多管回转式煤调湿工艺速度场分析

多管回转式煤调湿工艺速度场分析

2010年，中国的焦能力为106gce。t，比国外高5%10%。1烟气干燥和排放试验设计的多管回转式煤调湿工艺流程如图1所示。多管回转式干燥器内部均匀布满了换热管,一定湿度的煤粉通过螺旋给料机输送进入干燥器,从焦炉燃烧室出来的热烟气通过鼓风机加压进入干燥器内的换热管,在干燥器内热烟气与煤粉不直接接触,进行间接换热,煤粉在干燥器内的停留时间和热交换时间可以通过干燥器滚筒转速调节。干燥得到的煤粉可以送入焦炉进行炼焦生产,干燥后的热烟气温度约为120℃左右,通过烟囱可以直接排放。该工艺具有清洁、节能和高效的特点,既充分利用了焦炉烟气余热,又将煤粉干燥到炼焦生产较佳湿度。2条件和试验计划2.1fluen网格模拟多管回转式干燥器内均匀布满了36根换热管,换热管的直径为32mm,焦炉烟道废气通过换热管与筒内煤粉进行间接换热。为了更好的掌握煤调湿运行规律,利用Fluent软件模拟了烟气在干燥器内的速度分布,由于是模拟流体在煤调湿中的流动情况,故在模拟过程中做了如下假设:1)流体为不可压缩黏性流体;2)不考虑传热过程中气体的相变;3)所有管壁的壁面均无穿透。模拟划分的网格模型如图2所示,本模型为1∶1模型,内部换热管用四面体划分网格,外部采用六面体划分网格,全过程采用欧拉两相流非稳态计算。划分网格总数约为140万个,时间步长102.2试验计划试验在处理能力为1t/h的多管回转式煤调湿半工业化试验装置中进行,试验装置建在山东焦化集团23分析模拟和试验结果3.1烟气进入换热管的速度分布煤调湿生产中烟气是煤粉湿度调节的热源,烟气在干燥器内的速度场分布直接影响了烟气和煤粉的接触时间和换热强度,因此对烟气进行速度场模拟分析,可以更好的了解煤调湿过程中两相流的运行规律,为煤调湿工艺的设计以及生产提供理论指导。模拟的初始条件是烟气通入量1000m由图4可知,烟气在干燥器内的不同区域,速度分布不同。入口处烟气速度最大,为9.8m/s,烟气进入换热管后,速度大幅度降低,为3.5m/s。烟气在换热管内与煤粉进行间接换热,换热以后烟气进入中间排出管,中间排出管内烟气速度为6.7m/s。烟气入口处速度较大,一方面可以满足足够的烟气量进入换热管,另一方面有利于烟气在换热管内的均匀分布。烟气进入换热管后速度降低到3.5m/s,增大了烟气在换热管内的停留时间,提高了煤粉与烟气的换热时间和换热效率,有利于烟气余热的充分利用。经过换热以后,烟气进入中间排出管,较大的烟气速度有利于烟气从中间排出管外排。由以上分析可知,设计的干燥器装置合理,有利于烟气对煤粉的干燥,可以实现烟气余热的高效利用。3.2烟气量、烟气量在煤粉进料量一定的条件下,烟气通入量对煤粉干燥结果影响较大。煤粉进料量为500kg/h,煤粉初始湿度为12%,滚筒转速为40Hz,烟气进入干燥器的平均温度为245℃,烟气量为800m由图5和图6可知,随着通入干燥器内烟气量的增大,出口煤粉湿度逐渐降低,出口烟气温度逐渐升高。烟气耗量从800m3.3入口烟气温度对煤粉干燥效率的影响焦炉烟道废气出口温度一般在180~300℃左右,在管道输送过程中会有一定的温降,温降大小会直接影响煤粉干燥结果。煤粉下料量为500kg/h,煤粉初始湿度为12%,滚筒转速为40Hz,烟气通入量为1000m由图7和图8可知,随着通入干燥器内烟气温度的升高,干燥后煤粉的湿度逐渐降低,出口烟气温度逐渐升高。烟气温度从190℃升高到245℃,煤粉湿度从9.4%降低到6.7%,降低了2.7%,出口烟气温度从101℃升高到124℃,升高了23℃。烟气温度平均每升高10℃,煤粉湿度降低0.5%,出口烟气温度升高4.2℃。试验结果表明,提高干燥器入口烟气温度能够大幅度提高煤粉干燥效率。实际生产中入口烟气温度与环境温度和烟气输送距离有关,环境温度越低和输送距离越长,干燥器烟气入口温度越低,干燥效果较差。本次试验在冬季进行,尽管对烟气输送管道进行了保温,但烟气进入干燥器的最高温度只达到245℃,影响了煤粉干燥效果。3.4烟气初始湿度在不同的自然环境和季节储存煤粉,煤粉初始含湿量差别较大。固定煤粉下料量为500kg/h,滚筒转速为40Hz,烟气通入量1000m由图9和图10可知,随着煤粉初始湿度的增大,经过干燥器调湿以后,出口煤粉湿度逐渐升高,出口烟气温度逐渐降低。吨煤烟气通入量固定为1000m4初始烟气温度对煤调湿效果的影响1)模拟得到了烟气在干燥器内的速度分布,试验用煤调湿干燥器设计合理,能够实现烟气余热的高效利用。2)试验煤粉条件下,吨煤烟气耗量从1600m3)初始烟气温度对煤调湿效果的影响关系为:烟气温度平均每升高10℃,煤粉