煤調濕技術分析與研究

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(1.中煤黑龍江煤炭化工(集團)有限公司，依蘭 154854; 2.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司，蘭州 730060)

煤調濕技術分析與研究

王正忠1，詹仲福2，王偉東1，張學權1，王洪升1

(1.中煤黑龍江煤炭化工(集團)有限公司，依蘭 154854; 2.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司，蘭州 730060)

煤調濕技術是一種焦化行業(yè)節(jié)能減排技術。文中分析和研究兩種煤調試技術，一種是利用干熄焦蒸汽發(fā)電后的低壓蒸汽作為熱源的蒸汽管回轉干燥法煤調濕技術；另一種是利用焦爐尾氣為熱源的流化床煤調濕技術。并采用寶鋼實際運行數(shù)據(jù)和馬鋼實際運行數(shù)據(jù)對兩種技術進行了對比。

煤調濕；蒸汽管回轉干燥機；流化床；節(jié)能減排

0 引 言

煤調濕是利用外加熱能將煉焦煤在焦爐外進行干燥、脫水并穩(wěn)定煤中水分，以達到減少煉焦能耗量、改善焦爐操作、提高焦炭質量或擴大粘結性煤用量的一種節(jié)能減排的煉焦技術。煉焦使用的煤粉水分一般為10.5%(wt)，采用加熱干燥方法將煉焦前煤粉水分降至6.5±0.5%(wt)的過程在冶金煉焦行業(yè)稱為“煤調濕(Coal Moisture Control，簡稱CMC)”，CMC技術始于日本，為降低冶金煉焦的能耗，日本從上世紀八十年代就開始焦爐CMC裝置技術的開發(fā)和應用，目前在用的煤調濕主要有兩種，一種是利用干熄焦蒸汽發(fā)電后的背壓蒸汽或工廠其它低壓蒸汽為熱源的蒸汽管回轉干燥工藝法煤調濕技術(簡稱蒸汽管煤調濕技術)，一種是利用焦爐尾氣作為熱源的流化床煤調濕技術[1]。

1 蒸汽管回轉干燥煤調濕技術流程簡介

蒸汽管回轉干燥煤調濕技術是目前應用最為廣泛的一種煤調濕技術，該技術一般和干熄焦配套使用，干燥熱源主要采用干熄焦蒸汽發(fā)電后的背壓蒸汽或工廠其它低壓蒸汽，也可通入一部分焦爐尾氣作為輔助熱源(載氣)使用。蒸汽管煤調濕技術流程簡圖如圖1所示。

工藝流程介紹如下：

濕煤粉經計量分析后，通過進料螺旋均勻的加入到蒸汽管回轉干燥機內，在此煤粒與干燥機內布置的通有蒸汽的蒸汽管充分接觸干燥后由干燥機出口排出后送至焦爐煉焦。干燥過程中產生的水蒸汽由干燥載氣帶出干燥機，干燥載氣是由干燥機物料入口進料螺旋處與物料并流進入干燥機，從干燥機出料箱頂部排出。干燥載氣可使用加熱后的空氣或焦爐尾氣。

從蒸汽管回轉干燥機尾部排出的載氣、水蒸汽及煤粉粉塵被引風機抽吸到布袋除塵器內除塵。分離下來的粉塵沉積到袋式過濾器底部經星型卸料器進入增濕機內進行增濕，增濕后的煤粉與干燥后的煤粉混合后送至焦爐。凈化后的載氣、水蒸汽經引風機引至安全地點排放。干燥過程產生的蒸汽凝液閃蒸降溫后送至蒸汽鍋爐循環(huán)使用，閃蒸產生的蒸汽用于系統(tǒng)保溫[2]。

