路子龍

（冀中能源股份有限公司 東龐礦，河北 邢臺(tái) 054201）

1 概述

東龐礦洗煤廠煤泥干燥系統(tǒng)自2019 年投用使用，最初生產(chǎn)能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求甚至超出設(shè)計(jì)的小時(shí)處理能力26 t 的要求，但設(shè)備老化磨損，煤泥性質(zhì)變化，處理能力和效率波動(dòng)較大。針對(duì)這些情況，對(duì)原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)解決方法。洗煤廠干燥車間采用煤泥低溫蒸汽列管回轉(zhuǎn)干燥工藝。壓濾車間煤泥由皮帶卸入緩沖料倉，或卸到煤泥堆場(chǎng)后由橋吊抓斗上至緩沖料倉，料倉下經(jīng)皮帶機(jī)與返料一并運(yùn)至雙軸攪拌機(jī)，攪拌機(jī)下進(jìn)入上料螺旋，由上料螺旋進(jìn)入干燥機(jī)，干燥后的煤泥出料進(jìn)入產(chǎn)品上倉皮帶，產(chǎn)品倉下煤泥由給料機(jī)進(jìn)入裝車皮帶，可直接裝車外銷，也可由裝車皮帶卸自原有中煤皮帶，進(jìn)入電廠。

蒸汽熱源來自礦矸石電廠，采用電廠的高壓蒸汽，經(jīng)減溫減壓后供干燥機(jī)使用。

煤泥在干燥過程中產(chǎn)生的蒸發(fā)濕氣，先經(jīng)濕法除塵器除塵冷凝，水源為洗煤廠循環(huán)水，除塵冷凝后的少量濕氣（主要為不凝氣體）直接排入集水池。蒸汽冷凝水經(jīng)汽水分離器后進(jìn)入水箱，由回水泵送至洗煤廠壓濾車間。

以煤泥灰分調(diào)整較大的2021—2022 年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為參照（表1）。

表1 干燥車間2021-2022 年煤泥球銷售量及灰分統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of sales and ash of slime balls in drying workshop from 2021 to 2022

排除個(gè)別月份由于礦檢修安排或?qū)嶋H生產(chǎn)天數(shù)差別，同時(shí)忽略部分時(shí)間由于電廠供暖造成的蒸汽溫度和壓濾波動(dòng)及給料系統(tǒng)老化磨損帶來的影響，干燥車間產(chǎn)量逐步下降，與之相對(duì)應(yīng)的煤泥累計(jì)灰分也逐步提升。

由此可以推斷，煤泥干燥的處理能力和效率與煤泥灰分粒度組成必然有著一定聯(lián)系。

2 原因分析

不同時(shí)期煤泥篩分試驗(yàn)見表2～表5。

表2 2021 年5 月19 號(hào)夜班尾礦小篩分試Table 2 Night shift tailings small screening test on May 19,2021

表3 2021 年11 月4 日尾礦小篩分Table 3 Small screening of tailings on November 4,2021

表4 2022 年1 月22 日早班壓濾產(chǎn)品小篩分Table 4 Small screening of early shift filter press products on January 22,2022

表5 2022 年3 月2 日中班壓濾產(chǎn)品小篩分Table 5 Small screening of filter press products in the middle shift on March 2,2022

不同時(shí)期煤泥灰分變化主要體現(xiàn)在-0.045 mm粒度級(jí)的產(chǎn)率及灰分變化，該粒度級(jí)灰分普遍在65～70，隨著煤泥灰分的提高，該粒度級(jí)的占比也逐步提高，煤泥中浮選藥劑殘留及絮凝劑殘留量增加，帶來的影響就是煤泥粘度增加，水分增加，相應(yīng)的煤泥干燥效率降低。

具體原因推斷為煤泥灰分升高，細(xì)粒級(jí)增加，粘度提高后，煤泥在干燥機(jī)內(nèi)部分布運(yùn)動(dòng)帶來的充填率變化和煤泥團(tuán)粒度變化造成的熱交換效率的降低。

2.1 填充率的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)資料，在試驗(yàn)機(jī)內(nèi)試驗(yàn)煤泥填充率與煤泥干燥效率有著密切關(guān)系。

由表6 可以看出，在煤泥填充率相同的條件下，干燥溫度越高干燥速率越快，所需的干燥時(shí)間越短。隨著干燥機(jī)中煤泥填充率的升高，煤泥含水率干燥至13.5%左右時(shí)所需的干燥時(shí)間先減少后增加，即煤泥干燥速率先增加后減小，當(dāng)填充率為25%時(shí)，煤泥含水率干燥至13.5%左右所需的干燥時(shí)間最短，即干燥速率最大，這主要是由干燥過程的傳熱方式和煤泥的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所決定的。常規(guī)認(rèn)為，在列管式回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)，物料干燥所需的熱量主要是在物料與列管壁面發(fā)生接觸時(shí)進(jìn)行傳遞的。當(dāng)干燥機(jī)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，煤泥在筒體內(nèi)作月牙狀運(yùn)動(dòng)，煤泥在筒體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖1 所示。當(dāng)煤泥填充率過高時(shí)，有一部分煤泥處于靠近轉(zhuǎn)筒圓心的非列管區(qū)域，無法和列管發(fā)生接觸，不利于煤泥和列管之間的熱傳遞，從而降低了該部分煤泥的干燥速率。而當(dāng)煤泥填充率過低時(shí)，煤泥將難以與筒體內(nèi)圈的列管進(jìn)行有效接觸，使列管的加熱面積得不到充分利用，也將使干燥速率有所降低。

