焦化行业煤调湿技术的选择

焦化行业煤调湿技术的选择

煤调节湿的基本原理是利用外部热量对焦炉外的旧煤进行预干燥，以减少进入焦炉的煤，控制焦炉的能耗，提高焦炉的操作，提高焦的质量，并扩大粘合性碳灰岩的用量。CMC与传统煤干燥的区别在于不追求最大限度地去除入炉煤的水分,而只把水分稳定在一定水平,既可达到增产、节能的目的,又不因水分过低而引起焦炉和回收系统操作的困难,使入炉煤密度增大、焦炭及化工产品增产、焦炉加热用煤气量减少、焦炭质量提高和焦炉操作稳定的效果。焦炉CMC的特点是:处理能力大;防止干燥过程中的粉尘爆炸;干燥后粉煤的湿含量控制在6.5%±0.5%;干燥后粉煤的温度不超过85℃。过干燥和温度过高,会导致粉煤的轻质可燃组分挥发,既增加安全隐患,又会造成不必要的浪费,同时对后续焦炉生产产生不良影响。1节约炼焦余热,延长焦炉生产能力研究数据显示,每1%水分在干燥装置内脱除的热耗量为42kJ/kg,在焦炉内的热耗量为63kJ/kg,每降低1%水分可节约的热耗量为21kJ/kg。太钢炼焦用配煤平均水分为10.5%,增设CMC蒸汽管回转干燥系统后,将配煤水分从10.5%降低到6.0%,按处理量400t/h计算,可节约能量28.35GJ/h,按年运转8000h计算,每年可节约226.8TJ的热量,相当于10kt标准煤。通俗地说,一套400t/h蒸汽管煤调湿装置每年能完成10kt标准煤的节能减排任务。此外装炉煤水分降低,还可以提高炼焦速度,缩短结焦时间,改善焦炭质量。含水9%~11%的装炉煤经干燥调湿后水分降低为5%~6.5%时,装炉煤的堆密度增加,约提高6.9%,结焦时间约缩短4%,两项效果可使焦炉生产能力提高11%左右。我国目前现有焦炭生产企业1300多家,各种类型焦炉2790多座,年产焦炭约240Mt,年耗洗精煤约330Mt。我国焦化厂炼焦煤含水量普遍偏高,年平均含水在11%左右。如果焦炉煤含水以10%计,则就有17Mt/a的水进入焦炉。这些水在焦炉中汽化要消耗的能量相当于2.23Mt/a标准煤。如果采用装炉CMC装置,将焦炉煤含水量降至5%,则使8.50Mt/a的水不进入焦炉,不仅降低了炼焦耗热量,且装炉煤含水量降低还提高了装炉煤的堆密度,有利于提高焦炉质量和产量,具有极大的经济效益。2炼焦厂采用配煤调湿技术采用CMC技术后的运行效果有:a.煤料含水量每降低1%,炼焦耗热量就降低62.0MJ/t(干煤)。当煤料水分从11%下降至6%时,炼焦耗热量节省了11%。b.装炉煤水分降低,可以提高炼焦速度,缩短结焦时间,改善焦炭质量。含水9%~11%的装炉煤经干燥调湿后水分降低为5%~6.5%时,装炉煤的堆密度,提高约6.9%,结焦时间约缩短4%,两项效果可使焦炉生产能力提高11%左右。c.改善焦炭质量,在保证焦炭质量不变的情况下,可多配弱粘结煤8%~10%。d.煤料水分降低可减少1/3的剩余氨水量,相应减少剩余氨水蒸氨用蒸汽1/3,同时也减轻了废水处理装置的生产负荷。e.减少温室效应,平均每吨入炉煤可减少约35.8kg的COf.煤料水分稳定在6%的水平上,使煤料的堆密度和干馏速度稳定,有益于改善焦炉的操作状态实现降耗增产。g.煤料水分的稳定可保持焦炉操作的稳定,有利于延长焦炉寿命。3国内煤调湿技术的发展煤调湿技术是21世纪初炼焦煤资源和能源紧缺的背景下发展起来的,该技术是对20世纪50年代发展起来的煤干燥工艺的进一步改进,与煤干燥的区别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,既可达到增加效益的目的,又不因水分过低而引起焦炉和回收系统操作的困难。