圖1 蒸汽管煤調濕技術流程簡圖

2 流化床煤調濕技術流程簡介

流化床煤調濕技術其熱源主要采用焦爐尾氣，當焦爐尾氣量不夠時需要輔助加熱系統(tǒng)產生熱煙氣輔助干燥。流化床煤調濕技術流程簡圖如圖2所示。

其工藝流程介紹如下：

濕煤通過原料煤加料器直接送入流化床干燥器箱體內。焦爐尾氣由流化床干燥器底部進入流化床干燥器錐斗。錐斗內焦爐尾氣通過流化床分布板后均勻的進入流化床箱體，將濕煤粉迅速分散并預熱干燥。由于氣體流速接近煤粉沉降速度，流化床干燥器內的濕煤粉在焦爐尾氣作用下被分散處于沸騰狀態(tài)。干燥后的煤粉從流化床干燥器尾部排出送入煉焦工段。與煤粉換熱后的焦爐尾氣夾帶著蒸發(fā)出的水蒸氣及少量煤粉從流化床干燥器頂部排出。

從流化床干燥器頂部排出的煙氣、水蒸汽及煤粉粉塵被引風機抽吸到袋式過濾器內進行氣固分離。分離下來的粉塵沉積到袋式過濾器底部經星型卸料器卸出后與干燥后的煤粉混合。凈化后的焦爐尾氣、水蒸汽經引風機引至安全地點排放。

流化床煤調濕技術由于受到焦爐尾氣量的影響，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，一般流化床煤調濕技術都配有輔助燃燒系統(tǒng)，當焦爐尾氣量不足或焦爐尾氣溫度過低時，需要輔助燃燒系統(tǒng)產生部分煙氣。

圖2 流化床煤調濕技術流程簡圖

3 蒸汽管煤調濕技術與流化床煤調濕技術比較

蒸汽管煤調濕技術和流化床煤調濕技術最大的區(qū)別是干燥使用的熱源不同，兩種調濕技術綜合比較見表1和表2。

表1 不同煤調濕技術能源消耗一覽表

續(xù)表1 不同煤調濕技術能源消耗一覽表

說明： 1.運行成本單價按寶鋼實際核算成本價格計算，電價：0.8元/度，蒸汽：215元/t，氮氣：0.4元/標立。

2.蒸汽管煤調濕技術運行數(shù)據(jù)為寶鋼實際運行數(shù)據(jù)；流化床煤調濕技術為馬鋼引進日本煤調濕技術的實際運行數(shù)據(jù)。

表2 蒸汽管煤調濕-流化床煤調濕綜合性能比較

4 蒸汽管煤調濕技術與流化床煤調濕技術能耗分析

4.1蒸汽管煤調濕技術能耗分析

按處理能力為350 t/h的煤調濕系統(tǒng)，對采用焦爐尾氣為載氣的蒸汽管煤調濕技術進行能耗分析：

(1)蒸汽管煤調濕裝機功率計算

煤調濕系統(tǒng)總功率：

P=P0+Pf=1 246+Pf

(1)

式中：P0除風機外其它設備裝機功率，P0=1 246 kW；Pf為風機功率，kW；

Pf=P1+P2

=1.48×10-3Q+37.62

式中：Q為蒸汽管回轉干燥機載氣用量，m3/h；P1為焦爐尾氣引風機全壓，P1=1 200 Pa；P2為干燥尾氣引風機全壓，P2=3 500 Pa；ta1為干燥機載氣入口溫度，ta1=200 ℃；ta2為干燥機載氣出口溫度，ta2=105 ℃；η為風機效率，取η=75%；W為干燥機水分蒸發(fā)量，W=16 844.92 kg/h。

將Pf帶入式(1)得：

P=1246+1.48×10-3Q+37.62=1 283.62+1.48×10-3Q

(2)蒸汽管煤調濕蒸汽耗量計算

=26.67-4.1×10-5Q

式中：L0為所有熱量用蒸汽提供時干燥所需蒸汽量，L0=26.67 t/h；Ca為干燥機載氣比熱，Ca=1.57 kJ/Nm·K；I1為干燥機入口蒸汽的焓，I1=2 860.66 kJ/kg；I2為干燥機出口蒸汽的焓，I2=762.68 kJ/kg。

