煤调湿煤粉蒸汽管回转干燥系统的研究

煤调湿煤粉蒸汽管回转干燥系统的研究

中国现有的焦炉生产能力很强，占世界第一。焦化厂的焦油装瓶量普遍较高，平均含水量约为11%。此外，优质焦油煤炭的短缺氧。围绕现有焦炉和焦油生产工艺的发展和提高，提高焦油质量，节约、高产，是适应企业发展和提高经济效益的有效手段。煤调湿技术是在煤干燥技术上发展起来的,其基本原理是利用外加热能将炼焦煤料在炼焦炉外进行干燥、脱水,将炼焦用煤入炉的水分控制在6%左右,以控制炼焦能耗量、改善焦炉操作、提高焦炭质量或扩大粘结性煤用量的炼焦技术,与煤干燥的不同在于不追求最大限度地去除入炉煤的水分,而只把水分稳定在相对低的水平,这样既可以达到增加经济效益的目的,又不会因水分过低而引起焦炉和回收系统操作的困难煤调湿技术在日本发展得最为迅速,先后开发出了热媒油干燥的煤调湿技术、蒸汽管回转干燥的煤调湿技术和流化床干燥的煤调湿技术1蒸汽管回转干燥机的组成蒸汽管回转干燥机是一种间接加热方式的回转干燥机,与常规回转干燥机的差别在于其筒内安置了蒸汽加热管,加热管贯穿整个干燥机,以同心圆方式排成1~6圈,干燥所需热量主要由加热管提供,携带载气主要作用是将干燥过程中蒸发的湿分带出,并具有干燥物料的效果,由于干燥过程中载气用量较少,携带气的干燥作用一般可忽略。蒸汽管回转干燥机主要由进料螺旋、筒体、换热管和管支撑、汽室、驱动系统、齿圈、滚圈、托轮、挡轮、筒体进料端、筒体出料端、底座以及润滑系统等组成。天华院在蒸汽管回转干燥机基础理论研究方面进行了传质、传热及其停留时间等关键工艺参数的研究,提出了传热、传质及物料在干燥机中的停留时间计算模型,形成了完整的工艺计算理论、方法和工艺计算软件,并在此基础上根据煤粉特性设计了使用该物料的干燥机,其特点是处理量大、运转稳定、操作维护简单、能量利用率高。2工艺总结2.1参数煤粉蒸汽管回转干燥系统的技术参数如下:2.2干燥机载气、蒸气的回收煤粉蒸汽管回转干燥系统主要由蒸汽管回转干燥系统、煤粉计量分析单元、空气预热单元、尾气处理单元以及闪蒸单元等组成,工艺流程框图如图1所示。干燥过程中产生的水蒸气由来自空气预热单元的干燥载气带出,干燥载气是由干燥机物料入口进料螺旋处与物料并流进入干燥机的,从干燥机出料箱顶部排出。为提高干燥机的干燥能力,防止干燥后的水分结露,干燥载气是经蒸汽凝液预热的热空气。从蒸汽管回转干燥机尾部排出的载气、水蒸气和煤粉粉尘被引风机抽吸到袋式过滤器内进行气固分离。分离下来的粉尘沉积到袋式过滤器底部经星型卸料器进入双轴搅拌型混合机内进行增湿,增湿后的煤粉与干燥后的煤粉混合后送至焦炉。净化后的载气、水蒸气经引风机引至安全地点排放。干燥过程产生的蒸汽凝液经空气预热单元预热空气后进入闪蒸单元闪蒸,闪蒸后产生的蒸汽用于干燥系统保温,闪蒸后的水送至蒸汽锅炉循环使用。2.3干燥机采用网络实验天华院设计开发的蒸汽管回转干燥机煤干燥工艺具有以下特点:a.安全性。干燥机采用微负压操作,既可防止粉尘的外漏,又可提高系统运行的安全性,适用于干燥有危险性或爆炸性的介质;干燥载气与湿煤粉并流进入干燥机,进一步提高了系统的安全性;设有氧含量在线检测氮气保护系统,可将系统氧含量控制在12%以下b.干燥机出口含水量采用前馈+反馈的控制方式,可严格控制干燥机出口含水率。c.携带载气采用干燥机蒸汽凝液加热,充分利用凝液热量。d.