一种热气流煤样快速干燥方法

杨匀龙

(贵州华昌汽车电器有限公司，贵阳 550006)



一种热气流煤样快速干燥方法

杨匀龙

(贵州华昌汽车电器有限公司，贵阳 550006)

煤炭检验过程中的干燥问题一直制约着煤质检测的效率及结果，介绍了一种热气流干燥方法.经实验证明，该方法可以快速去除煤样外在水分，有效进行实验室煤样快速干燥，满足制样要求，且不会影响煤样本身特性.

煤样；煤炭检验；热气流；干燥

0 引 言

我国是世界第一产煤大国，同时也是第一消费大国.我国能源结构有“富煤、缺油、少气”的特点，因此在未来相当长一段时间内仍将以煤炭为主要能源.随着工业化进程的不断推进发展，国家日益重视节能环保产业的发展.尤其在煤炭领域，必须改变以往粗放型的资源利用模式，转为集约型模式，因此必须加大对煤炭质量的检验[1].煤炭的质量检验一直是供需双方争论的焦点，因为它直接关系到煤炭价格，关乎供需双方的利益.造成煤质纠纷的根本原因固然是供需双方利益的矛盾性，但客观上，煤质分析和检测方法及检测工具的差异，也是产生煤质纠纷的关键因素之一.

煤的质量检测主要通过对其样品进行化验分析.而煤样的制备是指通过一定工具、装置和方法使煤样达到分析或试验状态，包括破碎、混合、缩分和干燥等环节[2].其中干燥是制样过程中影响测试结果最重要的环节，如果干燥设备不符合要求或存在技术缺陷而影响到样品制备的代表性，将直接影响后续煤质分析的测试结果，使其产生检测误差，影响煤炭科学结算与公平交易[3].此外我国目前火力发电以及其他煤炭应用行业对煤的检测方面，普遍存在依靠传统人工采样以及实验化验分析方式，不能实时提供数据，制约对煤炭的利用率，资源浪费严重，其中最为关键的问题在于制样过程中的干燥技术无法满足实际要求.因此为确保样品的代表性以及提高样品制备效率，科学有效的干燥方式显得尤为重要.

本文提出了一种热气流煤样快速干燥方法，该方法是将干燥后的热气流通过煤样，热气流与煤样充分接触进行热交换，将煤样中的水分蒸发出来并随气流带走，从而实现煤样的快速干燥.

1 热气流干燥工艺

煤样干燥是通过一定方法除去煤中大量水分的操作过程，目的在于使煤样能顺利通过破碎机、缩分设备及二分器等，避免因湿度较大导致粘堵现象，影响样品代表性[3-4].目前国内外针对煤的干燥研究主要停留在工业应用方面，对煤样的干燥研究投入仍不够[2-3].国外在煤炭干燥技术研究投入了相当大的力量，如澳大利亚专门成立了两个研究中心来研究煤的发电利用技术，其中煤质干燥技术是其研究重点之一.目前普遍采用的有间接干燥法和直接干燥法两种.间接干燥是利用过热蒸汽(250～350 ℃)间接加热使煤炭干燥的方法，包括流化床蒸汽干燥技术、空气蒸汽联合干燥技术等.该方法耗能大且耗水量大，不宜在干旱缺水地区使用.直接干燥法是将热烟气与煤直接接触进行干燥的方法，包括高温干燥和低温干燥两种.传统的直接干燥法是采用350～600 ℃的高温烟气进行干燥，但由于温度过高，对易燃煤尤其是褐煤损失大.而采用低温直接干燥法则效率较低.上述技术主要应用于煤炭工业化干燥，目前在煤样预处理环节主要采用以下两种干燥方法：一是空气自然晾干方式.该方法将煤样平摊在干燥地面上，厚度约20 mm左右，通过太阳光与自然风对煤样表面进行干燥.该方法不会改变煤样特性，但人工劳动强度大，且费时(一般需要1～2天)，占用场地大.二是采用热风或大烘箱烘干方式.该方法采用大功率加热装置对煤样进行烘干处理，温度一般可控.该方式干燥效率较第一种高，但当煤样干燥到一般程度后，即湿度饱和后，干燥效率大大降低.目前实验室一般普遍采用第二种方式.

已有研究表明，颗粒状物体三种干燥方式中(接触干燥、表面干燥和穿透干燥)，效率最低的是接触干燥，效率最高的是穿透干燥.一般的接触干燥效率为12～30 kg水/(m2·h)，表面干燥为18～40 kg水/(m2·h)左右，而穿透干燥可达150～200 kg水/(m2·h).接触干燥是靠加热板与煤样接触热传递，自然散热效果低；表面干燥一段时间后，煤样表面湿度小于内部湿度，表面温度高于内部温度，从而在表面形成一层“保护膜”，导致内部水分无法有效排出，影响干燥效率；而穿透干燥在干燥过程中，产生的水分实时被热气流带走，内部与表面湿度差较小，可极大提高干燥效率.

