煤调湿能效分析

煤调湿能效分析

在研究煤储存在体内的技术（如煤预热和煤干燥）时，人们发现了环境问题，并生成了驱煤技术。应用煤调湿技术后,在煤料水分不低于6%时装煤烟尘易治理,炼焦耗热量降低,焦炉生产能力提高,减少约40%的剩余氨水,还可以利用工业余热。作为节能减排措施,煤调湿得到推广应用。我国已经建成投产的煤调湿有以下3种类型:①回转窑式:通常以蒸汽为热源,间壁传热,以焦炉烟道气或热空气作为脱出的水汽载气。②卧式流化床:振动板或移动板式流化床,以焦炉烟道气为热源,烟道气与煤直接接触传热,煤料部分流化。③立式流化床:振动板或固定板式流化床,以焦炉烟道气为热源,烟道气与煤直接接触传热,振动板流化床中煤料部分流化,固定板式流化床是沸腾床,煤料完全流态化。此外,还有过以导热油为热载体,利用上升管余热的回转窑式煤调湿;有将煤调湿系统置于粉碎机前,实现风动选择粉碎与煤调湿结合的方案;还有考虑用软水与烟道气换热,然后用热水为热源的煤调湿等等。目前应用较多的是以烟道气为热源的流化床煤调湿和以蒸汽为热源的回转窑煤调湿,由于热源不同,取得较高能效时的运行模式也不同,本文将进行具体分析。1产湿储水的运行与效率以马钢煤焦化公司立式固定板沸腾流化床煤调湿装置为例进行能效分析。1.1煤调湿风煤调湿的工艺流程该煤调湿系统按2座50孔6m焦炉,年产焦炭100万t生产能力配套。工艺流程如图1所示,粉碎后的湿煤在去焦炉煤塔的皮带上由犁式分料器改向,送入湿煤仓,从设有振动给料器的煤仓下部进入干燥器1入干燥器湿煤水分:10.2%出干燥器煤料水分:6.5%入炉煤水分:6.0%处理湿煤:186t/h1.2炼焦、煤气净化系统煤调湿系统自2011年7月试运行后,本身无大问题,处理能力、干燥效果皆可以达到设计要求。但是由于煤料水分降低后,对相关工序产生的不良影响估计不足,导致炼焦、煤气净化系统出现一些问题,生产难以为继。运行数次中断,共累计运行近200天。主要问题如下。1)炼焦系统:炉墙结石墨加快,上升管挂料增加,推焦电流平均增加12A,装煤除尘效果变差。孔焦量增加0.53t,焦炭质量无显著变化。2)煤气净化系统:装炉时煤粉随荒煤气到煤气净化系统,导致初冷器、电捕焦油器、煤气管道、脱硫塔等堵塞,焦油、氨水分离困难,焦油甲苯不溶物增加,初冷器洗萘液流动性差等。1.3设计值和分分基本符合能效最高的工况是系统的主要工艺参数达到设计值时。2011年12月对系统进行功能测试,按照设计参数进行运行调整,煤料的处理量、水分基本符合设计值。功能测试时的主要工艺数据如下:煤料入干燥器温度:18℃(随季节变化)煤料出干燥器温度:40℃(测试值为37.1~41.8℃,取40℃)煤料水分减少:4.2%(控制值)干煤耗电:13.5kWh/t(测定值)干煤耗蒸汽(主要是除尘器保温用):1.9kg/t(测定值)以1000kg干煤为基准,以功能测试的数据为基本依据,对流化床煤调湿进行能效分析。1.3.1能源消耗的折标系数利用烟道气余热的流化床装置消耗的主要能源介质是电和蒸汽(少量的氮气不计)。耗电、耗蒸汽折标准煤按GB21342—2008《焦化单位产品能源消耗限额》规定的折标系数。其中电力折标系数有2个:当量值0.1229kgce/kWh、等价值0.4040kgce/kWh。从节能减排的角度看,消耗的电力按等价值折算比较合理。耗电13.5kWh按等价值折标准煤为5.45kgce,耗1.9kg蒸汽折标准煤为0.24kgce。1.3.2因煤质中余热利用量1)在煤调湿系统中利用的烟道气余热。煤调湿系统中得到利用的烟道气的热量为:煤炭在干燥器中被加热所吸收的热量、煤炭的水分被加热并部分蒸发所吸收的热量。具体热量如下(计算过程略)。1000kg干煤从18℃升温至40℃需热量:2.31×10煤料中的水分(10.2%,113.59kg)从18℃升温至40℃需热量:1.05×1040℃时蒸发出煤料4.2%水分(46.77kg)所需热量:11.25×10烟道气的余热利用量为三者之和:14.61×102)减少供入焦炉的热量。