采用闪蒸方式产生二次蒸汽提取凝液热量,既可使凝液减压降温以便回收利用,又可产生供系统保温及系统外其他设备使用的蒸汽。3干燥机出口水分控制煤调湿技术与普通干燥技术的区别是既要达到干燥的要求又不能过干燥,焦炉装入煤水分过低时,会出现输送中起尘和推焦阻力增加的问题,而焦炉装入煤水分过高则会降低节能、增产的效果,而且焦炉装入煤水分的稳定可保持焦炉操作稳定,有利于延长焦炉寿命。由于干燥机出口调湿后的煤粉直接输送至焦炉炼焦,因此出口水分的稳定控制是系统成功的关键点之一。影响干燥机出口水分的因素主要有湿煤进料量、进料含水率、进料温度、干燥载气温度、干燥载气流量、干燥机转速以及干燥用蒸汽的温度、压力、流量等,其中干燥机转速在干燥过程中为恒定值,干燥载气温度由载气预热单元控制,也可认为是恒定值。煤粉在干燥机内停留时间在15min左右,干燥机进料量、进料含水率、进料温度的变化反应在干燥机出口含水率上滞后严重,单独采用干燥机出口湿含率反馈控制达不到控制要求。干燥过程蒸汽采用过热蒸汽,蒸汽流量的变化对干燥机出口煤粉湿含率的影响最大。因此干燥机出口煤粉湿度的控制采用前馈+反馈的方式进行控制,前馈控制量为干燥机入口煤粉的湿度、流量和温度,根据干燥机入口煤粉湿含率的变化量、流量的变化量和温度的变化量计算蒸汽的变化量,与串级控制回路———干燥机出口湿含率的控制回路输出的蒸汽量叠加后作为蒸汽流量控制回路的流量给定值控制干燥机入口蒸汽流量,并对载气温度、蒸汽温度及蒸汽压力等影响干燥机出口含水率的因素在线监测,以达到稳定控制干燥机出口湿含率的目的。4干燥机湿含率的影响干燥机进料量、进料湿含率、进料温度对干燥机出口湿含率的影响不容忽略,其相互之间的关系及与干燥机出口湿含率、蒸汽流量的关系是稳定控制干燥机出口物料湿含率的关键。做以下假定对蒸汽管回转干燥机进料物性的变化与干燥机出口湿含率与蒸汽流量的关系进行分析:a.假定整个干燥过程中绝干煤粉比热、水分比热、载气比热为定值;b.假定干燥过程中水分是在出口煤粉温度下蒸发(出口煤粉温度小于100℃)后升温至干燥机出口载气温度;c.假定过热蒸汽在整个干燥过程中是降温至饱和温度后冷凝。4.1本台计算机设计和进给状态分析干燥机设计绝干处理量G4.2干燥机水分蒸发量k式中xx将式(1)、(3)、(5)代入式(7),可得:干燥机实际水分蒸发量W':干燥机水分蒸发变化量ΔW:4.3添加热量变化量绝干物料升温热量变化量Δq式中c水分升温所需热量变化量Δq式中c干燥过程蒸发水分所需热量变化量Δq式中γ干燥过程所需蒸发水分蒸发后升温至载气出口温度所需热量变化量Δq式中ct进料温度变化所需热量变化量Δq4.4蒸汽量的变化蒸汽用量变化量ΔG式中TTγ5煤调湿蒸汽管回转干燥系统的研发煤调湿技术可达到节能增产的效果,其综合效益可使焦炉产量增加11%左右,我国目前有焦炭生产企业1300多家,各种类型焦炉2790多座,年产焦炭24000多万吨,焦炉生产能力较大,占世界第一位,而且近年来随着冶金业的发展,我国炼焦业迅速发展,现在正处于扩产改造阶段。开发具有自主知识产权的煤调湿装置具有时效性的意义。干燥系统是煤调湿装置的核心,该系统成功的关键是主要设备蒸汽管回转干燥机的设计、干燥机出口湿含率的控制和系统安全性的保证。对干燥机出口湿含率控制方式的分析、选择及对干燥机进料物性的变化对干燥机蒸汽用量的研究可为干燥机出口湿含量控制模块的开发提