焦化裝置中煤焦爐調濕預處理的應用

焦化裝置中煤焦爐調濕預處理的應用

中國是一個重要的焦化工生產和消費大國。2010年和2011年，焦焦粉產量分別達到3800億噸和4400億噸，消費分別達到34.84億噸和44.0億噸。全球生產和消費超過60%，排名世界第一。但焦化行業(yè)是一個高消耗、高污染的行業(yè),在生產過程中,不僅消耗大量的焦煤等資源,同時還產生大量的焦化廢水、粉塵、廢煙氣等污染物,對環(huán)境危害大,因此,焦化行業(yè)被列為節(jié)能減排降耗重點行業(yè),資源與環(huán)境問題已成為目前焦化行業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。通過改進焦化工藝技術,降低物耗能耗、減少環(huán)境污染、提高生產效率和產品質量是焦化行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。(2)提高焦爐生產能力以日本煤調濕的實際操作來看,入爐煤水分從10%下降至6%±0.5%時,焦爐生產能力約提高7%～11%,根據(jù)爐型、爐況和操作工況會有一定差異。焦炭產量的提高來自于調濕后煉焦時間的縮短和裝爐煤堆積密度的提高(3)提高焦炭質量俄羅斯及日本煉焦企業(yè)生產實踐表明,采用煤調濕工藝后,在相同配煤條件下,由于堆積密度有所提高,因而可提高焦炭強度,其M40提高1.0～1.5個百分點,M10改善0.5～0.8個百分點,焦炭反應后強度CSR提高1～3百分點(4)提高弱黏結性煤配比優(yōu)質黏結性焦煤日益短缺,增加入爐煤中的弱黏煤配比對焦化行業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。調濕后裝爐煤的堆積密度有所增加,因此可配入的弱黏結性煤比例也得到提高。在保證焦炭質量不變的情況下,可多配弱黏結煤8%～10%。多配弱黏煤既可降低煉焦原料成本,還可避免因裝爐煤堆積密度提高而導致煉焦過程膨脹壓力增加帶來的對爐體的損壞。日本學者研究表明(5)煤料水分的降低可減少1/3的剩余氨水量,相應減少剩余氨水蒸氨用蒸汽1/3,同時也減輕了廢水處理裝置的生產負荷。(6)采用焦爐煙道氣進行煤調濕,減少溫室效應,平均每噸入爐煤可減少約35.8kg的CO此外,煤料水分的穩(wěn)定可保持焦爐操作的穩(wěn)定,有利于延長焦爐壽命?？梢?采用煤調濕技術具有多方面節(jié)能減排增效作用,由于我國焦化行業(yè)規(guī)模巨大,實施該技術的意義不言而喻。2提高焦炭質量煤預熱調濕技術是在焦煤輕度熱解預處理技術基礎上發(fā)展起來的并獲得了廣泛應用。焦煤輕度熱解預處理是先將煤加熱到一定溫度使其完全干燥脫水并發(fā)生輕度熱解后再裝爐煉焦。焦煤經過熱預處理、完全脫水后,其堆積密度獲得顯著提高,從而增加了炭化室中焦煤的填裝量,同時,煉焦過程升溫速率明顯加快,大大縮短了生產周期,這些都起到了增產效果,并提高焦炭質量。另外,還可顯著提高非、弱黏煤比例,拓寬焦煤的來源范圍,因此,焦煤的熱預處理技術在焦化行業(yè)曾受到廣泛重視,在20世紀50—70年代各主要焦炭生產國紛紛進行了工業(yè)化試驗和推廣應用針對上述熱預處理技術在應用中出現(xiàn)的膨脹壓力過大、損壞爐墻或推焦困難以及粉塵污染等問題,日本在20世紀80年代首先開發(fā)出焦煤預熱調濕技術焦煤預熱調濕技術在日本的成功應用促進了該技術的不斷創(chuàng)新、升級,先后已有三代技術開發(fā)成功并獲得工業(yè)化應用2.1多管回轉式干燥機調濕技術間接換熱型煤調濕技術中,熱載體與濕煤料不直接接觸,而是通過金屬管壁與煤料的間接換熱來提供水份蒸發(fā)所需熱量。按照熱載體可分為導熱油型和過熱蒸汽型。(1)以導熱油為熱載體、在多管回轉式干燥機中進行焦煤調濕該技術可有效回收利用荒煤氣熱量進行煤調濕,調濕效果較好。但由于采用間接換熱方式,傳質傳熱效率低、裝置龐大、占地面積大,且導熱油要求嚴格、成本高,設備維護維修復雜,目前已被淘汰。(2)以低壓蒸汽或熱煙氣為熱載體的多管回轉式干燥機煤調濕技術(第二代)2.2煤調濕技術的不足1996年日本室蘭焦化廠開發(fā)出第三代煤調濕技術—直接換熱型的流化床煤調濕技術該技術利用熱煙氣為介質,對粉碎后的焦煤在流化狀態(tài)下進行調濕,物料與加熱介質直接接觸,傳質傳熱快、生產效率高、操作簡單。