(3)蒸汽管煤調濕能耗計算，見表3。

表3 蒸汽管回轉干燥機煤調濕能耗計算表

4.2流化床煤調濕技術能耗分析

流化床煤調濕能耗計算，見表4。

表4 流化床煤調濕能耗計算

4.3不同煤調濕技術能耗分析結果

不同煤調濕技術焦爐尾氣流量與能耗關系如圖3所示，當蒸汽管回轉干燥機煤調濕技術和流化床煤調濕技術能耗相等時，蒸汽管回轉干燥機焦爐尾氣用量：

Q=399 099.35 m3/h=230 400.48 Nm3/h

圖3 焦爐尾氣流量與能耗關系曲線

5 結 論

蒸汽管回轉干燥法煤調濕與流化床煤調濕技術的差異是流化床煤調濕采用焦爐尾氣作為主熱源，蒸汽管回轉干燥法煤調濕采用蒸汽作為主熱源，由于焦爐尾氣是排放的廢熱，所以，普遍認為流化床煤調濕技術比蒸汽管回轉煤調濕更加節(jié)能，蒸汽管回轉干燥法煤調濕是第二代煤調濕技術，流化床煤調濕是第三代煤調濕技術。

就當量能耗而言處理量為350 t/h蒸汽管煤調濕技術當焦爐尾氣用量小于230 400.48 Nm3/h時，當量能耗大于180 t/h的流化床煤調濕技術。以焦爐尾氣為熱源的流化床干燥法煤調濕技術，雖然可最大限度的利用目前不能回收的焦爐尾氣熱源，但流化床煤調濕技術干燥形式與蒸汽管回轉干燥不同，蒸汽管回轉干燥過程中物料在不斷滾動，對物料具有成球作用，調濕后的物料顆粒增大，干燥用載氣量少，夾帶細粉少。流化床干燥物料與氣體高度分散，大量細粉夾帶，被分離出的細粉經過成型處理后進入焦爐對焦爐運行有利，細粉分級是流化床煤調濕的技術優(yōu)勢之一。另一方面，焦爐尾氣提供的熱量不能滿足煤調濕熱量需求，如要達到±6.5%或更低的水分要求，需其他熱源補充，流化床煤調濕如采用燃氣補充熱量，其運行成本高于蒸汽管回轉干燥法煤調濕技術，因為蒸汽管回轉干燥法煤調濕技術采用干熄焦蒸汽發(fā)電后的低壓蒸汽為熱源，該技術的使用將減少干熄焦汽輪機發(fā)電后空冷器或濕冷凝器的冷源損失，是能源的階梯式節(jié)能方式，其節(jié)能方式優(yōu)于“焦爐尾氣+焦爐煤氣”流化床煤調濕技術。

[1] 鄭明東，水恒福，崔平.煉焦新工藝與技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[2] 詹仲福，曹善甫，竇 巖，等.煤調濕裝置蒸汽管回轉干燥系統(tǒng)研究[J].化工機械,2013,(6):765．

[3] GB/T 2589-2008《綜合能耗計算通則》．

AnalysisandResearchonCoalMoistureControlTechnology

WANG Zheng-zhong1, ZHAN Zhong-fu2, WANG Wei-dong1, ZHANG Xue-quan1, WANG Hong-sheng1

(1.HarbinCoalChemicalIndustryCo.,Ltd,YiLan154854,China;2.TIANHUAInstituteofChemicalMachinery&AutomationCo.,Ltd,Lanzhou730060,China)

Coal moisture control technology is one type of the energy conservation and emissions reduction technology in coking coal industry. In this paper, two types of the coal moisture control technology are analyzed and researched. One is the steam tube rotary drying coal moisture control technology using the low pressure steam from dry quenching as heat source. The other one is the fluidized bed coal moisture control technology using the coke oven exhaust gas as heat source. The two coal moisture control technology is analyzed and compared using the actual operation data of the BAOSTEEL and the MASTEEL.

Coal moisture control；Steam tube rotary dryer；Fluidized bed；Energy conservation and emission reduction

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.003.002

2013-12-10

：2014-02-17

王正忠(1965-)，男，主要從事煤炭資源開發(fā)利用與管理工作。

TK-9

：A

：1009-3230(2014)03-0005-05