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[摘 要]针对韩家村选煤厂振动混流干燥设备在试运行过程中出现的干燥烟气带火星，干燥煤炭产生有害气体，干燥器内死角积煤等问题，提出用注氮气的方法降低干燥器内氧气浓度，从而杜绝自燃和爆炸的条件，提高振动混流干燥系统的安全性。
[关键词]自燃 爆炸 控制氧气 注氮
中图分类号：TQ53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0007-01
前言
振动混流干燥系统是一种低温干燥系统，工作温度在220℃左右，适于干燥挥发份析出点低、燃点低的低变质程度煤炭。韩家村洗煤厂所属煤类为不粘煤和长焰煤，变质程度为烟煤Ⅰ阶段，变质程度较低，适合采用振动混流干燥系统进行干燥提质。但是通过试运行振动混流干燥系统暴露出一些问题，亟待解决。
一、振动混流干燥系统韩厂试运行出现的问题
振动床混流干燥器设计干燥温度为200℃，而进行干燥的煨煤的燃点为278℃，一旦降温不及时，导致温度升高，会引起煤炭自燃，从而导致火灾爆炸事故。2010年12月6日热态带载试验时干燥器自燃发火，好在没有引起爆炸。
分析其直接原因可知：由于干燥器内滞留煨煤和积聚煨煤的存在，送往干燥器内高温热风极大地缩短煨煤的自燃发火时间。而火灾事故教训得知，进入干燥器内的热风（150～180℃）约1小时9分钟可导致滞留或慢慢积聚的煨煤自燃引起煨煤燃烧。因此，高温富氧下煨煤的自燃发火问题已成为目前的首要问题，必须得到彻底的解决，以防止由于自燃发火而引起的粉尘爆炸。
二、用注氮的方法防止自燃和爆炸
采取重庆院评估报告所提出的安全措施，采用惰化的方法控制干燥器、除尘器内的氧含量在8%以下，使干燥系统内不具有自燃和爆炸的条件，从而达到防止自燃和爆炸的目的。惰性气体首选氮气。
（一）氮气制备
目前國内外，工业规模制氮有三类：即深冷空分制氮、变压吸附制氮和膜分离制氮。
1。深冷空分制氮
它是一种传统的空分技术，已有九十余年的历史，它的特点是产气量大，产品氮纯度高，无须再纯化便可直接应用于磁性材料，但它工艺流程复杂，占地面积大，基建费用高，需专门的维修力量，操作人员较多，产气慢（18～24h），它适宜于大规模工业制氮，氮气成本在0.7元/m3左右。
2。变压吸附制氮
变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性制取氮气。 变压吸附制氮与深冷空分制氮相比，吸附分离是在常温下进行，开停方便，启动迅速，产气快（一般在30min左右），能耗小，运行成本低，自动化程度高，操作维护方便，撬装方便，无须专门基础，产品氮纯度可在一定范围内调节。工艺简单，设备紧凑，占地面积小，因设备少无需建专用厂房。
3。膜分离制氮
膜分离空分制氮是在一定的压力下，利用氧和氮在中空纤维膜中的不同渗透速率来使氧、氮分离制取氮气。它与上述两种制氮方法相比，具有设备结构更简单、体积更小、无切换阀门、操作维护也更为简便、产气更快（3min以内）、增容更方便等特点，但中空纤维膜对压缩空气清洁度要求更严，膜易老化而失效，难以修复，需要换新膜，膜分离制氮比较适合氮气纯度要求在≤98%左右的中小型用户，此时具有最佳功能价格比；当要求氮气纯度高于98%时，它与同规格的变压吸附制氮装置相比，价格要高出30%左右。
（二）氮气制备方法选择
由于干燥器内氧气浓度降低，一氧化碳、甲烷等有害气体的析出量会大大减少，所以经过除尘后的干燥气体应比较纯净，可以循环利用，因此氮气消耗量不会太大。经过比较可知，深冷空气制氮产量过大，超过了韩家村洗煤厂的用量，且前期投资较高，不适合选取。后两种制氮方法在产量上比较适合，由于我厂所需氮气对浓度要求不高，加之膜分离制氮更为方便快捷，操作维护方便，能耗更低，所以膜分离制氮为韩家村洗煤厂最佳选择。
（三）氮气的用量
现热风炉为直接式热风炉，产生热风氧气浓度高，不利于注氮降低干燥器内氧气含量，为节省氮气用量，应采用间接式热风炉，通过间接式热风炉对氮气进行加热注入干燥器，干燥后烟气通过除尘、除水循环利用。
