煤調(diào)濕能效分析

煤調(diào)濕能效分析

在研究煤儲存在體內(nèi)的技術(shù)（如煤預(yù)熱和煤干燥）時，人們發(fā)現(xiàn)了環(huán)境問題，并生成了驅(qū)煤技術(shù)。應(yīng)用煤調(diào)濕技術(shù)后,在煤料水分不低于6%時裝煤煙塵易治理,煉焦耗熱量降低,焦?fàn)t生產(chǎn)能力提高,減少約40%的剩余氨水,還可以利用工業(yè)余熱。作為節(jié)能減排措施,煤調(diào)濕得到推廣應(yīng)用。我國已經(jīng)建成投產(chǎn)的煤調(diào)濕有以下3種類型:①回轉(zhuǎn)窯式:通常以蒸汽為熱源,間壁傳熱,以焦?fàn)t煙道氣或熱空氣作為脫出的水汽載氣。②臥式流化床:振動板或移動板式流化床,以焦?fàn)t煙道氣為熱源,煙道氣與煤直接接觸傳熱,煤料部分流化。③立式流化床:振動板或固定板式流化床,以焦?fàn)t煙道氣為熱源,煙道氣與煤直接接觸傳熱,振動板流化床中煤料部分流化,固定板式流化床是沸騰床,煤料完全流態(tài)化。此外,還有過以導(dǎo)熱油為熱載體,利用上升管余熱的回轉(zhuǎn)窯式煤調(diào)濕;有將煤調(diào)濕系統(tǒng)置于粉碎機(jī)前,實(shí)現(xiàn)風(fēng)動選擇粉碎與煤調(diào)濕結(jié)合的方案;還有考慮用軟水與煙道氣換熱,然后用熱水為熱源的煤調(diào)濕等等。目前應(yīng)用較多的是以煙道氣為熱源的流化床煤調(diào)濕和以蒸汽為熱源的回轉(zhuǎn)窯煤調(diào)濕,由于熱源不同,取得較高能效時的運(yùn)行模式也不同,本文將進(jìn)行具體分析。1產(chǎn)濕儲水的運(yùn)行與效率以馬鋼煤焦化公司立式固定板沸騰流化床煤調(diào)濕裝置為例進(jìn)行能效分析。1.1煤調(diào)濕風(fēng)煤調(diào)濕的工藝流程該煤調(diào)濕系統(tǒng)按2座50孔6m焦?fàn)t,年產(chǎn)焦炭100萬t生產(chǎn)能力配套。工藝流程如圖1所示,粉碎后的濕煤在去焦?fàn)t煤塔的皮帶上由犁式分料器改向,送入濕煤倉,從設(shè)有振動給料器的煤倉下部進(jìn)入干燥器1入干燥器濕煤水分:10.2%出干燥器煤料水分:6.5%入爐煤水分:6.0%處理濕煤:186t/h1.2煉焦、煤氣凈化系統(tǒng)煤調(diào)濕系統(tǒng)自2011年7月試運(yùn)行后,本身無大問題,處理能力、干燥效果皆可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但是由于煤料水分降低后,對相關(guān)工序產(chǎn)生的不良影響估計(jì)不足,導(dǎo)致煉焦、煤氣凈化系統(tǒng)出現(xiàn)一些問題,生產(chǎn)難以為繼。運(yùn)行數(shù)次中斷,共累計(jì)運(yùn)行近200天。主要問題如下。1)煉焦系統(tǒng):爐墻結(jié)石墨加快,上升管掛料增加,推焦電流平均增加12A,裝煤除塵效果變差?？捉沽吭黾?.53t,焦炭質(zhì)量無顯著變化。2)煤氣凈化系統(tǒng):裝爐時煤粉隨荒煤氣到煤氣凈化系統(tǒng),導(dǎo)致初冷器、電捕焦油器、煤氣管道、脫硫塔等堵塞,焦油、氨水分離困難,焦油甲苯不溶物增加,初冷器洗萘液流動性差等。1.3設(shè)計(jì)值和分分基本符合能效最高的工況是系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值時。2011年12月對系統(tǒng)進(jìn)行功能測試,按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整,煤料的處理量、水分基本符合設(shè)計(jì)值。