圖1 正常狀態(tài)下干燥機(jī)內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分布Fig.1 Distribution of material motion state in dryer under normal condition

表6 相同煤泥含水率達(dá)到13.64%所需的干燥時(shí)間Table 6 Drying time required for the same slime water content to reach 13.64%

表7 不同半徑煤泥團(tuán)比表面積差值Table 7 Difference of specific surface area of coal slime with different radius

而當(dāng)煤泥灰分過高，粘度過大時(shí)，進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)煤泥無法迅速分裂成小塊物料，反而隨著翻滾接觸形成一團(tuán)整體的濕粘煤泥存在于中心的非列管區(qū)域，與周邊列管接觸面積小，從而大大降低了干燥速率，如圖2 所示。

圖2 物料粘連無法分散時(shí)干燥機(jī)入料段內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分布Fig.2 Distribution of motion state in the feeding section of the dryer when the material adhesion cannot be dispersed

圖3 大顆粒煤泥干燥過程機(jī)理Fig.3 Drying process mechanism of large particle slime

為了使得粘連的煤泥迅速分散，提高與列管的接觸面積，最直接可行的方法為提高干燥機(jī)轉(zhuǎn)速，但同時(shí)又減少了煤泥在干燥機(jī)內(nèi)部的存留時(shí)間，造成產(chǎn)品水分過高，極端情況下煤泥與干燥機(jī)列管粘連，無法在筒體內(nèi)做月牙狀運(yùn)動(dòng)，反而隨著干燥機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，無法分散充分進(jìn)行熱傳遞。

2.2 接觸面積（物料粒度）的影響

由于煤泥粘連形成大煤泥團(tuán)，與桶內(nèi)熱空氣和列管的接觸面積大大降低，假設(shè)煤泥團(tuán)為球體，那么：

球體表面積為：S=4 π r2

體積為：V=(4/3)π r3

則相同體積下，不同半徑球球團(tuán)比表面積差距巨大，而實(shí)際生產(chǎn)過程中，低灰分煤泥分散和高灰分煤泥粘連后實(shí)際半徑平均差距約為4～5 倍，即煤泥進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)初始熱交換接觸面積差距約為16～25 倍，進(jìn)而使得煤泥分散過程更為緩慢，效率更為低下。

此外常規(guī)理論認(rèn)為，大球團(tuán)顆粒煤泥的低溫干燥過程，可分為預(yù)熱加速段、恒速段和降速段3 個(gè)階段。在預(yù)熱加速段，煤泥團(tuán)由其初始溫度快速被加熱，煤泥表面水分快速蒸發(fā)。在恒速干燥階段，熱量逐漸由煤泥顆粒外部表面?zhèn)飨騼?nèi)部，形成一層溫度恒定、水分恒定、干燥速率恒定的區(qū)域，水分由該區(qū)域逐漸向顆粒表面擴(kuò)散移動(dòng)，然后擴(kuò)散到周圍氣流中，因此恒速段的煤泥干燥受煤泥顆粒內(nèi)水分的傳遞速率所控制。隨著干燥溫度升高或煤泥團(tuán)粒度減小，煤泥恒速干燥段時(shí)間和水分范圍減小。受水分逐漸減小的影響，在恒速干燥段后，干燥速率慢速下降，形成慢速降速段。隨著干燥程度進(jìn)一步增大，煤泥表面逐漸形成一定厚度的干燥層，導(dǎo)致熱量從外部向顆粒內(nèi)部的傳遞以及水分從內(nèi)部向外部的傳遞阻力同時(shí)增大，最后導(dǎo)致煤泥干燥速率明顯緩慢，干燥過程進(jìn)入快速降速階段。

可見煤泥的干燥速率與煤泥球力粒度有關(guān)。當(dāng)球團(tuán)尺寸較大時(shí)，干燥速率隨煤泥球團(tuán)變化較小，當(dāng)煤泥球團(tuán)尺寸減小，煤泥最大干燥速率隨之增大。因此干燥機(jī)內(nèi)物料越快分散到較小尺寸，是影響干燥機(jī)效率的至關(guān)重要的前提條件，而粘連的高灰物料導(dǎo)致這一過程大大的延后。

綜上述原因可以判斷得出，煤泥中細(xì)泥含量越高，粘度越大，水分越高，對(duì)在干燥機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、煤泥團(tuán)粒度和充填率影響越大，從而降低煤泥干燥過程中的熱交換效率，從而間接影響干燥煤泥處理能力。

3 結(jié)語

隨著浮選效果的優(yōu)化和改進(jìn)，尾礦煤泥中的高灰細(xì)泥量增加必然導(dǎo)致煤泥干燥效率在一定程度上的降低。歸根結(jié)底是因?yàn)橄鄳?yīng)物料的水分和粘度的增加導(dǎo)致無法充分分散。可以考慮改進(jìn)尾煤壓濾系統(tǒng)以降低產(chǎn)品水分，如使用高壓力壓濾機(jī)或超高壓壓濾機(jī)。優(yōu)化煤泥粒度組成，通過摻粗等手段降低高灰細(xì)泥在煤泥中的占比，提高煤泥松散程度降低煤泥粘性，其次還可以改進(jìn)干燥機(jī)入料方式，通過提速增加葉片密度等手段以防止在入料攪拌過程中發(fā)生物料粘連，同時(shí)在給料時(shí)利用擠壓分割等手段降低煤泥進(jìn)入干燥機(jī)桶內(nèi)時(shí)的煤泥團(tuán)粒度，增加比表面積，從而達(dá)到提高干燥效率的目的。