煤泥干燥系統在馬頭洗選廠的應用

秦宇臻，宋擁強

(冀中能源峰峰集團 馬頭洗選廠，河北 邯鄲 056046)

我國作為一個以煤炭為主要能源消耗的大國，煤炭加工的深度和廣度仍在快速推進，煤泥產量隨之上升，提升煤泥附加值并加以綜合利用是煤礦企業迫切需要解決的問題。煤泥干燥是通過蒸汽高溫烘干技術，降低煤的含水量，將其轉化為型煤產品，烘干后的煤泥形狀得到改變，由泥水狀變為圓球狀，銷售方式由汽車運輸改為火車運輸，可徹底解決煤泥儲運的難題。

馬頭洗選廠隸屬冀中能源峰峰集團有限公司，是國家第一個五年計劃期間蘇聯援華建設156項重點工程項目之一。選煤廠于1959年9月24日建成投產，是中央型選煤廠，主要入選峰峰集團所屬梧桐莊礦、羊東礦、新三礦、九龍礦等礦產原煤。原煤設計能力為2.0 Mt/a，設計工藝為“跳汰+濃縮浮選”。經多次技術改造，現原煤入選能力為4.0 Mt/a以上[1]，生產工藝為“不脫泥三產品重介質旋流器+直接浮選，尾煤濃縮兩段回收”的聯合工藝。于2009年開始，先后完成對孫莊、九龍兩個生產部的全重介技術改造，一廠三部選煤工藝和經濟技術指標均達到國內同行業領先水平，入選原煤能力突破10 Mt/a，主導產品為十級冶煉焦精煤和新產品肥精煤，精煤用戶主要有武漢鋼鐵、邯鄲鋼鐵、新興鑄管、安陽鋼鐵等。

馬頭洗選廠原有壓濾尾煤采用儲煤棚集中存放的方式，運輸方式全部采用汽車進行外運，下游客戶煤泥晾干后再使用,且以民用燃燒為主。和大多數選煤廠一樣，馬頭洗選廠也面臨著副產品壓濾尾煤儲存困難、汽運受限、無法路運、銷售市場狹窄等問題，直接制約了企業能否正常生產。為了解決煤炭洗選行業遇到的突出問題，打破選煤廠當前的窘境，新型煤泥干燥技術應運而生[2]。在解決煤泥銷售帶來的環境污染問題的同時增加經濟效益，提高煤泥的利用率，拓寬副產品的銷售渠道，有利于企業可持續發展。

1 存在問題

馬頭洗選廠原有壓濾尾煤采用儲煤棚集中存放的方式，在生產過程中存在以下問題：

(1)壓濾尾煤在儲存和運輸過程中的問題。煤泥直接銷售的堆放場周圍環境較差，下游客戶煤泥晾干的可能性越來越小，難以滿足日趨嚴峻的環保要求；汽車運輸過程中部分煤泥灑落，對道路環境污染較大，現已有部分城市禁止壓濾煤泥汽運出廠，致使濾餅大量積存，嚴重影響了廠區環境及生產系統的正常進行[3]。

(2)壓濾尾煤自身產品價值問題。壓濾尾煤作為選煤廠副產品，具有高水分、高黏性、高持水性和低熱值等特點，經濟效益較小，資源利用程度較低，且只能作為民用，無法作為燃煤電廠的燃料，又引發了使用過程的二次污染。

2 煤泥干燥系統的應用

2.1 煤泥干燥系統設備原理及工藝流程

根據馬頭洗選廠生產系統年平均處理原煤能力為4.0 Mt，浮選尾煤占全產率比例約4.5%，可得年生產濕煤泥約18萬t，則日產生濕煤泥約600 t。為了達到蒸汽列管干燥機的最佳工作狀態，每次啟車需要暖管約3 h，耗費蒸汽量約18 t，蒸汽價格為186元/t，消耗蒸汽費用為3 348元，蒸汽管道沿途需人工防水，人工費約1 000元，即啟車一次直接耗資約4 348元；在暖管工程中，管道中的蒸汽與冷凝水相遇會產生“水擊”現象，并伴隨巨大響聲，會對蒸汽管道造成嚴重損害。若停車不停氣，則管道內的蒸汽達到一定壓力后，便會通過安全閥進行泄壓，造成蒸汽大量浪費，同時，蒸汽管道長期承受較高蒸汽壓力，會加速管道的磨損，易造成嚴重安全事故的發生。為了降低頻繁啟停車而帶來的影響，煤泥干燥系統一般為全天24 h生產，需以3個月為一周期進行循環，即如無特殊情況，設備連續運轉3個月需組織停車檢查，對減速機等設備進行換油保養維護。因此，煤泥干燥系統需處理濕煤泥約25 t/h，故確定選用一臺型號為φ3.6-30 m(直徑為3.6 m，長度為30 m)的蒸汽列管干燥機，系統干燥煤泥能力為25～28 t/h，該機處理能力大，安全性能好，滿足節能和環保的雙重要求[4]。煤泥干燥系統熱源來自大唐河北馬頭熱電公司產生的蒸汽，蒸汽源頭壓力為1～2 MPa，溫度為230～300 ℃，蒸汽通過長度約3.5 km的管道引至馬頭洗選廠干燥車間處，管道上設有減溫減壓裝置，使到達管道末端干燥機處的蒸汽壓力可穩定在0.4～0.6 MPa，溫度為150 ℃左右，滿足設備正常運行條件。在實際生產過程中，煤泥干燥系統平均每月可處理煤泥約1.5萬t，滿足生產需求。