我国煤调湿技术研发始于上世纪90年代,经过多年攻关,已经掌握了利用蒸汽为干燥介质的蒸汽管回转干燥机煤调湿技术和利用焦炉尾气为干燥介质的流化床煤调湿技术。其中蒸汽管回转干燥机煤调湿技术由天华化工机械及自动化研究设计院与太钢集团有限公司联合开发,已经分别在太钢、宝钢和攀钢应用并取得了显著的经济效益,申报的“煤调湿工艺设计、制造及优化”课题经山西省科学技术厅组织的科技成果鉴定技术水平达到当前国际先进水平,该项目于2010获得中国化工集团公司科学技术二等奖,2011年获得中国冶金行业科学技术二等奖,且已获得国家发明专利和实用新型专利共20项。流化床煤调湿技术由济南钢铁有限公司、中冶焦耐工程技术有限公司和中日联节能环保有限公司联合开发,该技术已经在济南钢铁有限公司应用,但始终没有稳定连续运行。此外,神华国际贸易有限责任公司与天华院正在研究开发利用焦炉尾气为干燥介质的回转圆筒煤调湿风选一体化及利用焦炉尾气的气流-流化床煤调湿技术。3.1煤粉干燥器设备特点现在用于煤调湿的设备主要有:a.回转圆筒干燥机。该干燥器调节简便,水分波动小,操作可靠,动力消耗小,但生产能力低、容积蒸发强度小,设备笨重,占地面积大。b.气流干燥器。该干燥器单位体积生产能力大,结构简单,占地面积小,但操作和粒度控制较严,动力消耗大,设备易磨损,不易控制干燥后煤粉水分。c.流化床干燥器。该设备单位体积生产能力大,结构简单,便于制造,维修方便,易于设备放大,但操作和粒度控制较严,对易结壁和结块的物料会产生设备结壁和堵床现象。d.蒸汽管回转干燥机。该干燥机运转稳定,操作维护简单,能量利用率高,处理能力大,但该设备结构复杂,加工设计难度大。3.2工艺总结3.2.1煤粉干燥和烟气回收回转圆筒干燥机煤调湿系统主要由煤粉输送装置、热风炉、干燥机、旋风分离器、湿式除尘器及风机等组成,工艺流程如图1所示。湿煤粉经皮带输送机输送至密封式刮板输送机,通过溜槽进入干燥机内,在此湿煤粉与来自热风炉的热烟气充分接触并流干燥,干燥后的煤粉从干燥机出料箱排入密封式刮板输送机内送至炼焦工段。干燥煤所用的热介质在热风炉内制备,由鼓风机经风管送入的空气和煤气管输送来的煤气经燃烧器混合后进行燃烧,产生热烟气到转筒干燥机内加热湿煤粉并蒸发吸收水分,废气经排料箱、风管进入并列设置的一次旋风除尘器进行煤粉回收,初步净化后的气体在经风管由引风机通过风管送至湿式除尘器进一步净化,最后洁净的废气由排风烟囱排入大气。由一级旋风除尘器收集下来的细煤粉经螺旋输送机和星形排料器阀送到出料刮板输送机掺入干后产品。二级湿式除尘器所排黑水入原有地沟回选煤厂集中处理。3.2.2烟气气流干燥管下干燥气流干燥器煤干燥系统主要由加料器、打散器、气流干燥管、热风炉、旋风分离器、二次旋风分离器、循环风机、排风机及洗涤塔等组成,工艺流程如图2所示。湿煤通过原料煤加料器进入打散器打散后直接送入气流干燥管下部。燃料气在直燃式热风炉中与空气充分接触燃烧产生高温烟气,高温烟气与来自循环风机的低温烟气混合后由气流管干燥器底部进入气流管干燥器,将湿煤粉迅速分散并预热干燥。由于热烟气在气流管干燥器中流速较大,可将绝大多数煤粉带出气流管干燥器。少量未被带走的大颗粒,可由干燥器的下部排料阀排出,用运输机运走。悬浮在热烟气中的煤粉随烟气气流进入旋风分离器,在离心力的作用下使煤粉沉降下来,由旋风分离器底部灰斗经旋转阀排出到输送机上。