型煤干燥設備結構設計分析范文

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摘要:針對型煤干燥過程能源利用效率低、粉塵污染嚴重等問題,設計開發了一套通過在煤層下方鋪設導熱油管提供熱量,并利用余熱回收裝置提高能源利用效率的型煤干燥裝置。介紹了型煤干燥設備的總體結構,并對該裝置的導熱油爐、干燥室、余熱利用裝置3部分進行了結構分析,其中干燥室內鋪設多層導熱油管以逐步加熱煤層和空氣,從而能夠在較小的風速條件下實現型煤的高效率干燥。通過結構分析和企業應用情況反饋表明,在保持相同干燥效率條件下,與不采用換熱排管的裝置相比,本裝置在干燥過程中型煤幾乎沒有破損,干燥風速降低30%以上,單產能量消耗降低超過10%。因此,所設計的裝置可以顯著提高型煤成品率,降低粉塵污染,提高能量利用效率,降低企業生產成本,有助于型煤的推廣利用。

關鍵詞:機械設計其他學科;型煤干燥;鏈板輸送;導熱油;余熱利用

中國是煤炭生產和消費大國,每年要燃燒幾十億噸的煤炭,其中一半左右為散煤直接燃燒,能源利用效率低,造成了嚴重的環境問題[1-4]。試驗研究表明,與散煤相比,型煤燃燒可以提高能源利用效率20%以上,煙塵排放量可減少超過89%,氮氧化物減少60%,SO2減少50%,是節約能源、提高能源利用率、提高經濟效益的有效途徑[5-7]。工業爐窯使用型煤代替散煤,節煤和環保效果更加顯著[8]。型煤生產工藝簡單,成本低廉,管理方便,應用前景廣闊。然而,在型煤干燥方面,目前國內型煤干燥設備主要有隧道式干燥器、鏈式干燥器和直立式干燥器3種干燥裝置,干燥介質多為熱空氣和煙氣,效率低且溫度不易控制,型煤易自燃[9-13];為了提高干燥效率,需要使用大功率風機,產生大量粉塵,既耗能又污染環境[14-16]。為降低型煤干燥過程中耗能和污染的問題,設計了一種節能新型型煤干燥設備,利用加熱的導熱油對型煤進行干燥,通過導熱油爐控制導熱油溫,實現溫度的準確控制,防止型煤自燃。該設備能夠有效提高型煤成型率,降低熱量消耗和環境污染,對于型煤的推廣利用具有明顯的促進意義。

1型煤干燥設備的總體結構

新型型煤干燥設備及整體干燥工藝流程如圖1所示。型煤干燥設備主要包括3部分:導熱油爐,干燥室和余熱利用裝置。導熱油爐主要加熱導熱油,為干燥型煤提供熱源;干燥室內布置雙鏈板式型煤輸送裝置,導熱油排管置于鏈板輸送裝置之下;余熱利用裝置利用從干燥室排出的廢氣,對新空氣進行加熱。導熱油爐加熱后的導熱油,經循環泵進入干燥室內的導熱油排管,使其與廢氣進行換熱,同時,在兩者共同作用下對輸送裝置上的型煤進行干燥。干燥結束后的導熱油回流至導熱油爐中,如此反復循環持續對型煤進行干燥。從干燥室排出的廢氣由引風機引入余熱利用裝置,與新空氣換熱后最終由排出口排出。加熱后的新鮮空氣以較小的流速引入干燥室內,帶走干燥室產生的水蒸氣,提高型煤的成型質量。

2干燥室結構分析

干燥室是整個工藝流程的關鍵裝置,如圖1所示。型煤通過進料口1落在鏈板式輸送裝置的承載鏈板4上,承載鏈板4借助軸8的轉動在起支撐作用的水平導軌上運動,當承載鏈板運動到V形落料區域時,型煤滾落至下一層的承載鏈板上。V形落料結構能保證型煤持續落下,最終從出料口離開。輸送裝置主要包括軸、鏈輪、承載鏈板和導向滑軌。承載區、翻轉區和V形落料區組成物料輸送區,如圖2所示,本設備設計的V形落料結構可防止型煤在下落時由于速度過快而碎裂,提高型煤成品合格率。設計的圓弧滑軌可保證承載鏈板平穩翻轉,降低磨損,提高承載鏈板的使用壽命。承載鏈板結構由柵條、邊框、支撐鏈板輪和鏈條軸組成,如圖3所示。柵條在邊框內自支撐鏈板輪端由高到低均勻間隔焊接,減緩落料時型煤的下落速度,防止成型型煤破碎。導熱油排管結構包括進油口、出油口、兩端封閉的橫管和換熱排管,如圖4所示。傾斜布置的導熱油排管進油口低于出油口,當循環泵停止工作時,導熱油可自動從導熱油排管中回流至導熱油爐繼續加熱,降低運行成本。通過在型煤干燥企業試驗測試本裝置的性能,發現在保持相同干燥效率的條件下,本裝置比不采用換熱排管的裝置可以降低干燥風速30%;由于引入了V形落料結構,型煤在下落過程中幾乎沒有損壞,提高了產品質量和市場競爭力。

3導熱油爐結構分析

導熱油爐又稱有機熱載體爐。一般以煤、油、汽為燃料,可以通過熱載體將熱送給用熱設備,冷卻后的熱載體重新進入爐內加熱。導熱油爐可在低壓條件下獲得較高的工作溫度,也可以精確控制熱載體的運行[17-18]。本設計選用臥式鏈條爐排導熱油爐。導熱油爐主體使用管架式結構,內部安裝蛇形管和門型管;采用鏈條爐排結構,自動添加燃料;設有除渣裝置,保證燃料充分燃燒[19]。

4余熱利用裝置結構分析

傳統干燥設備并沒有設置余熱利用裝置,直接將從干燥室排出的含蒸汽氣體排放到大氣,浪費大量熱能,造成損失。該設備設有余熱利用裝置,如圖5所示。可利用從干燥室排出的蒸汽熱量對進入干燥室的新空氣預熱,減少熱量的損失,提高能量利用率。通過引入余熱利用裝置,單位產量的能量消耗降低了10%,降低了生產成本,提高了企業的市場競爭力。

5結語

針對型煤干燥中存在的主要問題,開發了一套由導熱油爐、干燥室、余熱利用裝置3個主要部分組成的型煤干燥裝置。該裝置采用了V型落料結構,并在型煤層下方鋪設了導熱油管對干燥用空氣進行再加熱,設置了能量回收裝置預熱進入干燥室的新鮮空氣,大大提高了型煤的產品質量,降低了成本,對于型煤干燥工藝改進和技術推廣具有明顯的意義。通過對裝置的結構分析和技術測試,得出主要結論如下。1)型煤干燥設備采用雙鏈板式輸送結構及V型落料結構,避免了型煤下落過程中的損壞。裝置的生產實踐檢測表明,采用該裝置后,型煤在下落過程中幾乎沒有損壞,大大提高了型煤成品的合格率。2)在型煤層下方設置了導熱油管,對空氣進行再加熱,從而降低了型煤干燥過程中所需的風速;測試表明,在相同干燥效率條件下,該裝置能夠降低干燥風速30%以上,明顯降低了粉塵污染,減少了型煤損壞。3)通過設置余熱回收裝置,提高了能源利用效率,單位產量的能量消耗降低了10%以上,提高了企業的產品競爭力。本文設計的導熱油管在除垢、清灰方面不夠方便,部分部件維修、更換困難,這需要在未來的研究中進一步優化。

作者：于新奇 韓偉信 魏青 劉慶剛 單位：河北科技大學機械工程學院