蒸汽列管干燥機工作原理為：采用飽和蒸汽為加熱介質進行間接加熱干燥，其基本原理為熱法干燥，主要設備蒸汽列管干燥機類似回轉窯，筒形體里有一個多管系統，筒體呈現傾斜狀態。煤泥連續不斷地從上方送入干燥機管里，當筒體旋轉時，煤不停地輸送到出口。水分干燥所需的熱量由多管系統內的低壓蒸汽提供，低壓蒸汽沿著筒體的軸向進入內部，并迅速向管外表面擴散，對蒸汽列管外部的濕煤泥進行加熱烘干處理[5]。煤泥內蒸發出來的水分，則通過噴淋除塵器進行處理后，進行有組織排放。設備流程如圖1所示。

圖1 煤泥干燥系統設備流程

2.2 煤泥干燥系統運行狀況

目前，馬頭洗選廠煤泥干燥系統已穩定運行。壓濾尾煤可通過原有帶式輸送機運送至原有煤泥棚內進行儲存。也可通過帶式輸送機上新增的犁式卸料器，卸至新增緩存料倉內，倉下由干燥機上料帶式輸送機運至干燥車間，經螺旋攪拌機破碎后，通過螺旋給料機送入干燥機內，同時接入電廠蒸汽進行烘干處理。煤泥中蒸發出來的水汽及煤塵，由引風機從干燥機內抽出，經過除塵器進行噴淋降塵，使氣體排放濃度達到環保要求后，排入大氣中。噴淋降塵所用的水，通過二級沉淀處理后，可循環使用。干燥后產品由帶式輸送機運輸至已有原煤棚儲存。當煤泥干燥系統停產檢修時，抬起犁式卸料器，壓濾車間煤泥可進入煤泥棚儲存。煤泥干燥系統正常運行時，棚內煤泥可經鏟車裝載進入棚內上料倉，由鏟車上料帶式輸送機運送至干燥機上料帶式輸送機進入干燥車間進行干燥[6]。

2.3 煤泥干燥系統的改進

2.3.1 緩沖料倉的改進

由于煤泥本身的高黏性，在使用過程中出現鏟車上料緩沖倉內堵煤，導致棚倉事故發生。通過現場實地考察發現，由于倉下螺旋攪拌機攪拌齒分布不均勻，中間較密集，兩端較稀疏，因此無法將兩端煤泥及時破碎，導致煤泥在倉壁上逐層堆積，時間久了，易造成棚倉事故的發生。因此，采取在螺旋攪拌裝置攪拌軸的兩端對稱增加攪拌齒，以及在緩沖料倉倉壁上鋪設不銹鋼板的方法，能夠有效使煤泥在緩沖料倉內的橫截斷面均受到攪拌破碎，使在料倉內堆積的煤泥能夠順利通過，避免了棚倉事故的發生。

2.3.2 蒸汽進氣軟管安裝方式改進

蒸汽列管干燥機在使用過程中發生了機尾蒸汽進氣軟管先后多次漏氣破損，造成了蒸汽、熱量浪費，給尾煤干燥系統的正常使用帶來了極大安全隱患。通過查驗現場管道漏氣部位，發現漏氣處多為蛇皮管與底端不銹鋼鎖頭接口處及彎曲部位。分析其漏氣原因，蒸汽進氣軟管原設計安裝方式為傾斜22°安裝，由于干燥機一直在轉動，旋轉接頭外殼在干燥機的帶動下，也有略微轉動，且由于蒸汽進氣軟管內蒸汽帶有壓力(0.4～0.6 MPa)、管道質量、尺寸、材質及軟管下方鋼管與軟管采用固定連接方式等多方面因素，極易造成蒸汽進氣軟管受力較大，彎曲變形，成S型，從而導致漏氣。為了避免蒸汽進氣軟管因變形、受力不均而損壞，采用垂直安裝蒸汽進氣軟管的方式，使軟管受力均勻。由于蒸汽進氣軟管與旋轉接頭連接，通過轉動旋轉接頭外殼，調整接口法蘭位置，使蒸汽進料管接口法蘭垂直向下并將蒸汽進氣軟管下端與其連接的鋼管延長1 200 m，使蒸汽進氣軟管能夠垂直安裝。再將旋轉接頭吊耳進行固定，并采取減震措施，防止旋轉接頭偏移程度過大，對蒸汽進氣軟管施加外力。通過對蒸汽進氣軟管安裝方式的改進，能夠消除蒸汽泄漏的安全隱患，有效延長蒸汽進氣軟管的使用壽命，節約生產成本，為煤泥干燥系統的穩定運行提供可靠保障。改造前后蒸汽進氣軟管如圖2、圖3所示。

