振动流化床式煤调湿工艺运行的影响因素研究

振动流化床式煤调湿工艺运行的影响因素研究

长期以来，coal-moisticsicps-cmc-fsb作为焦化行业的重要节能措施之一，进行了研究和推广。针对现在第三代煤调湿技术存在的问题,为了研发更加有效、节能、低成本的具有自主知识产权的第三代煤调湿技术,钢铁研究总院依托国家“十一五”科技支撑项目开发了一套振动流化床式的煤调湿半工业试验装置,并将该装置在国内某焦化厂进行了运行测试,从烟气用量、烟气初始温度、煤粉下料速度、煤粉初始湿度等因素对煤粉调湿效果的影响进行了试验和分析,为后期的工业化装置的开发和实施积累了技术数据和经验。1振动流化床内部热交换特性振动流化床式的煤调湿半工业试验的工艺流程如图1所示,烟道废气通过鼓风机(3)从烟气入口(4)进入振动流化床本体(5)的烟气管道(6);而原始的煤粉在试验开始前存放在上料斗(1),通过控制下料阀门(2)来控制煤粉的流速;烟道废气进入烟气管道(6)进行分流,不同管道的烟气在振动流化床本体(5)内部与进入的煤粉直接接触并进行强烈的热交换;煤粉经过振动筛分和热交换后,留在筛子上部的大颗粒煤粉从上筛出料口(9)排出,而筛下的细颗粒煤粉从下筛出料口(8)排出;经过热交换后的烟气从烟气出口(10)通过抽风机(11)后从烟囱(12)排出。振动流化床内部构造如图2,右上部前三个较长的筛子为上半段筛子(13),主要对刚进入流化床内部的煤粉起到均匀分散的作用,以便于在煤粉到达下半段筛子(14)时能够与从内部烟气管道(15)喷出来的热烟气充分接触,进行热交换,最后细颗粒透过筛子筛下并从下筛出料口排出,而颗粒较大的煤粉在筛子上部并从上筛出料口出来。从图1和图2可以看出,该工艺设备简单,使用方便,具有清洁、节能和高效的特点,既充分利用了焦炉烟气余热,又可将煤粉湿度调节到预定湿度。2煤调湿试验及煤粉湿度的确定由于试验的装备建在某焦化厂的烟道旁,能够保证烟道废气的出口的温度在300℃左右,为了减少烟气的热损失,对烟气进入流化床前的管道进行了保温处理,这样,可以使烟气进入流化床的温度在240℃左右。在进行煤调湿试验前,让鼓风机(3)和抽风机(11)提前半小时开启,以保证振动流化床设备内部的热状况达到稳定。煤粉的准备。实验采用同一种煤粉,首先测试从煤场取来的煤粉湿度,根据试验要求调节煤粉湿度至设定的数值,研究煤粉初始湿度对煤调湿结果的影响;其次,对煤粉进行粒度级别筛分得到不同粒度的煤粉。烟道废气。在焦炉生产稳定,烟道废气温度波动小的情况下,通入振动流化床里的烟气也才比较稳定,试验通过调节烟气的阀门来控制烟气的用量,通过调整保温措施来改变烟气的温度。检验设备。试验使用GYW-Ш水分快速分析仪测定煤粉的湿度。3煤调湿效果的影响因素试验从烟气用量、烟气初始温度、煤粉下料速度、煤粉的初始湿度等四个方面来考察其对煤调湿效果的影响。3.1烟气用量对煤调湿结果的影响在煤种不变,煤粉粒度小于2cm,煤粉初始湿度为12%,煤粉送料速度为600kg/h,进入振动流化床的烟气平均温度为240℃的情况下,通过调节烟气阀门来研究烟气用量对煤调湿效果的影响,如图3。从图3可以看出,随着烟气用量的增加,煤粉调湿后的湿度越来越低,即单位时间烟气用量越大,煤粉的换热效率越高,单位时间烟气去除煤粉中的水分越多。当烟气用量从800m3.2下筛出料口的煤粉湿度在煤种不变,煤粉粒度小于2cm,煤粉初始湿度为12%,煤粉送料速度为600kg/h,烟气用量1200m从图4可以看出,随着烟气初始温度提高,煤粉调湿后的湿度是降低的,当烟气初始温度从180℃提高到240℃,上筛出料口的煤粉湿度从8.3%降到6.5%,而下筛出料口的煤粉湿度从7.4%降到6.1%。