按水汽750℃自炭化室逸出,水分蒸发产生的46.77kg水汽由40℃加热至750℃所需热量:6.81×10焦炉热工效率按75%计,由于采用煤调湿而少供入焦炉的热量:(14.61+6.81)×10折标准煤:9.74kgce1.3.3煤粉用量的影响减少的焦炉供热量与煤调湿的能源消耗之差,即为采用煤调湿技术所节约的能量(电力消耗按等价值折算)。煤调湿节能:节约标准煤4.05kgce/t-干煤,年产100万t焦炭(结焦率76%)时节能5329×10马钢煤调湿系统试运行近两年来,由于煤粉的影响,除了短暂的功能测试外,多数时间是在调湿后水分8%左右运行,按照水分降低2.5%计,电耗、蒸汽消耗按功能测试值(由于系统不能正常连续运行,多数时间的消耗高于功能测试时的数值),计算方法同上,节能效果为:按等价值折算,节约标准煤0.73kgce/t-干煤,年产100万t焦炭(结焦率76%)时节能961×102气作为载气装置的运行参数以蒸汽为热源的煤调湿,通常是回转窑式,蒸汽与煤的热量传递为间壁传热,为了排出蒸发产生的水汽,在煤料侧通入烟道气或空气作为载气。据了解国内几套该类型装置的运行参数大致如下。降低水分:2%~3%(按2.5%计)耗蒸汽:40~50kg蒸汽/t煤(按45kg蒸汽/t煤计)耗电:载气风机耗电0.5kWh/t煤(总耗电按1.0kWh/t煤)煤炭温度:入口25℃,出口55~65℃(按60℃计)辅助系统及其他消耗不计,以1000kg干煤为基准,计算上述工况下的能效。2.1生产力耗蒸汽折标准煤为5.79kgce/t-干煤,耗电按等价值折标准煤为0.404kgce/t-干煤。2.2通过加热和除湿加热，焦炉的加热量减少2.2.1煤料在煤调湿装置中的热量煤料从25℃升温到60℃吸收热量:3.67×10煤料水分从25℃升温到60℃吸收热量:1.66×10蒸发水分耗热:6.70×10煤调湿装置供给煤料的热量为三者之和:12.03×102.2.2减少焦炉的加热炉外脱水的水汽升温至750℃需热量:3.94×10减少焦炉供热:(12.03+3.94)×10折标准煤:7.26kgce2.3加热和回转炉的蒸汽加热能降低热量电力消耗按等价值折算,节能为1.07kgce/t-干煤,配套年产100万t焦炭的煤调湿系统,节能1408×103煤调湿系统的节能潜力分析从计算分析可知,煤调湿节能主要在于炉外低温脱水及同时加热煤料。以烟道气为热源的流化床煤调湿具有以下特点。1)消耗的主要能源是电力和少量保温用蒸汽,由于流化所需要的气料比不随调湿水分而变化,故能耗基本不变。换言之,脱除的水分越多,节能效果越显著,但是受制于煤粉对相关工序的不良影响。2)焦炉的热工效率通常为75%左右,达到同样的工艺效果(煤料的温度、水分)时,焦炉耗热是流化床煤调湿的1.3倍左右。3)烟道气与煤料直接接触传热,蒸发水分的效率高,达到目标水分时的煤料温升较回转窑小。所以在冬季气温、煤料温度都较低时,同样的目标水分煤料温升增加,节能效果更为显著。4)由于以消耗高品位的电、蒸汽为代价,节约的是冶金工厂的次生能源———高炉煤气,根据煤调湿实际运行的计量数据,按马钢现行能源价格综合测算表明,当减少2.5%水分时,扣除焦炉及相关工序的收益,每处理1t煤,要增加成本5元多。回转窑煤调湿的能耗以蒸汽为主,消耗量随目标水分而改变。在蒸汽消耗、目标水分、焦炉加热用煤气消耗之间,存在系统运行的经济性和节能效果的最佳点。流化床煤调湿与回转窑煤调湿的能效比较:由于流化床煤调湿的能耗主要是电力且在不同工况时基本不变,因此脱除的水分越多节能效果越显著。脱除4.2%水分时,每处理1t干煤节能计算值为4.05kg标准煤;脱除2.5%水分时,流化床煤调湿节能计算值仅0.73kg标准煤,低于回转窑煤调湿的1.07