但由于采用先粉碎、后調濕的工藝,沒有發(fā)揮流化床的分級功能,不能解決破碎機負荷大、能耗高、容易粉碎過度等問題。另外,該技術將全部寬粒度分布的煤料混合在一個流化床中調濕,不易保持良好流化狀態(tài),而且沒有考慮到不同粒度煤的含水量存在顯著差異以及脫水動力學的不相同,因此調濕效果不均勻,容易形成部分煤調濕過度或不足,對不同含濕量及粒度分布的煤料的適應能力有待提高。煤調濕過程中需要輸送大量熱煙氣作為熱載體及脫除水分帶出載體,流化床調濕裝置氣阻壓降較大近年來,國內企業(yè)及研究機構對上述流化床調濕設備進行了改進2.3力分級和預熱調濕技術入爐焦煤的粒度分布范圍很寬,不同粒度煤的含濕量及脫濕動力學也有很大差異,寬粒度分布煤料的水分主要存在于小顆粒煤中,調濕的對象應主要是小粒徑細煤,不加區(qū)分的混合調濕難以達到預期效果,因此,應將焦煤先主要分級,再根據(jù)不同粒徑煤的不同含濕及脫濕特性進行分別調濕,以此達到較佳調濕效果,并且通過分級可以只對大顆粒煤實施粉碎,實現(xiàn)破碎工藝的節(jié)能?；谝陨霞夹g思想,中科院過程所聯(lián)合青島利物浦環(huán)?？萍加邢薰鹃_發(fā)出利用焦爐熱煙氣、在集成流化床、移動床與輸送床一體化復合床裝置中實現(xiàn)同時進行焦煤分級與預熱調濕的新技術該技術通過將固體物料氣力分級和預熱調濕過程集成起來,使兩者能夠耦合并行進行,達到了同時進行分級和預熱調濕效果。其工作原理如圖6所示:利用熱煙氣為流化、氣力分級和輸送介質,煤料首先進入流化床被流化分散和分級,并進行初步脫濕,分級后小顆粒煤進入氣流輸送床做進一步快速脫水并被輸送到氣固分離器與氣相分離后回收;大顆粒煤及其夾帶的少量較小顆粒煤快速落入移動床做進一步脫濕和分級,最后大顆粒煤由下部排料口排出,分出的小顆粒煤隨氣流進入氣流輸送床,與來自流化床的小顆粒煤一同脫濕、并輸送到分離器。通過對流化床、移動床和氣流輸送床結構、尺寸的優(yōu)化設計,并根據(jù)需要對流化床和移動床熱氣流量、氣速分別單獨控制,可以實現(xiàn)對不同濕度的大、小顆粒煤的脫濕過程分別優(yōu)化調控,達到準確、均勻、穩(wěn)定的調濕效果和過程高效。該技術典型運行參數(shù)見表1。其主要特點包括。①采用快氣速操作,其內部氣—固物料間傳質傳熱快、生產效率高,可顯著提高處理能力,比常規(guī)流化床型煤調濕設備高2倍以上。②該技術采用高開孔率布風板,大大降低了風阻壓降,主裝置滿負荷運行壓降不超過2KPa,明顯低于常規(guī)流化床2.5～3kPa的壓降,因而降低了系統(tǒng)能耗。③對煤料適應能力強,調濕效果好。該技術以短距淺層流化床對寬粒度分布煤料進行布料、快速分級,流化床進料與出料口距離短,布風板面積小、開孔率高而單位面積氣流量大,而且熱氣流量及其在流化床與移動床間的分配易于調控,因而對煤料的粒度和濕度適應能力更強,系統(tǒng)運行更穩(wěn)定。④在快氣速條件下的脫濕速率顯著提高,更短時間內即達到脫濕要求,煤料快速脫離加熱氣氛,其升溫幅度較小,調濕后煤升溫一般僅20～30℃,因此更多熱量用于脫水,即熱氣熱量有效利用率更高。另外,在破碎工序,由于小顆粒物料已經被分離出去,只需粉碎大顆粒物料,減少了物料的粉碎量,節(jié)約了操作費用和能耗;同時還避免了已符合要求的小顆粒物料過度破碎。3復合床煤調濕技術的局限性我國作為全球最大的焦炭生產與消費國,焦炭產能占世界總量的60%以上。而焦化行業(yè)是高能耗、高物耗和高排放行業(yè),其節(jié)能減排已確定為我國的一項長期基本國策,焦化過程的環(huán)境污染控制和焦煤資源的安全供應問題已日益成為國內焦化產業(yè)實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。焦煤分級預熱調濕作為具有顯著的節(jié)能減排效果、兼具拓寬焦化用煤來源和提高焦炭質量效果的煤預處理技術,對幫助解決我國焦化行業(yè)所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)具有重要意義。目前該技術在我國推廣緩慢,其中一個重要因素就是國內自主研發(fā)的焦煤預熱調濕技術的先進性和可靠性不夠,缺乏成功的應用示范,而從國外引進技術又存在成本過高、操作與維護復雜等問題。新一代復合床煤調濕技術基于寬粒度分布煤料的濕含量隨煤料粒度的變化特性,能同時提供分級和調濕功能,且