圖2 改造前蒸汽進氣軟管

圖3 改造后蒸汽進氣軟管Fig.3 The steam inlet hose after renovation

2.3.3 蒸汽冷凝水余熱再利用

通過新建水箱，安裝泵、管道等設施，將干燥機蒸汽列管內蒸汽冷卻后凝結回流的冷凝水進行收集，飽和蒸汽凝結成的冷凝水溫度約80 ℃，水量約6 t/h。冷凝水通過泵及管道輸送至附近尾煤壓濾車間內為其供暖，管道末端再回流至水箱內，形成閉路循環系統，確保尾煤壓濾車間室溫維持在15 ℃左右，多余的冷凝水則由泵輸送至生產主廠房內，可供職工取暖、洗澡使用，能夠有效改善職工的工作環境。

2.4 煤泥干燥系統的應用優勢

煤泥干燥系統打破以往直接脫水的工藝理念，使物料與熱介質不直接接觸，無需以煤或燃氣作為能源提供高溫熱介質，消除了生產過程中干燥機內物料易自燃及由細粒煤塵積聚引起爆炸的安全隱患；同時，從根本上解決了物料與熱介質直接接觸脫水引起的環保問題，即直接燃燒的煙氣熱介質排放時，需對排氣出口加裝脫硫、脫硝、除塵等處理凈化設備，還需配套安裝固體廢棄物及工業廢水的處理設施，存在投資大，工藝系統繁瑣，運行成本高等問題[7]。

馬頭洗選廠結合自身煤泥情況，包括灰分、水分、發熱量、生產能力等指標參數，秉承在保證產品質量合格的前提下，合理降低投資，提出具體工藝參數要求，選用目前在用最大型號為φ3.6-30 m(直徑為3.6 m，長度為30 m)的列管干燥機。

依托自身空間優勢進行設計，馬頭洗選廠廠區內雖未有電廠熱力集成及其他供熱系統，但發現了可以利用之前馬頭電廠到馬頭洗選廠的中水引用路線進行管道敷設，結合空間位置上臨近馬頭電廠蒸汽源頭等有利條件，在熱源取用上較為便捷。

煤泥干燥系統熱介質采用電廠高溫飽和蒸汽。在以往直接干燥的技術上進行改進，該設備物料與熱介質不直接接觸，干燥過程更安全、可靠。附加配套環保設備少，降低投資，蒸汽冷凝水可二次利用，提高熱能的利用率，節約水資源，整體工藝運行成本較低。

煤泥干燥系統上位監控創造性地采用監控軟件組成智能式監控平臺，完成生產數據的實時采集、動態顯示、設備運行、故障報警、趨勢曲線、查詢、數據庫登錄等功能。上位機直接從PLC讀取生產數據，進行加工處理，利用先進的計算機技術進行描述(比如圖形動畫、多媒體語音系統等)，動態顯示各系統機械設備運行工況、帶式輸送機保護信號、液位信號、帶式輸送機運量等檢測計量儀表的信號，可通過鼠標點擊實現對系統設備的起停控制[8]。

3 效益分析

3.1 經濟效益

馬頭洗選廠煤泥年產量約18萬t、灰分在60%以上、水分為25%～28%，發熱量為6.7～7.5 MJ/kg，當前銷售價格為20～30元/t，按25元/t計算。干燥后型煤水分降至13%以下、干燥后型煤年產量約15.4萬t，發熱量可提高約3.1 MJ/kg，干燥后售價為105元/t。噸煤泥蒸汽消耗量為0.2 t，每噸蒸汽價格為186元，年銷售利潤為497.4萬元[9]。

3.2 社會效益

煤泥干燥系統的成功應用，不僅提高了煤泥產品的附加值，更主要的作用在于使煤泥的銷售、運輸等環節符合環保政策要求，避免了企業因煤泥處理問題得不到有效解決而被迫停產的局面，社會效益巨大。

干燥后的煤泥外形成圓球狀，具有較高的強度，無論從運輸上、儲存上大大降低了粉塵量，響應了環保政策要求，具有一定的社會效益和推廣價值[10]。

4 結語

通過煤泥干燥系統在馬頭洗選廠的實踐與應用，烘干后的煤泥水分可由27%降至13%，提高了產品的附加值，徹底解決了煤泥在儲存和運輸中的問題，確保了煤泥銷路，為企業正常洗煤生產提供了可靠保障。同時，經過干燥后的煤泥，發熱量有所提高，也為企業帶來了可觀的經濟效益。