干燥器的进口热风量为278000m3/h，当一氧化碳平均浓度为2mmp，运转过程中气体损失量为4%时，每小时应注入氮气11120m3（标准大气压，100℃）。因气体体积与温度、压力和湿度有关，为便于比较通常所说的体积流量是指标准状态（温度为0℃，压力为0.101MPa，相对湿度为65%），根据PV/T=常数C，P1V1/T1=P2V2/T2，其中P1=P2=0.101MPa，因此，换算成标准体积流量为8139Nm3/h。需选用3台3000Nm3/h的制氮机。
三、振动混流干燥设备注氮可行性分析
自购设备现场制取高纯氮，虽然一次性投资较大，但运行成本较低，由于所需氮气浓度不高，因此制氮成本会更低，3000 Nm3/h的制氮机的功率为250kW，电费按0.8元/kWh，经过计算得可知耗电成本为0.07元/m3，加上配件消耗等成本，可以达到0.2元/m3，干燥系统小时处理量为200t，通过计算可知制氮吨煤成本为
Q=8139m3/h×0.2元/m3=1628元/h
Q吨= Q/200t =8.1元/th
其中 Q 为制氮小时成本
Q吨 为制氮小时吨煤成本
直接式热风炉的效率为95%，而间接式热风炉的效率为75%，直接式热风炉的燃煤量为5345kg/h，原料煤按300元/t计算，燃煤成本提高2.7元/th。
如果利用注氮的方法能使韩家村洗煤厂振动混流干燥系统正常运转，将精煤发热量从4500 kcal/kg提高到5000 kcal/kg，除去8%的水分质量损失，还能提高收入40.76元/th，再去除原干燥成本20元/th，燃煤成本提高的2.7元/th，注氮成本8.1元/th，可获利9.96元/th。
四、结语
热态带载试验时，在干燥温度为150℃、煤流量为160t/h时，干燥效果仅为全水脱掉2%左右，发热量提高100kCal/kg。可见振动混流设备的安全问题制约了其发挥出更大的效果，实施注氮法能够保证振动混流干燥器内不会发生自然或爆炸，为韩家村选煤厂对振动混流干燥系统进行进一步调试提供了保证，技术可行，经济合理，是提高振动混流干燥设备适应性的有效途径。
参考文献
[1]韩佰春. 露天储煤场煤堆自燃防治对策[J].煤炭加工与综合利用，2010（3）：49-50.
[2]王仲和.新型制氮方法─膜制氮[J]. 粉末冶金工业，1998（4）.
[3]张延松.韩家村洗煤厂洗煨煤脱水干燥系统装置安全稳定性研究（阶段）安全评估报告. 煤炭科学研究总院重庆研究院
[关键词]自燃 爆炸 控制氧气 注氮
中图分类号：TQ53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0007-01
前言
振动混流干燥系统是一种低温干燥系统，工作温度在220℃左右，适于干燥挥发份析出点低、燃点低的低变质程度煤炭。韩家村洗煤厂所属煤类为不粘煤和长焰煤，变质程度为烟煤Ⅰ阶段，变质程度较低，适合采用振动混流干燥系统进行干燥提质。但是通过试运行振动混流干燥系统暴露出一些问题，亟待解决。
一、振动混流干燥系统韩厂试运行出现的问题
振动床混流干燥器设计干燥温度为200℃，而进行干燥的煨煤的燃点为278℃，一旦降温不及时，导致温度升高，会引起煤炭自燃，从而导致火灾爆炸事故。2010年12月6日热态带载试验时干燥器自燃发火，好在没有引起爆炸。
分析其直接原因可知：由于干燥器内滞留煨煤和积聚煨煤的存在，送往干燥器内高温热风极大地缩短煨煤的自燃发火时间。而火灾事故教训得知，进入干燥器内的热风（150～180℃）约1小时9分钟可导致滞留或慢慢积聚的煨煤自燃引起煨煤燃烧。因此，高温富氧下煨煤的自燃发火问题已成为目前的首要问题，必须得到彻底的解决，以防止由于自燃发火而引起的粉尘爆炸。
二、用注氮的方法防止自燃和爆炸
采取重庆院评估报告所提出的安全措施，采用惰化的方法控制干燥器、除尘器内的氧含量在8%以下，使干燥系统内不具有自燃和爆炸的条件，从而达到防止自燃和爆炸的目的。惰性气体首选氮气。
（一）氮气制备
目前國内外，工业规模制氮有三类：即深冷空分制氮、变压吸附制氮和膜分离制氮。
1。深冷空分制氮
它是一种传统的空分技术，已有九十余年的历史，它的特点是产气量大，产品氮纯度高，无须再纯化便可直接应用于磁性材料，但它工艺流程复杂，占地面积大，基建费用高，需专门的维修力量，操作人员较多，产气慢（18～24h），它适宜于大规模工业制氮，氮气成本在0.7元/m3左右。