本文提出的热气流干燥法采用的是穿透干燥方法，将干燥后的热气流通过煤样，其中气流温度可以调节控制[6].热气流与煤样充分接触进行热交换，将煤样中的水分蒸发出来并随气流带走，从而实现煤样的快速干燥，其原理如图1所示.

图1 煤样干燥原理图

热气流干燥装置系统如图2所示.空气经过加热器加热达到一定温度后，经过煤样，由于煤样的阻碍，热气流会与煤层充分接触，从而进行热传递，将煤样吸附的外在水分干燥，干燥后的水汽随热气流带动，避免煤层局部水蒸汽饱和从而导致干燥效率低下问题.

图2 煤样热气流干燥装置

采用该方法有以下优势：

一是温度可控.煤干燥温度不宜过高，尤其是年青煤褐煤，一般干燥温度超过40 ℃易导致煤加速氧化，从而样品特性发生改变，影响后续煤样的化验结果.不同的煤种可以根据实际需要选定不同的干燥温度，在保证不改变样品特性前提下提高干燥效率.

二是热气流与煤样接触面积大，干燥速率快，远远高于传统的表面干燥方法.能够满足煤质实验室化验干燥要求.

2 实验验证

利用图2所示热气流干燥装置，选用水分较大的褐煤为干燥煤种.褐煤是煤化程度最低的煤种，其水分含量较大，一般高达30%，具有挥发份高、热值低、化学反应性强、热稳定性差、易氧化、存放空气中易风化变质、破碎后多呈粉末状等特点.随着对能源的急剧消耗和需求，褐煤在市场应用中扮演着非常重要的角色，是煤炭行业的生力军，因其水分较大，在化验前干燥环节显得尤为重要.

本实验选用制粉前褐煤样品，粒度为Φ3 mm，外水约11%左右，为不影响褐煤特性，干燥温度设为40 ℃.分别采用热气流干燥法和普通干燥箱干燥法进行对比实验，以是否能顺利进行制粉为条件判断干燥结束，即制粉时不粘不堵，样品不损失.检测结果如表1所示.

表1 两种不同干燥方法测试结果

根据干燥过程中现象可获知，采用热气流干燥法干燥褐煤表面及内部干燥均匀，只需20 min即可达到制粉要求.而干燥箱干燥法干燥褐煤时，煤表面干燥较快，但是内部干燥速率较慢，干燥不均匀，需65 min才能顺利制粉.

3 结 论

本文提出了一种热气流煤样快速干燥方法，该方法是将干燥后的热气流通过煤样，热气流与煤样充分接触进行热交换，将煤样中的水分蒸发出来并随气流带走，从而实现煤样的快速干燥.通过与普通干燥箱干燥法进行对比实验表明，采用热气流干燥法可有效对煤样进行干燥预处理，干燥效率高，且不影响煤样本身化学特性，可有效应用于煤炭化验实验室干燥处理.

[1] 尹立群. 我国褐煤资源利用及其利用前景[J]. 煤炭科学技术，2004, 32(8): 12-14.

[2] 蒋 斌, 高俊荣, 贾世阳，等. 褐煤干燥脱水技术的研究进展[J]. 干燥技术与设备, 2011, 2: 64-68.

[3] 张振涛, 杨鲁伟, 董艳华，等. 褐煤干燥脱水技术研究进展[J]. 煤质技术，2010(6): 4-7.

[4] 林木松. 煤样空气干燥状态对煤炭计价的重要性及分析的要求[J], 华东电力, 2000, 28(4): 62-63.

[5] 那来富, 温前锋, 温瑞成, 于 涛. 煤样不同干燥方式对化验指标的影响[J]. 大观周刊, 2012, 49: 136-137.

[6] 李兴旺, 刘振德. 实验室空气干燥煤样方法探究[J]. 煤质技术，2013(1): 42-45.

[7] 郭树才. 煤化学工程[M]. 北京：冶金工业出版社，1991.

[8] 潘永康, 王喜忠，刘相东. 现代干燥技术[M]. 北京：化学工业出版社，2006.

[9] 陶建红. 褐煤千爆特性研究[J]. 洁净煤技术, 2010, 16(4):67-69 .

A Quick Drying Method of Coal Through Hot Gas

YANG Yun-long

(Guizhou Huachang Automobile Electrical Appliance Co., Ltd., Guiyang 550006, China)

Drying problem in the process of coal inspection always restricts the efficiency and result of coal quality detection.This paper introduces a drying method using by hot gas. The experiment proves that the method can quickly remove coal's external water and dry the laboratory coal. So it meets the requirements of sample preparation, and does not affect coal's characteristics.

coal; coal inspection; hot gas; drying

2014-11-04

杨匀龙(1971-)，男，本科，高级工程师，研究方向：机械制造.

TH534+.2

B

1671-119X(2015)01-0034-03