功能測試時的主要工藝數(shù)據(jù)如下:煤料入干燥器溫度:18℃(隨季節(jié)變化)煤料出干燥器溫度:40℃(測試值為37.1~41.8℃,取40℃)煤料水分減少:4.2%(控制值)干煤耗電:13.5kWh/t(測定值)干煤耗蒸汽(主要是除塵器保溫用):1.9kg/t(測定值)以1000kg干煤為基準(zhǔn),以功能測試的數(shù)據(jù)為基本依據(jù),對流化床煤調(diào)濕進(jìn)行能效分析。1.3.1能源消耗的折標(biāo)系數(shù)利用煙道氣余熱的流化床裝置消耗的主要能源介質(zhì)是電和蒸汽(少量的氮?dú)獠挥?jì))。耗電、耗蒸汽折標(biāo)準(zhǔn)煤按GB21342—2008《焦化單位產(chǎn)品能源消耗限額》規(guī)定的折標(biāo)系數(shù)。其中電力折標(biāo)系數(shù)有2個:當(dāng)量值0.1229kgce/kWh、等價值0.4040kgce/kWh。從節(jié)能減排的角度看,消耗的電力按等價值折算比較合理。耗電13.5kWh按等價值折標(biāo)準(zhǔn)煤為5.45kgce,耗1.9kg蒸汽折標(biāo)準(zhǔn)煤為0.24kgce。1.3.2因煤質(zhì)中余熱利用量1)在煤調(diào)濕系統(tǒng)中利用的煙道氣余熱。煤調(diào)濕系統(tǒng)中得到利用的煙道氣的熱量為:煤炭在干燥器中被加熱所吸收的熱量、煤炭的水分被加熱并部分蒸發(fā)所吸收的熱量。具體熱量如下(計(jì)算過程略)。1000kg干煤從18℃升溫至40℃需熱量:2.31×10煤料中的水分(10.2%,113.59kg)從18℃升溫至40℃需熱量:1.05×1040℃時蒸發(fā)出煤料4.2%水分(46.77kg)所需熱量:11.25×10煙道氣的余熱利用量為三者之和:14.61×102)減少供入焦?fàn)t的熱量。按水汽750℃自炭化室逸出,水分蒸發(fā)產(chǎn)生的46.77kg水汽由40℃加熱至750℃所需熱量:6.81×10焦?fàn)t熱工效率按75%計(jì),由于采用煤調(diào)濕而少供入焦?fàn)t的熱量:(14.61+6.81)×10折標(biāo)準(zhǔn)煤:9.74kgce1.3.3煤粉用量的影響減少的焦?fàn)t供熱量與煤調(diào)濕的能源消耗之差,即為采用煤調(diào)濕技術(shù)所節(jié)約的能量(電力消耗按等價值折算)。煤調(diào)濕節(jié)能:節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4.05kgce/t-干煤,年產(chǎn)100萬t焦炭(結(jié)焦率76%)時節(jié)能5329×10馬鋼煤調(diào)濕系統(tǒng)試運(yùn)行近兩年來,由于煤粉的影響,除了短暫的功能測試外,多數(shù)時間是在調(diào)濕后水分8%左右運(yùn)行,按照水分降低2.5%計(jì),電耗、蒸汽消耗按功能測試值(由于系統(tǒng)不能正常連續(xù)運(yùn)行,多數(shù)時間的消耗高于功能測試時的數(shù)值),計(jì)算方法同上,節(jié)能效果為:按等價值折算,節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.73kgce/t-干煤,年產(chǎn)100萬t焦炭(結(jié)焦率76%)時節(jié)能961×102氣作為載氣裝置的運(yùn)行參數(shù)以蒸汽為熱源的煤調(diào)濕,通常是回轉(zhuǎn)窯式,蒸汽與煤的熱量傳遞為間壁傳熱,為了排出蒸發(fā)產(chǎn)生的水汽,在煤料側(cè)通入煙道氣或空氣作為載氣。