新型梯级分加内加热流化床cmc工艺能效分析

新型梯级分加内加热流化床cmc工艺能效分析

0cmc工艺能效低的问题coalmoisticge发生变化是在将焦煤炉前处理的一种有效方法。与煤干燥不同，cmc工艺通过外部加热控制入炉的煤水量，从而达到节能减排、增产减耗的目的。使用cmc工艺可以产生很大的经济效益。据报道。CMC工艺在20世纪80年代由日本首先开发并投入使用,之后推广到国内.目前,国内运用的CMC工艺主要有滚筒式CMC工艺和流化床CMC工艺.以宝钢的蒸汽多管回转(STD)CMC工艺为代表的滚筒式CMC工艺,采用间接换热方式对煤进行加热干燥,其核心装置为一台内置管束的滚筒式调湿机为改进现有流化床CMC工艺(新日铁CMC工艺)在能效利用率方面的不足,首先需要了解该工艺能量和质量的流动分布.新日铁CMC工艺所使用的焦炉尾部烟气,需同时具备载热和载湿的功能,满足煤调湿要求的热负荷和湿负荷,且烟气作为气体载热介质,密度较低,因此,还需要大直径管道输送烟气到流化床内部,同湿煤直接接触进行煤调湿.而为避免烟气输送过程中的散热导致流化床烟气进口温度降低、热量不足,需要在管道外侧利用蒸汽进行保温处理,从而导致高品位能源蒸汽的损耗.从能效利用角度来看,直接利用烟气进行煤调湿并不是最佳方案.因此,针对现有CMC工艺存在的问题,尤其是新日铁CMC工艺在能效利用上存在的不足,本研究提出了一种新型的高效CMC工艺———EN-CMC工艺.利用梯级筛分、流化床间接换热、载热载湿介质分离等技术,改变原有新日铁流化床CMC工艺的能质流程,提高能效利用率,并与现有的两种CMC工艺的实际运行效果进行能效对比.1基于分级过滤和内加热流干燥系统的焦煤调和处理encmc工艺1.1在煤调湿系统中的应用EN-CMC工艺以解决现有流化床CMC工艺运行存在的问题为目的,根据备煤工艺要求和物料特性,利用梯级筛分、流化床间接换热、载热载湿分离等技术,实现高效节能.EN-CMC工艺系统流程如图1所示.梯级筛分技术主要考虑了不同粒径煤颗粒具有不同含水率的特点,粒径越小的煤颗粒,其比表面积越大,单位质量含水率越高.因此,达到炼焦入炉水分要求的粗颗粒煤,无需进行调湿处理,EN-CMC工艺通过机械筛分及后续流化床调湿机低速流化对粗、细颗粒进行分层,实现湿煤的梯级筛分.流化床间接换热及载热和载湿分离技术的关键是采用了相对于热烟气来说比热更高、密度更大、载热性能更好的高温热水,同时利用布置埋管的方式将原有热烟气载热和载湿功能分离,相对于热烟气来说,热水输送方式更加灵活,并且不只是回收焦炉尾部烟气余热,也可包括焦炉上升管荒煤气余热和干熄焦余热发电凝汽器余热等,从而提升焦炉整体的热利用效率.1.2系统热性能分析借助高比热、高密度的热水和体积筛分技术,EN-CMC工艺改变了新日铁CMC工艺的能质流程,其能质流程如图2所示.从能量转换过程来看,新日铁CMC工艺是直接将烟气回收后同煤接触进行调湿的,EN-CMC工艺相对于新日铁CMC工艺来说,多了一项烟气余热转换到热水的中间步骤.但是,采用热水作为载热介质,其输送热损失远小于直接输送烟气导致的热损失.这是由于烟气相对于热水存在密度低、比热小的问题,因此,输送等量的热量,烟气体积量远大于热水体积量,烟气的散热面积要远大于热水输送管的散热面积.以水和烟气作为载热输送介质的热性能比较见第66页表1.