杨友，宋鑫，何俊
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封475002）
［摘 要］滤饼是航天炉将煤高温气化燃烧反应及湿法除渣后的产物，具有粒度小、比表面积大、含水量高等特点，其燃烧性能远不及原煤，对于工厂而言，消纳滤饼的可靠方式是锅炉掺烧，而滤饼含水量远大于锅炉燃料煤，故降低滤饼水分成为消纳滤饼的关键环节。通过对多种滤饼干燥工艺进行分析与比选，认为滚筒干燥工艺是较为可行的方案，并建议将滤饼干燥后得到的粉煤采用粘结剂、压球机制成煤球，通过锅炉燃烧予以综合利用。经济核算表明，此举可获得良好的经济效益和社会效益。
［关键词］航天炉；滤饼；干燥工艺比选；压球成型工艺；工艺设计；系统配置；经济核算
［中图分类号］TQ546.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）04-0012-04
0 引 言
航天炉（HT-L）粉煤加压气化工艺是由航天长征化学工程股份有限公司开发的具有自主知识产权的煤气化工艺，属于一种以干煤粉为原料，采用激冷流程生产粗合成气的气流床煤气化技术，通过盘管式水冷壁、顶置下喷式单烧嘴、粉煤干法进料及湿法除渣等工艺方式，在较高温度及压力（4.0 MPa）下，以纯氧及少量水蒸气为气化剂在航天炉中对煤进行气化。
工艺过程中，煤粉经锁斗系统加压输送进入航天炉，与氧气、水蒸气等气化剂进行气化反应生成粗煤气［1］，粗煤气经激冷段激冷降温成饱和状态，然后进入文丘里洗涤器、洗涤塔等后续气体净化系统；未反应的碳组分及灰成分一部分以粗渣形态经渣锁斗、捞渣机送至渣场，另一部分以细渣形态随激冷水进入灰水处理系统，然后经两级闪蒸、絮凝沉淀、真空过滤后形成滤饼。
滤饼是航天炉将煤高温气化燃烧反应及湿法除渣后的产物，具有粒度小、比表面积大、含水量高等特点，其燃烧性能远不及原煤，因此对于工厂而言，消纳滤饼的可靠方式是锅炉掺烧，而滤饼含水量远大于锅炉燃料煤，这就使得降低滤饼水分成为消纳滤饼的关键环节。
航天炉的连续化生产要求滤饼消纳满足相应的工业生产要求，即满足机械化程度高、能耗低、技术可靠以及操作、维护方便等要求，以下结合河南晋开化工投资控股集团有限责任公司（简称河南晋开）二分公司厂区现有的公用工程情况，对滤饼干燥工艺进行比选。
1 滤饼干燥工艺的比较
1.1 滤饼掺煤
滤饼掺煤是指将滤饼与锅炉燃料煤按比例进行掺混，即通过大量锅炉燃料煤与滤饼的混合以降低滤饼的水分，然后将掺混有滤饼的燃料煤送入锅炉燃烧生产蒸汽。按240 t/h锅炉产9.8 MPa、540 ℃蒸汽以及锅炉热效率为85%计算，生产1 kg蒸汽的热量需求为4 087 kJ，除去生产1 kg蒸汽由高压锅炉水带入的热量813 kJ，生产1 kg蒸汽的燃料热量需求为3 274 kJ，则240 t/h锅炉产9.8 MPa、540 ℃蒸汽的燃料总热量需求为785 760 MJ/h，由此可对应估算出生产吨蒸汽不同品位入炉煤的耗量，具体见表1。
按滤饼发热量（收到基）1 300 kcal/kg、入炉煤低位发热量目标值5 000 kcal/kg计算，不同滤饼掺烧比例下燃料煤的热值要求见表2。可以看出，仅考虑入炉煤热值因素，随着滤饼掺烧比例的增大，工艺上对锅炉燃料煤的热值要求也随之提高。
滤饼掺混工艺要考虑掺混前原料的存取、掺混过程及掺混后原料的堆放和取用，若用真空过滤机产出的滤饼（含水量按47%计）直接与锅炉燃料煤（含水量按13%计）混合，不同掺混比例下入炉煤的水分变化见表3。
