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文檔簡介
寶鋼煤調濕過程物料平衡及能量平衡分析
煤炭調節(jié)技術是一種重要的焦煤預處理技術,通過在焦爐外干燥和穩(wěn)定生成的煤炭,減少和穩(wěn)定焦場的水分,降低焦場的能耗,提高焦場的生產(chǎn)能力,提高焦場的質量,穩(wěn)定焦場的操作。1983年以來日本先后開發(fā)了3種不同干燥介質的煤調濕技術。我國第一套煤調濕裝置1996年在重鋼投產(chǎn),采用的是熱煤油干燥技術,以蒸汽為主要介質的煤調濕先后在本鋼、沈陽煤氣、寶鋼、太鋼、攀鋼等推廣應用。濟鋼、馬鋼煤調濕采用的是焦爐煙道氣流化床形式。雖然我國煤調濕裝置應用比較全面,但總體來講起步較晚,針對煤調濕工藝研究遠落后于工業(yè)應用。該文以寶鋼煤調濕為研究對象,對煤調濕過程進行熱平衡計算,分析物料在回轉窯內停留時間分布,為煤調濕工藝裝置設計和試驗研究提供技術支持和理論指導。1干燥機采用煙道氣調濕見表1寶鋼煤調濕2008年底建成投產(chǎn),采用以煙道氣為載氣的蒸汽管式干燥機,設計處理量為330t/h,進料煤中含水率9.1%~12.2%,處理后煤中含水率為6.5%~7.0%。核心設備干燥機的主要規(guī)格為:有效長度20m,有效直徑3.772m,有效容積223.49m與傳統(tǒng)蒸汽回轉式煤調濕不同的是在干燥機入口引進焦爐煙道氣,用煙道氣作為載濕氣有以下優(yōu)點:(1)焦爐燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度在220℃左右,與使用的低壓蒸汽溫度相當,這樣可以省去空氣預熱的環(huán)節(jié),節(jié)約能源;(2)煙道氣中水分含量較低,其傳質推動力大,干燥效率高;(3)煙道氣中惰性氣體含量較高,氧含量低,對控制系統(tǒng)各可燃組分比例,保證系統(tǒng)安全有利。2煤炭調度和除濕技術的評價2.1熱平衡計算基礎數(shù)據(jù)結果2009年2-5月,對煤調濕系統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)、操作參數(shù)、運行參數(shù)以及煤料在回轉窯內停留時間分布進行在線測定。以每小時處理的煤量與環(huán)境溫度為基準,結合在線儀表和臨時檢測儀表,對煤調濕過程進行物料與能量計算。測試的基礎數(shù)據(jù)為:環(huán)境溫度13.5℃,調濕后回轉窯出口煤的溫度76.2℃。入窯煙氣溫度98℃,出窯90℃。過熱蒸汽溫度225℃,蒸汽經(jīng)冷凝后汽液混合物溫度128℃。計算結果見表1與表2。煤調濕系統(tǒng)熱工效率:煤調濕系統(tǒng)有效熱效率:經(jīng)過熱平衡計算發(fā)現(xiàn),煤調濕系統(tǒng)熱工效率94.43%,表明生產(chǎn)過程中加熱蒸汽熱源主要用于蒸發(fā)水分以及物料自身升溫。煤調濕系統(tǒng)有效熱效率43.76%,表明在煤調濕系統(tǒng)中熱能主要用于濕煤中水分相變,使煤中液態(tài)水轉化為汽態(tài)水,從而起到降低煤粉水分作用。進入干燥機的煙氣載氣溫度在100℃左右,其作用是通過流動帶走煤表面蒸發(fā)水分,提高傳質推動力。2.2回轉窯內停留時間分布煤在回轉窯中的干燥效果受干燥強度和停留時間的影響。干燥強度一定時,煤在窯內停留時間越長,干燥效果越強。在連續(xù)生產(chǎn)條件下停留時間分布決定了干燥窯內動態(tài)儲料量,由此決定了煤料浸沒列管傳熱面積。針對煤料在窯內的運行狀態(tài),采用脈沖示蹤方法測定,結果見圖2。(1)從試驗樣本的停留時間分布計算平均停留時間為10.3min,干燥時間較短,從分布上看,最早為8.511min,最晚13.35min,停留時間分布基本符合高斯分布。(2)回轉窯內煤料運動狀態(tài)分為兩類,一是沿軸線方向的螺旋運動;二是隨徑向運動到最高點后自由拋灑運動。根據(jù)回轉窯的運行參數(shù)與設計結構參數(shù)計算表明其螺旋運動平均停留時間為6.2min,考慮到濕煤料顆粒之間的粘附性、內置加熱管引起的碰撞返料,實際煤料的平均停留時間高于理論計算時間。(3)在回轉窯內既有煤料與換熱管壁之間的傳導換熱,也有煤料之間的對流傳熱,同時在窯內有焦爐煙道氣與煤料表面水汽之間的傳質作用。所有這些與填充率直接相關,保證窯內有足夠的流動空間,根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算如下:式中:φ為填充率;τ為停留時間;G為處理量;ρ為煤料堆密度;V這比一般轉筒干燥器的填充率高,可能與煤調濕回轉窯內物料的性質和窯體本身結構有一定關系。在填充率為38.13%和平均停留時間僅10.3min的條件下,依靠煙氣的湍流流動,提高窯內水分擴散的傳遞動力,保證煤料表面自由水分的快速蒸發(fā),實現(xiàn)了高填充率下的干燥要求。(4)寶鋼煤調濕回轉窯的結構特殊,具體表現(xiàn)為:轉筒采用間接蒸汽夾套加熱煤料,同時為增加傳熱面積,又沿直徑方向布置多層列管。該列管在增加傳熱面積的同時,兼作煤料翻動抄板,使得煤料在回轉窯內既實現(xiàn)浸沒傳熱,又促進煤粒與煙氣之間的水汽傳遞。3回轉窯內物料停留時間分布(1)對煤調濕系統(tǒng)的測定得到其熱工效率94.43%,有效熱效率43.76%,表明煤調濕生產(chǎn)過程中加熱蒸汽熱源主要用于蒸發(fā)水分以及物料自身升溫,同時100℃左右的煙氣溫度通過流動帶走煤表面蒸發(fā)的水分,實現(xiàn)高效水分傳遞。(2)針對回轉窯內物料停留時間分布測定發(fā)現(xiàn),其平均停留時間為10.3min,煤料顆粒之間停留時間分布基本符合高斯分布,與理論上物料平均停留時間為6.2min相近,說明煤料在回轉窯
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