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型煤干燥设备结构设计分析

2019/05/28 阅读:

摘要:针对型煤干燥过程能源利用效率低、粉尘污染严重等问题,设计开发了一套通过在煤层下方铺设导热油管提供热量,并利用余热回收装置提高能源利用效率的型煤干燥装置。介绍了型煤干燥设备的总体结构,并对该装置的导热油炉、干燥室、余热利用装置3部分进行了结构分析,其中干燥室内铺设多层导热油管以逐步加热煤层和空气,从而能够在较小的风速条件下实现型煤的高效率干燥。通过结构分析和企业应用情况反馈表明,在保持相同干燥效率条件下,与不采用换热排管的装置相比,本装置在干燥过程中型煤几乎没有破损,干燥风速降低30%以上,单产能量消耗降低超过10%。因此,所设计的装置可以显著提高型煤成品率,降低粉尘污染,提高能量利用效率,降低企业生产成本,有助于型煤的推广利用。

关键词:机械设计其他学科;型煤干燥;链板输送;导热油;余热利用

中国是煤炭生产和消费大国,每年要燃烧几十亿吨的煤炭,其中一半左右为散煤直接燃烧,能源利用效率低,造成了严重的环境问题[1-4]。试验研究表明,与散煤相比,型煤燃烧可以提高能源利用效率20%以上,烟尘排放量可减少超过89%,氮氧化物减少60%,SO2减少50%,是节约能源、提高能源利用率、提高经济效益的有效途径[5-7]。工业炉窑使用型煤代替散煤,节煤和环保效果更加显著[8]。型煤生产工艺简单,成本低廉,管理方便,应用前景广阔。然而,在型煤干燥方面,目前国内型煤干燥设备主要有隧道式干燥器、链式干燥器和直立式干燥器3种干燥装置,干燥介质多为热空气和烟气,效率低且温度不易控制,型煤易自燃[9-13];为了提高干燥效率,需要使用大功率风机,产生大量粉尘,既耗能又污染环境[14-16]。为降低型煤干燥过程中耗能和污染的问题,设计了一种节能新型型煤干燥设备,利用加热的导热油对型煤进行干燥,通过导热油炉控制导热油温,实现温度的准确控制,防止型煤自燃。该设备能够有效提高型煤成型率,降低热量消耗和环境污染,对于型煤的推广利用具有明显的促进意义。

1型煤干燥设备的总体结构

新型型煤干燥设备及整体干燥工艺流程如图1所示。型煤干燥设备主要包括3部分:导热油炉,干燥室和余热利用装置。导热油炉主要加热导热油,为干燥型煤提供热源;干燥室内布置双链板式型煤输送装置,导热油排管置于链板输送装置之下;余热利用装置利用从干燥室排出的废气,对新空气进行加热。导热油炉加热后的导热油,经循环泵进入干燥室内的导热油排管,使其与废气进行换热,同时,在两者共同作用下对输送装置上的型煤进行干燥。干燥结束后的导热油回流至导热油炉中,如此反复循环持续对型煤进行干燥。从干燥室排出的废气由引风机引入余热利用装置,与新空气换热后最终由排出口排出。加热后的新鲜空气以较小的流速引入干燥室内,带走干燥室产生的水蒸气,提高型煤的成型质量。

2干燥室结构分析

干燥室是整个工艺流程的关键装置,如图1所示。型煤通过进料口1落在链板式输送装置的承载链板4上,承载链板4借助轴8的转动在起支撑作用的水平导轨上运动,当承载链板运动到V形落料区域时,型煤滚落至下一层的承载链板上。V形落料结构能保证型煤持续落下,最终从出料口离开。输送装置主要包括轴、链轮、承载链板和导向滑轨。承载区、翻转区和V形落料区组成物料输送区,如图2所示,本设备设计的V形落料结构可防止型煤在下落时由于速度过快而碎裂,提高型煤成品合格率。设计的圆弧滑轨可保证承载链板平稳翻转,降低磨损,提高承载链板的使用寿命。承载链板结构由栅条、边框、支撑链板轮和链条轴组成,如图3所示。栅条在边框内自支撑链板轮端由高到低均匀间隔焊接,减缓落料时型煤的下落速度,防止成型型煤破碎。导热油排管结构包括进油口、出油口、两端封闭的横管和换热排管,如图4所示。倾斜布置的导热油排管进油口低于出油口,当循环泵停止工作时,导热油可自动从导热油排管中回流至导热油炉继续加热,降低运行成本。通过在型煤干燥企业试验测试本装置的性能,发现在保持相同干燥效率的条件下,本装置比不采用换热排管的装置可以降低干燥风速30%;由于引入了V形落料结构,型煤在下落过程中几乎没有损坏,提高了产品质量和市场竞争力。

3导热油炉结构分析

导热油炉又称有机热载体炉。一般以煤、油、汽为燃料,可以通过热载体将热送给用热设备,冷却后的热载体重新进入炉内加热。导热油炉可在低压条件下获得较高的工作温度,也可以精确控制热载体的运行[17-18]。本设计选用卧式链条炉排导热油炉。导热油炉主体使用管架式结构,内部安装蛇形管和门型管;采用链条炉排结构,自动添加燃料;设有除渣装置,保证燃料充分燃烧[19]。

4余热利用装置结构分析

传统干燥设备并没有设置余热利用装置,直接将从干燥室排出的含蒸汽气体排放到大气,浪费大量热能,造成损失。该设备设有余热利用装置,如图5所示。可利用从干燥室排出的蒸汽热量对进入干燥室的新空气预热,减少热量的损失,提高能量利用率。通过引入余热利用装置,单位产量的能量消耗降低了10%,降低了生产成本,提高了企业的市场竞争力。

5结语

针对型煤干燥中存在的主要问题,开发了一套由导热油炉、干燥室、余热利用装置3个主要部分组成的型煤干燥装置。该装置采用了V型落料结构,并在型煤层下方铺设了导热油管对干燥用空气进行再加热,设置了能量回收装置预热进入干燥室的新鲜空气,大大提高了型煤的产品质量,降低了成本,对于型煤干燥工艺改进和技术推广具有明显的意义。通过对装置的结构分析和技术测试,得出主要结论如下。1)型煤干燥设备采用双链板式输送结构及V型落料结构,避免了型煤下落过程中的损坏。装置的生产实践检测表明,采用该装置后,型煤在下落过程中几乎没有损坏,大大提高了型煤成品的合格率。2)在型煤层下方设置了导热油管,对空气进行再加热,从而降低了型煤干燥过程中所需的风速;测试表明,在相同干燥效率条件下,该装置能够降低干燥风速30%以上,明显降低了粉尘污染,减少了型煤损坏。3)通过设置余热回收装置,提高了能源利用效率,单位产量的能量消耗降低了10%以上,提高了企业的产品竞争力。本文设计的导热油管在除垢、清灰方面不够方便,部分部件维修、更换困难,这需要在未来的研究中进一步优化。

作者:于新奇 韩伟信 魏青 刘庆刚 单位:河北科技大学机械工程学院

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