒸汽管回转干燥机设计选型过程中，在项目前期没有印尼褐煤煤样的情况下，采用云南高水分褐煤替代印尼褐煤做干燥试验，印尼褐煤模拟开采取样后，又对印尼褐煤进行干燥试验以验证干燥机设计选型结果。 采用因次分析法3提出了蒸汽管回转干燥机传热系数的关联模型，通过对煤料的试验和工业应用标定数据，获得了传热系数的经
14、验关联式及无因次系数。 物料在筒体内的停留时间是蒸汽管回转干燥机的重要工艺参数，停留时间大于煤料干燥所需要的时间，才能保证煤料的干燥达到工艺要求。煤料在筒体内的停留时间与筒体的尺寸、安装倾角、操作条件、煤料与载气的相对流向等因素有关，在对蒸汽管回转干燥机长期工业运行考核的基础上借鉴已有的经验公式，提出了煤料在蒸汽管回转干燥机停留时间的计算方法，建立了蒸汽管回转干燥机的停留时间关联模型，确保煤料的干燥时间和停留时间满足工艺要求。 利用凝液排放模型，合理优化设计蒸汽管回转干燥机加热系统。 蒸汽管回转干燥机结构设计包括布管方式、筒体有限元分析设计、安装倾斜度、传动装置设计、挡托轮装置设计、密封结构形
15、式、支撑管架形式、挡料板形式、出料板形式、进料结构、不凝汽排放结构、汽室结构、疏水结构形式、旋转接头结构形式等4，据褐煤的物料特性，我们对蒸汽管回转干燥机进料结构、出料结构、旋转接头结构、干燥机换热管防磨损、干燥机的安全保护装置、干燥机的润滑装置、干燥机筒体耐压防爆等方面进行了特别的优化。2.4 褐煤蒸汽管回转干燥机工艺系统优化 在是否采用干燥载气问题上，考虑到褐煤的燃点仅为185，干燥过程中空气与褐煤接触很容易引起燃烧爆炸，在空气与干燥机不隔绝的条件下，不能彻底杜绝褐煤的燃烧爆炸。密闭型蒸汽管回转干燥机采用轴承定位的密封技术，可实现无氧干燥，褐煤蒸汽管回转干燥机系统采用密闭型、不通干燥载气形
16、式。在采用尾气与煤料顺流还是逆流方式上，考虑褐煤属于热敏性物料，且其中含有易挥发组分，干燥后的煤容易发生自燃，采用顺流干燥时煤温较低，工艺比较安全，因此褐煤蒸汽管回转干燥机系统采取顺流干燥方式。在除尘方式上，采用布袋除尘时很容易发生滤袋结露、堵塞和煤粉积聚自燃，在国内外煤干燥系统采用布袋除尘的装置都发生过燃烧或爆炸等事故。褐煤挥发份含量高，容易自燃，采用湿法除尘可以完全避免发生着火和爆炸事故，而且洗涤后的废水进行浓缩处理后可以循环使用，只需要定时补充少量的洗涤水。在系统安全保护上，采用蒸汽保护系统，严格控制系统氧含量，当系统内氧含量超过设定值时，保护蒸汽管路的控制阀迅速打开，向干燥机筒体内喷入
17、蒸汽，降低筒内气体的氧含量的同时团聚筒内气体当中的粉尘，降低粉尘自燃及爆炸的危险性，确保系统安全。3 结语 该电厂褐煤干燥装置施工图设计已经完成，整个褐煤干燥系统设置四套蒸汽管回转干燥机，干燥机入口煤设计水分为55.3，校核水分为61.3，干燥机出口煤水分为33，单套设备最大处理能力为136t/h。目前项目正处于施工阶段，预计2011年5月份可投入试运行。我国具有丰富的褐煤资源，已经有一部分褐煤干燥/提质项目已经建成或正在建设，也有很多项目正在进行技术方案探讨，建成的项目当中采用高温热烟气直接加热干燥方式较多，但运行当中都不同程度地发生过事故或根本就不能正常运行，造成不小的经济损失。蒸汽管回转
18、干燥机在国内多个钢铁企业炼焦煤调湿项目上已经成功运行了近三年。本文通过介绍印尼褐煤干燥技术方案的选择以及蒸汽管回转干燥机结构及工艺系统的优化，对褐煤干燥技术方案的选择具有重要的参考意义。参考文献1高俊荣,陶秀祥,侯彤,万永周.褐煤干燥脱水技术的研究进展.J洁净煤技术,2008,14(6):7375;2万永周，肖雷，陶秀祥，刘炯天.褐煤脱水预干燥技术进展.J煤碳工程,2008，8：9193;3岳永飞，孙中心，刘永忠.蒸汽管回转干燥机传热系数研究.J石油化工设备，2008,37(2):811;4史元芝.间接换热式列管回转干燥机干燥特性的实验研究及设备开发.M天津大学硕士学位论文，2008.03:3237;第一作者简介：周立荣（1974），男，汉族，江西省乐安县人，工程师职称， 2005年硕士毕业于昆明理工大学材料加工专业。现就职于浙江融智能源科技术有限公司，煤干燥技术负责人，主要从事煤干燥工程设计相关工作。地址：浙江省杭州市教工路18号欧美中心A座C区1501室，邮编310012联系电话：057128996668转1076手机：13758230016E-mail:zhou_