據(jù)了解國內(nèi)幾套該類型裝置的運(yùn)行參數(shù)大致如下。降低水分:2%~3%(按2.5%計(jì))耗蒸汽:40~50kg蒸汽/t煤(按45kg蒸汽/t煤計(jì))耗電:載氣風(fēng)機(jī)耗電0.5kWh/t煤(總耗電按1.0kWh/t煤)煤炭溫度:入口25℃,出口55~65℃(按60℃計(jì))輔助系統(tǒng)及其他消耗不計(jì),以1000kg干煤為基準(zhǔn),計(jì)算上述工況下的能效。2.1生產(chǎn)力耗蒸汽折標(biāo)準(zhǔn)煤為5.79kgce/t-干煤,耗電按等價值折標(biāo)準(zhǔn)煤為0.404kgce/t-干煤。2.2通過加熱和除濕加熱，焦?fàn)t的加熱量減少2.2.1煤料在煤調(diào)濕裝置中的熱量煤料從25℃升溫到60℃吸收熱量:3.67×10煤料水分從25℃升溫到60℃吸收熱量:1.66×10蒸發(fā)水分耗熱:6.70×10煤調(diào)濕裝置供給煤料的熱量為三者之和:12.03×102.2.2減少焦?fàn)t的加熱爐外脫水的水汽升溫至750℃需熱量:3.94×10減少焦?fàn)t供熱:(12.03+3.94)×10折標(biāo)準(zhǔn)煤:7.26kgce2.3加熱和回轉(zhuǎn)爐的蒸汽加熱能降低熱量電力消耗按等價值折算,節(jié)能為1.07kgce/t-干煤,配套年產(chǎn)100萬t焦炭的煤調(diào)濕系統(tǒng),節(jié)能1408×103煤調(diào)濕系統(tǒng)的節(jié)能潛力分析從計(jì)算分析可知,煤調(diào)濕節(jié)能主要在于爐外低溫脫水及同時加熱煤料。以煙道氣為熱源的流化床煤調(diào)濕具有以下特點(diǎn)。1)消耗的主要能源是電力和少量保溫用蒸汽,由于流化所需要的氣料比不隨調(diào)濕水分而變化,故能耗基本不變。換言之,脫除的水分越多,節(jié)能效果越顯著,但是受制于煤粉對相關(guān)工序的不良影響。2)焦?fàn)t的熱工效率通常為75%左右,達(dá)到同樣的工藝效果(煤料的溫度、水分)時,焦?fàn)t耗熱是流化床煤調(diào)濕的1.3倍左右。3)煙道氣與煤料直接接觸傳熱,蒸發(fā)水分的效率高,達(dá)到目標(biāo)水分時的煤料溫升較回轉(zhuǎn)窯小。所以在冬季氣溫、煤料溫度都較低時,同樣的目標(biāo)水分煤料溫升增加,節(jié)能效果更為顯著。4)由于以消耗高品位的電、蒸汽為代價,節(jié)約的是冶金工廠的次生能源———高爐煤氣,根據(jù)煤調(diào)濕實(shí)際運(yùn)行的計(jì)量數(shù)據(jù),按馬鋼現(xiàn)行能源價格綜合測算表明,當(dāng)減少2.5%水分時,扣除焦?fàn)t及相關(guān)工序的收益,每處理1t煤,要增加成本5元多?；剞D(zhuǎn)窯煤調(diào)濕的能耗以蒸汽為主,消耗量隨目標(biāo)水分而改變。在蒸汽消耗、目標(biāo)水分、焦?fàn)t加熱用煤氣消耗之間,存在系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果的最佳點(diǎn)。流化床煤調(diào)濕與回轉(zhuǎn)窯煤調(diào)濕的能效比較:由于流化床煤調(diào)濕的能耗主要是電力且在不同工況時基本不變,因此脫除的水分越多節(jié)能效果越顯著。脫除4.2%水分時,每處理1t干煤節(jié)能計(jì)算值為4.05kg標(biāo)準(zhǔn)煤;脫除2.5%水分時,流化床煤調(diào)濕節(jié)能計(jì)算值僅0.73kg標(biāo)準(zhǔn)煤,低于回轉(zhuǎn)窯煤調(diào)濕的1.07