用于水煤浆煤渣干化处理的双向自净原料干化机设计分析

摘 要：水煤浆煤渣干化处理是用煤行业环保导向型改造升级的科技手段，文章结合某公司水煤浆煤渣干化处理项目，分析了双向自净原料干化机设计要点，通过采用优化处理吞吐量，应用耐磨材料，增加除尘换风设备等措施，提升了双向自净原料干化机的零部件使用寿命和综合处理效果，保障尾气处理系统的正常运转。

关键词：水煤浆煤渣干化;双向自净原料干化机;尾气白烟;叶片磨损

一、 引言

含水量较大的煤渣污泥对于地下水质、土壤的污染影响较大。随着环保意识的提升和相应政策的出台，近年来，我国大力倡导采用煤渣污泥干化技术实现水煤浆中的水分去除，从而促进煤炭资源的再次开发利用，作为土壤改良剂、化学肥料等，同时，达到节能与环保的要求。文章结合某公司水煤浆煤渣干化处理项目，分析了双向自净原料干化机设计要点，以期为类似项目的设计开发提供借鉴。

二、  项目概况

在环保导向型的产业升级指引下，为落实用煤管控要求，促进企业生态环境建设，某石化公司决定实施煤粗渣干化环保项目，项目总投资为588万元。该项目的具体指标要求为，能够针对水煤浆装置煤气化炉下料粗渣（煤含碳量约35%），在实施工艺烘干、精制等流程后，能够将粗渣含水量由60%干化至10%左右，再转供该公司热电锅炉继续使用，提高资源的利用率。同时煤渣干化过程中产生的粉尘和尾气需要进行除臭和无害化处理。

项目要求该处理产线可实现24小时不间断生产运作，可以达到年加工煤粗渣6万吨，从环境保护的角度可以减少煤粗渣粉尘含量，从节能减排的角度又可以充分循环利用煤炭资源，符合了现有的产业升级理念。

三、  煤渣干化工艺流程

综合考虑本案中进装置物料的含水率为55%，出装置的物料的含水率为≤16%的指标要求和现场情况，因此不宜采用直接加热法或热辐射法，故而本项目中选用的主要工艺流程是蒸汽间接传导加热干燥法，可以做到传导均匀，加热面积广，单位时间处理吞吐量较大的特征，其工艺流程如图1所示。

由图1可知，蒸汽间接传导加热干燥法主要包含三个处理流程：进料、处理和排放/出料流程。在进料流程中，湿渣料斗位于渣场，采用机械装卸方式将湿渣倒入湿渣料斗，通过螺旋输送机进行水煤渣污泥的转移运输。处理流程采用双向自净原料干化机进行间接加热干燥。排放和出料流程分由除尘器和引风机进行尾气处理和煤渣干料的螺旋输送，最终运送至干渣料斗并转移至螺旋输送机，通过陆运输送至热力发电场实现干化煤渣的能源再利用。

四、 双向自净原料干化机的设计分析

根据干化煤渣的处理工艺，其核心处理机械设备是双向自净原料干化机，项目基于双向自净原料干化机的工作原理与设计难点，对双向自净原料干化机进行了优化设计。

（一）双向自净原料干化机的工作原理

从工作原理而言，双向自净原料干化机应用的是间接蒸汽热传导干燥技术，通过热蒸汽传导实现水煤渣污泥中水分的转移去除。首先通过螺旋输送机输开始进料，未脱水的水煤浆（含水量55%）运送至双向自净原料干化机的顶部进料口。双向自净原料干化机采用的是旋转干燥的工艺，通过内部转子的搅拌推动下，同时实现煤渣的干燥处理和输送功能，即在不断向出料口运动的同时，通过蒸汽加热传热间接干燥水煤渣，使之成为含水率在10%～16%区间的干燥产品。最后干化机出口通过自身所带螺旋输送机输送至出料刮板输送机，通过刮板输送机输送至煤渣出料料仓，出料料仓再卸放至卡车运输至热电厂进行热处理，可以充分利用煤渣资源。同时，煤粗渣干化过程中会产生对环境有污染的废气和粉尘，产生大量臭味和可吸入颗粒物，需要进行固相和气相的分离处理。废气和粉尘被引风机抽出干化主系统，经过尾气处理系统处理后，达标的尾气进行高空排放。