少量未沉降下来的细煤粉用湿式除尘器洗涤,洗涤后产生的污水在污水处理中心统一处理。3.2.3烟气分离和烟气回收流化床干燥器煤调湿系统主要由加料器、流化床干燥器、热风炉、鼓风机、袋式除尘器及引风机等组成,工艺流程如图3所示。湿煤通过原料煤加料器直接送入流化床干燥器箱体内。燃料气在直燃式热风炉中与空气充分接触燃烧产生高温烟气,高温烟气与混温空气混合后由流化床干燥器底部进入流化床干燥器锥斗。锥斗内热烟气通过流化床分布板后均匀地进入流化床箱体,将湿煤粉迅速分散并预热干燥。由于气体流速接近煤粉沉降速度,流化床干燥器内的湿煤粉在热烟气作用下被分散处于沸腾状态。干燥后的煤粉从流化床干燥器尾部排出送入炼焦工段。与煤粉换热后的烟气夹带着蒸发出的水蒸气及少量煤粉从流化床干燥器顶部排出。从流化床干燥器顶部排出的烟气、水蒸气及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形卸料器卸出后与干燥后的煤粉混合。净化后的烟气、水蒸气经引风机引至安全地点排放。3.2.4干燥机载气、蒸气的分离蒸汽管回转干燥机煤调湿系统主要由湿煤粉储仓、皮带输送机、鼓风机、空气加热器、蒸汽管回转干燥机、袋式除尘器、引风机、混合机、凝液罐及凝液回收泵等组成,工艺流程如图4所示。来自煤粉储仓的湿煤粉经皮带输送机均匀地加入到干燥机内,在此煤粒与干燥机内布置的通有过热蒸汽的换热管充分接触干燥,物料中的湿分不断蒸发,物料从干燥机入口向出口方向运动,当物料到达干燥机出口时成为湿含量不高于6.5%的产品,产品从干燥机下料口经螺旋汇合后,输送至炼焦工段。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,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,干燥载气是经蒸汽加热器预热的热空气。从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形卸料器进入双轴搅拌混合机内进行增湿,增湿后的煤粉与干燥后的煤粉混合。净化后的载气、水蒸气经引风机引至安全地点排放。加热蒸汽从干燥机旋转接头进入干燥机内,通过汽室分配到干燥机换热管内,在此蒸汽与干燥机蒸汽管外的物料进行换热后冷凝,凝液通过自身重力自流至凝液罐中贮存,凝液通过凝液泵送至凝液回收系统。4蒸汽回转干燥机法煤调湿技术目前的几种煤调湿技术运行过程中均存在各种各样的问题,有些甚至闲置荒废。在煤调湿工艺选型过程中,关键应考虑节能降耗,清洁生产和长周期运行稳定的问题。节能降耗是煤调湿技术实施的主要目的,选择方案时应充分考虑各企业的资源优势,尽可能利用富产能源,达到节能降耗目的。例如宝钢、太钢和攀钢均有CDQ发电装置,可利用背压蒸汽作为热源,采用蒸汽回转干燥机法煤调湿技术较为合理。具有此技术运行稳定、操作成本低廉及运行监护人员少等特点,是目前国内外尤其在日本最多使用的技术。清洁生产是煤调湿技术实施过程中重点考虑的问题,煤调湿后,由于煤水分降低,在输送、装煤过程中,若收尘装置设计不合理,煤粉散逸,生产环境恶劣,且煤粉散逸堆积容易自燃爆炸,带来安全问题;干燥后的煤粉带有水气,若采用布袋收尘,极易造成布袋堵塞,起不到收尘效果,应考虑向布袋内掺入额外焦炉尾气或热烟气,提高尾气温度,防止结露,便于收尘装置稳定运行,确实起到环保效果。选型时应充分对比各项技术的可靠程度,且应实地考察现有技术实际运行情况,调研各项技术运行存在的问题和对策。5蒸汽干燥和烟气干燥的经济性比