2。变压吸附制氮
变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性制取氮气。 变压吸附制氮与深冷空分制氮相比，吸附分离是在常温下进行，开停方便，启动迅速，产气快（一般在30min左右），能耗小，运行成本低，自动化程度高，操作维护方便，撬装方便，无须专门基础，产品氮纯度可在一定范围内调节。工艺简单，设备紧凑，占地面积小，因设备少无需建专用厂房。
3。膜分离制氮
膜分离空分制氮是在一定的压力下，利用氧和氮在中空纤维膜中的不同渗透速率来使氧、氮分离制取氮气。它与上述两种制氮方法相比，具有设备结构更简单、体积更小、无切换阀门、操作维护也更为简便、产气更快（3min以内）、增容更方便等特点，但中空纤维膜对压缩空气清洁度要求更严，膜易老化而失效，难以修复，需要换新膜，膜分离制氮比较适合氮气纯度要求在≤98%左右的中小型用户，此时具有最佳功能价格比；当要求氮气纯度高于98%时，它与同规格的变压吸附制氮装置相比，价格要高出30%左右。
（二）氮气制备方法选择
由于干燥器内氧气浓度降低，一氧化碳、甲烷等有害气体的析出量会大大减少，所以经过除尘后的干燥气体应比较纯净，可以循环利用，因此氮气消耗量不会太大。经过比较可知，深冷空气制氮产量过大，超过了韩家村洗煤厂的用量，且前期投资较高，不适合选取。后两种制氮方法在产量上比较适合，由于我厂所需氮气对浓度要求不高，加之膜分离制氮更为方便快捷，操作维护方便，能耗更低，所以膜分离制氮为韩家村洗煤厂最佳选择。
（三）氮气的用量
现热风炉为直接式热风炉，产生热风氧气浓度高，不利于注氮降低干燥器内氧气含量，为节省氮气用量，应采用间接式热风炉，通过间接式热风炉对氮气进行加热注入干燥器，干燥后烟气通过除尘、除水循环利用。
干燥器的进口热风量为278000m3/h，当一氧化碳平均浓度为2mmp，运转过程中气体损失量为4%时，每小时应注入氮气11120m3（标准大气压，100℃）。因气体体积与温度、压力和湿度有关，为便于比较通常所说的体积流量是指标准状态（温度为0℃，压力为0.101MPa，相对湿度为65%），根据PV/T=常数C，P1V1/T1=P2V2/T2，其中P1=P2=0.101MPa，因此，换算成标准体积流量为8139Nm3/h。需选用3台3000Nm3/h的制氮机。
三、振动混流干燥设备注氮可行性分析
自购设备现场制取高纯氮，虽然一次性投资较大，但运行成本较低，由于所需氮气浓度不高，因此制氮成本会更低，3000 Nm3/h的制氮机的功率为250kW，电费按0.8元/kWh，经过计算得可知耗电成本为0.07元/m3，加上配件消耗等成本，可以达到0.2元/m3，干燥系统小时处理量为200t，通过计算可知制氮吨煤成本为
Q=8139m3/h×0.2元/m3=1628元/h
Q吨= Q/200t =8.1元/th
其中 Q 为制氮小时成本
Q吨 为制氮小时吨煤成本
直接式热风炉的效率为95%，而间接式热风炉的效率为75%，直接式热风炉的燃煤量为5345kg/h，原料煤按300元/t计算，燃煤成本提高2.7元/th。
如果利用注氮的方法能使韩家村洗煤厂振动混流干燥系统正常运转，将精煤发热量从4500 kcal/kg提高到5000 kcal/kg，除去8%的水分质量损失，还能提高收入40.76元/th，再去除原干燥成本20元/th，燃煤成本提高的2.7元/th，注氮成本8.1元/th，可获利9.96元/th。
四、结语
热态带载试验时，在干燥温度为150℃、煤流量为160t/h时，干燥效果仅为全水脱掉2%左右，发热量提高100kCal/kg。可见振动混流设备的安全问题制约了其发挥出更大的效果，实施注氮法能够保证振动混流干燥器内不会发生自然或爆炸，为韩家村选煤厂对振动混流干燥系统进行进一步调试提供了保证，技术可行，经济合理，是提高振动混流干燥设备适应性的有效途径。
参考文献
[1]韩佰春. 露天储煤场煤堆自燃防治对策[J].煤炭加工与综合利用，2010（3）：49-50.
[2]王仲和.新型制氮方法─膜制氮[J]. 粉末冶金工业，1998（4）.
[3]张延松.韩家村洗煤厂洗煨煤脱水干燥系统装置安全稳定性研究（阶段）安全评估报告. 煤炭科学研究总院重庆研究院