由表1可知,在采用相同保温材料的条件下,散热系数相同,管壁同环境温差相同,则散热量只需考虑散热面积,热水输送热损失只有烟气输送热损失的4.65%.2cmc工艺的节能效果利用CMC工艺处理炼焦入炉煤后,对焦炉尾部烟道气余热的利用及炼焦煤水分的预蒸发,可避免不必要的焦炉内能耗,提高整座焦炉的能效.而CMC工艺的投入使用,势必导致电耗及蒸汽能耗的增加,因此,CMC工艺的节能效果,需综合评估这两方面.2.1cmc工艺预热模型CMC工艺带来的节能效果主要体现在两部分:进焦炉前的炼焦煤预热和进焦炉后避免的多余水蒸气升温热损失.1)入炉前炼焦CMC工艺预热模型.CMC过程中炼焦煤热量平衡模型见图3,在CMC过程中,炼焦煤吸热量和放热量相等,可得:其中,CMC过程中的煤吸热量主要由原煤中的干煤升温吸热量、水蒸发吸热量和未蒸发水吸热量三部分构成,其数学表达式为:2)预蒸发避免的炉内水蒸气升温热损失.经过CMC蒸发水处理后,避免了蒸发掉的水蒸气再次在焦炉内吸热升温的热损失,即2.2能耗核算及能耗分析运行CMC工艺会有额外的电耗,而部分CMC工艺还需要消耗蒸汽.因此,评价CMC工艺的最终节能效果需要扣除这两部分能耗,为等价衡量节能量和电耗及蒸汽能耗,将三部分全部折算成标准煤,得到最终的CMC工艺能效模型:其中,电耗和能耗按GB21342-2013《焦炭单位产品能源消耗限额》折算.3实际运行效率分析3.1煤和气体接触面积小,气体流量小以现有投入运行的马钢186t/h新日铁流化床CMC装置和宝钢滚筒式CMC装置(STD装置)为对比机组(其中新日铁CMC工艺采用烟气直接接触式沸腾流化床煤调湿技术由表2可以看出,STD工艺由于煤和气体接触面积有限,调湿能力弱于新日铁CMC工艺和EN-CMC工艺的调湿能力,但所需载湿气体流量最小,原因在于STD工艺只需要满足CMC的载湿负荷.而新日铁CMC工艺的气体流量不但要满足载湿负荷,还要满足煤颗粒临界流化速度和CMC所需热负荷,所以气体流量最大.EN-CMC工艺采用载热和载湿分离技术,气体流量只需满足载湿负荷和煤颗粒临界流化速度,因此,EN-CMC工艺相对于其他两种CMC工艺,调湿能力强,CMC调湿量可达到4.0%,而所需气体流量只有新日铁CMC工艺气体流量的52%.3.2种cmc工艺的比较现有的两种CMC工艺和EN-CMC工艺的整个系统的能源利用效率对比见表3(表中DC指干煤).由表3可知,从节能效果来看,新日铁CMC工艺和EN-CMC工艺都要明显优于宝钢STD工艺,而EN-CMC工艺相对于新日铁CMC工艺,通过梯级筛分技术,其干煤吸热量更小,水蒸发吸热量更大,说明EN-CMC工艺的烟气余热更有效地用于煤水分蒸发.在三种CMC工艺中,STD工艺并没有充分利用烟道气余热,而是大量使用了高品位能源蒸汽,使得最终的节能效果不佳,只有0.93kgce/t(干煤);新日铁CMC工艺没有考虑煤颗粒粒度和含水率不同的问题,因此,烟道气的余热没有充分利用在煤的水分蒸发上,而EN-CMC工艺解决这些问题后,最终对焦炉系统节能可达6.92kgce/t(干煤),相对于新日铁CMC工艺的4.51kgce/t(干煤)来说,节能效果增强了53.4%.4在煤颗粒的蒸发前后,我国实行热压1)高比热、高密度的高温热水相比原有流化床CMC工艺的热烟气,载热性能更好,进行长距离热量输送时,散热量要远小于热烟气的散热量,只有热烟气散热量的4.65%.2)EN-CMC工艺对煤颗粒的筛分预处理避免了细颗粒