因此，双向自净原料干化机主要包括与送料的接口部分，螺旋输送机叶片搅拌结构和转子结构等组成。

（二）双向自净原料干化机的设计难点

在系统调试过程中发现，双向自净原料干化机具有如下设计难点。

1. 机械部件耐磨程度低

由于双向自净原料干化机承担着输送和处理功能，且要保证每天24小时不间断处理，要求双向自凈原料干化机的机械结构具有较强的使用寿命和抗磨损性能。机器的磨损程度由四个因素决定，机械设备的材料特性、待处理样品的物料特性、机械设备的使用时间以及单位时间的处理吞吐量。由于使用时间固定，待处理水煤渣的物料中颗粒度较大、硬度较大，且出于成本考虑无法增加前期处理工序，最终导致了干化机自带的螺旋输送机叶片磨损速度相当快，不仅导致了机械设备维护成本的提升，还会影响生产节拍。

2. 白烟现象

干化后的煤渣含水率在10%～16%会产生部分废气和粉尘，需要进行分离处理。然而由于干化机内部温度较高，再经过引风机的抽吸工序后，会将一部分的受热漂浮的粉尘带入尾气处理系统，使尾气处理系统处理能力下降，产生“白烟”现象，这是由于废气和粉尘的分离度较差导致的。

（三）双向自净原料干化机的优化设计及调试效果

根据上述工艺难点，首先针对干化机自带的螺旋输送机叶片磨损速度快的问题，考虑到影响机械寿命的四种因素物料特性、机械材料、处理时间和处理吞吐量，可以进行调控的部分只有机械材料和处理吞吐量两个部分，故而做出如下优化设计。

1. 对于处理吞吐量的优化，通过增大输送机的输送量，改善双向自净原料干化机机械叶片和待处理样品之间的接触界面，缓解单位面积的压强分布，从而减小工作负荷减缓磨损速率。

2. 从机械材料的角度考虑，原先采用的Q235B低碳钢硬度为120-180HB，不能承受水煤渣长时间的搅拌磨损。现在采用的强度耐磨钢板NM400具有高达360-450HB的硬度，能够抵抗水煤渣和干燥煤渣的搅拌磨损。

从试运行调试的结果来看，通过输送吞吐量的优化和双向自净原料干化机叶片材料强度的提升，实际运行时能够有效地缓解叶片磨损的现象，协同提升机械设备的使用寿命，维护了正常的生产节拍。

此外，针对影响尾气处理过程中废气和粉尘分离的因素，对粉尘的热量控制显得尤为重要。因此本案通过增加风道工艺处理设备的方案实现对粉尘和废气的有效分离，实际操作中增加了旋风除尘器、换热器及更换风机，这样可以优化风道结构，通过旋风实现高效的固相、气相分离技术，在尾气处理系统前去除绝大部分粉尘，同时也可以将尾气温度先进行一次冷却，降低尾气温度，从而进一步保证后面的尾气处理系统正常的工作状态。

从试运行的结果来看，采用了新增风道优化设备之后，粉尘进入尾气处理系统的概率大幅度降低，有效减少了白烟现象的产生，不仅实现了废气与粉尘较大程度的气固分离，同时还维护了尾气处理系统的使用寿命。

五、 总结

文章通过对双向自净原料干化机运行过程中机械磨损和尾气“白烟”问题现象的成因分析，针对性地调整了煤渣污泥的输送量、螺旋输送叶片材质和粉尘、废气分离风道系统，取得了良好的收效。该项目设计思路可以推广应用于相关的污泥干化分离项目。

参考文献：

[1]章耀，张友根，郭自明，等.WG型污泥干化机成套装置的特点及工程应用%Characteristics and Engineering Application of WG Sludge Drying Machine Set[J].中国给水排水，2010，26（24）：119-120.

[2]徐晓，卢江，董金善.空心桨叶干燥机的设计[J].装备制造技术，2008（9）：110-112.

作者简介：傅崇骏，南京益能环境工程有限公司。