主要是由于烟气初始温度提高后,单位体积的烟气热值变大,在烟气用量不变的情况下,烟气与煤粉接触后的热交换效率就会提高,这样调湿后的煤粉的水分含量就会减少。也可以看出,随着烟气初始温度的提高,上、下筛出料口的煤粉湿度差值变小,当烟气初始温度从180℃提高到240℃,煤粉湿度的差值从0.9%降低到0.4%。主要原因是烟气首先与下筛的煤粉接触进行热交换,然后烟气上升并与上筛的大颗粒煤粉接触进行热交换,随着烟气初始温度的增加,上、下筛出料口的煤粉接触的烟气温度都有提高,并且与上、下筛出料口的煤粉接触的烟气的温差随着进入流化床烟气温度的上升而减少,这样就出现了煤粉湿度差值降低的情况。可以得出,在其它条件不变的情况下,烟气温度达到220℃时就可以使上、下筛出料口的煤粉湿度满足炼焦的需求。3.3提高煤粉湿度的影响在煤种不变,煤粉粒度小于2cm,煤粉初始湿度为12%,烟气用量1200m随着下料速度增加,煤粉调湿后的湿度增大,当下料速度从600kg/h提高到1200kg/h,对于上筛出料口的煤粉,其湿度从6.5%提高到8.8%;而对于下筛口出的煤粉,其湿度从6.1%提高到7.6%。主要是由于下料速度提高后,单位体积的煤粉与同等条件下的烟气接触面积降低,单位重量的煤粉与烟气的换热效率也降低,因此煤粉湿度随下料速度的提高而上升。从数据可以看出,随着下料速度增加,上、下筛出料口的煤粉湿度差值变大,并且下筛出料口煤粉湿度的变化斜率比上筛出料口煤粉湿度的变化斜率小,当下料速度从600kg/h提高到1200kg/h时,煤粉湿度的差值从0.4%提高到1.2%。主要原因是进入流化床内的烟气首先与下筛的煤粉接触进行热交换,由于煤粉量增大,煤粉之间的气孔率降低,特别是筛下的细煤粉的气孔率降低较大,所以烟气与下筛煤粉的接触时间增大,并且烟气热量损失也增大;相反,上筛的粗的煤粉的气孔率降低较小,并且与其接触的烟气温度较低,所以上筛的煤粉的水分损失小,湿度较大,上、下筛的煤粉湿度的差值较大。可以看出,把煤粉下料速度控制在合适的范围,可以满足炼焦对煤粉湿度的需求。3.4初始湿度不同由于煤粉湿度受开采、气候、运输、储存等条件的影响,煤粉的初始湿度差别较大。在煤种不变,煤粉粒度小于2cm,烟气用量1200m从图5可以看出,随着煤粉初始湿度的增加,煤粉调湿后的湿度也随之增大,当初始湿度从9%提高到15%,对于上筛出料口的煤粉,其湿度从5.4%提高到7.5%;而对于下筛出料口的煤粉,其湿度从5.2%提高到6.7%。主要原因是随着煤粉初始湿度的增加,在通入烟气相关参数不变的情况下,尽管烟气与煤粉交换的热量增大,但对于湿度的增加值来说,这种增加的热交换量远小于煤粉湿度增加所需要增加的热量,所以出现煤粉初始湿度增加,调湿后的湿度也增加的现象。同理,这一原因也可以说明随着煤粉初始湿度的增加,调湿后煤粉湿度变化的斜率有所降低。也可以看出,随着煤粉初始湿度的增加,上、下筛出料口的煤粉湿度差值变大。主要原因是进入流化床内的烟气首先与下筛的煤粉接触进行热交换,由于煤粉的湿度增大,所以烟气与下筛煤粉的接触所进行的热交换就增大,并且烟气的热量损失也增大;相反,与上筛的粗的煤粉接触的烟气温度较低,所以上筛的煤粉的水分的损失小,湿度较大,上、下筛的煤粉湿度的差值变大。可以得出,煤粉初始湿度控制在12%以内,可以保证调湿后的煤粉湿度满足炼焦的需求。4煤粉湿度的影响(1)这种半工业的振动流化床设计简单,工艺流程紧凑,能够利用焦炉烟气的热量进行煤调湿,并且煤调湿效果明显,为进行工业试验提供了参考。(2)烟气用