上述分析表明，由于滤饼含水量高，以10%的比例掺混入锅炉燃料煤中，掺混后入炉煤的水分已高达16.40%，这对皮带运输、煤仓储存等都会造成不便，甚至堵塞落煤管，即滤饼直接掺烧不能实现锅炉的连续运行，必须对滤饼进行干燥，需将滤饼水分降至15%左右，方能实现滤饼的综合利用。
1.2 滚筒干燥工艺［2］
滚筒干燥工艺流程简图见图1。滤饼经储料仓、提升皮带进入滚筒前料仓，经计量进入干燥滚筒，与滚筒前沸腾炉产生的高温热烟气直接接触除去其中的水分，滤饼干燥形成粉煤，粉煤经下部集料斗、成品输送皮带、运送小车送至燃料煤堆场。沸腾炉所用燃料煤经煤仓、斗提机进入中间煤仓，经计量后送入沸腾炉生产高温烟气；高温烟气与滤饼接触后形成的湿烟气，经集粉器除去大颗粒物，再经布袋除尘、烟气洗涤后达标排放。集粉器、布袋除尘器收集的粉煤，经成品输送皮带、运送小车送至燃料煤堆场。
滚筒干燥工艺的优点：对于含水量在50%左右的物料，其处理能力在30～60 t/h，且系统占地面积小、工艺简单，便于实现连续生产。
滚筒干燥工艺的缺点：采用燃料煤燃烧产生的高温烟气作为干燥热源，热能消耗大；会产生部分尾气，存在大气污染问题。
1.3 旋转闪蒸干燥工艺
旋转闪蒸干燥工艺流程简图见图2。滤饼经储料仓、提升皮带进入中间料仓，经螺旋给料机进入闪蒸干燥机，干燥后的滤饼经旋风分离器进行气固分离，之后经输送皮带、运送小车送至燃料煤堆场。用于滤饼干燥的空气，经鼓风机送入换热器加热后进入闪蒸干燥机，形成的湿空气经旋风分离器、袋式除尘器除尘以及尾气洗涤塔降温除尘后达标排放。
滤饼旋转闪蒸干燥工艺采用立式布置的旋转闪蒸干燥机为主要设备，旋转闪蒸干燥机转动部分由安装在其底部的由电机驱动的旋转搅拌器构成，据工艺需要搅拌器转速可在200～500 r/min范围内调节，搅拌器的强力剪切和搅拌作用可增强干燥风与物料的接触，可满足膏糊状物料的干燥要求。
旋转闪蒸干燥工艺的优点：高温空气与物料直接接触，既能提高换热效率，又能提高设备处理负荷。
旋转闪蒸干燥工艺的缺点：旋转闪蒸干燥机的负荷主要由换热器提供的热量决定，设备处理能力受热能负荷的限制；设备处理量较小（约15 t/h），随着负荷的提高，设备造价涨幅较大。
1.4 空心桨叶干燥工艺
空心桨叶干燥工艺流程简图见图3。滤饼经储料仓、提升皮带进入桨叶干燥机，干燥后经出料口、输送皮带、运送小车送至燃料煤堆场；产生的水气经布袋除尘器过滤及洗涤塔洗涤后排入大气。
桨叶干燥机（低速搅拌干燥器）内部设有空心搅拌桨叶，在桨叶内通入热载体，物料与桨叶的热表面充分接触，从而使物料得到干燥。干燥介质可采用蒸汽或导热油等，干燥介质的温度可在40～320 ℃范围内选择，传热介质通过螺旋接头流经壳体夹套及空心搅拌轴，完成物料的干燥；其出料口的上部可通入干燥后的空气，对物料进一步进行干燥，以降低出料水分。
空心桨叶干燥工艺的优点：可根据搅拌桨叶的布置情况提供120～400 m2的换热面积，通过设计不同的热源温度可得到10～25 kg/（m2·h）的蒸发强度；符合节能环保要求，能够回收蒸汽冷凝液等热源介质；采用热源闭路循环，热效率较对流干燥高25%～60%；尾气仅为干燥蒸汽，且排放量少。
空心桨叶干燥工艺的缺点：单机处理能力受桨叶机械结构（桨叶机械结构决定了干燥器的换热面积）和热源品质的限制，处理能力仅为5～10 t/h。
2 比选结论及滚筒干燥工艺设计
综上所述，从设备的占地面积及工艺的可靠性来说，滚筒干燥工艺是较为可行的方案。
考虑到滤饼烘干后粉煤的运输、贮存，建议将干燥后的粉煤采用粘结剂、压球机制成适合锅炉燃用的煤球，其工艺流程框图见图4(虚线框内为新增部分)。具体的工艺设计为：
更多内容详见《中氮肥》2020年第4期