煤調濕煤粉蒸汽管回轉干燥系統的研究

中國現有的焦爐生產能力很強，占世界第一。焦化廠的焦油裝瓶量普遍較高，平均含水量約為11%。此外，優質焦油煤炭的短缺氧。圍繞現有焦爐和焦油生產工藝的發展和提高，提高焦油質量，節約、高產，是適應企業發展和提高經濟效益的有效手段。煤調濕技術是在煤干燥技術上發展起來的,其基本原理是利用外加熱能將煉焦煤料在煉焦爐外進行干燥、脫水,將煉焦用煤入爐的水分控制在6%左右,以控制煉焦能耗量、改善焦爐操作、提高焦炭質量或擴大粘結性煤用量的煉焦技術,與煤干燥的不同在于不追求最大限度地去除入爐煤的水分,而只把水分穩定在相對低的水平,這樣既可以達到增加經濟效益的目的,又不會因水分過低而引起焦爐和回收系統操作的困難煤調濕技術在日本發展得最為迅速,先后開發出了熱媒油干燥的煤調濕技術、蒸汽管回轉干燥的煤調濕技術和流化床干燥的煤調濕技術1蒸汽管回轉干燥機的組成蒸汽管回轉干燥機是一種間接加熱方式的回轉干燥機,與常規回轉干燥機的差別在于其筒內安置了蒸汽加熱管,加熱管貫穿整個干燥機,以同心圓方式排成1~6圈,干燥所需熱量主要由加熱管提供,攜帶載氣主要作用是將干燥過程中蒸發的濕分帶出,并具有干燥物料的效果,由于干燥過程中載氣用量較少,攜帶氣的干燥作用一般可忽略。蒸汽管回轉干燥機主要由進料螺旋、筒體、換熱管和管支撐、汽室、驅動系統、齒圈、滾圈、托輪、擋輪、筒體進料端、筒體出料端、底座以及潤滑系統等組成。天華院在蒸汽管回轉干燥機基礎理論研究方面進行了傳質、傳熱及其停留時間等關鍵工藝參數的研究,提出了傳熱、傳質及物料在干燥機中的停留時間計算模型,形成了完整的工藝計算理論、方法和工藝計算軟件,并在此基礎上根據煤粉特性設計了使用該物料的干燥機,其特點是處理量大、運轉穩定、操作維護簡單、能量利用率高。2工藝總結2.1參數煤粉蒸汽管回轉干燥系統的技術參數如下:2.2干燥機載氣、蒸氣的回收煤粉蒸汽管回轉干燥系統主要由蒸汽管回轉干燥系統、煤粉計量分析單元、空氣預熱單元、尾氣處理單元以及閃蒸單元等組成,工藝流程框圖如圖1所示。干燥過程中產生的水蒸氣由來自空氣預熱單元的干燥載氣帶出,干燥載氣是由干燥機物料入口進料螺旋處與物料并流進入干燥機的,從干燥機出料箱頂部排出。為提高干燥機的干燥能力,防止干燥后的水分結露,干燥載氣是經蒸汽凝液預熱的熱空氣。從蒸汽管回轉干燥機尾部排出的載氣、水蒸氣和煤粉粉塵被引風機抽吸到袋式過濾器內進行氣固分離。分離下來的粉塵沉積到袋式過濾器底部經星型卸料器進入雙軸攪拌型混合機內進行增濕,增濕后的煤粉與干燥后的煤粉混合后送至焦爐。凈化后的載氣、水蒸氣經引風機引至安全地點排放。干燥過程產生的蒸汽凝液經空氣預熱單元預熱空氣后進入閃蒸單元閃蒸,閃蒸后產生的蒸汽用于干燥系統保溫,閃蒸后的水送至蒸汽鍋爐循環使用。2.3干燥機采用網絡實驗天華院設計開發的蒸汽管回轉干燥機煤干燥工藝具有以下特點:a.安全性。干燥機采用微負壓操作,既可防止粉塵的外漏,又可提高系統運行的安全性,適用于干燥有危險性或爆炸性的介質;干燥載氣與濕煤粉并流進入干燥機,進一步提高了系統的安全性;設有氧含量在線檢測氮氣保護系統,可將系統氧含量控制在12%以下b.干燥機出口含水量采用前饋+反饋的控制方式,可嚴格控制干燥機出口含水率。c.攜帶載氣采用干燥機蒸汽凝液加熱,充分利用凝液熱量。d.采用閃蒸方式產生二次蒸汽提取凝液熱量,既可使凝液減壓降溫以便回收利用,又可產生供系統保溫及系統外其他設備使用的蒸汽。3干燥機出口水分控制煤調濕技術與普通干燥技術的區別是既要達到干燥的要求又不能過干燥,焦爐裝入煤水分過低時,會出現輸送中起塵和推焦阻力增加的問題,而焦爐裝入煤水分過高則會降低節能、增產的效果,而且焦爐裝入煤水分的穩定可保持焦爐操作穩定,有利于延長焦爐壽命。由于干燥機出口調濕后的煤粉直接輸送至焦爐煉焦,因此出口水分的穩定控制是系統成功的關鍵點之一。影響干燥機出口水分的因素主要有濕煤進料量、進料含水率、進料溫度、干燥載氣溫度、干燥載氣流量、干燥機轉速以及干燥用蒸汽的溫度、壓力、流量等,其中干燥機轉速在干燥過程中為恒定值,干燥載氣溫度由載氣預熱單元控制,也可認為是恒定值。煤粉在干燥機內停留時間在15min左右,干燥機進料量、進料含水率、進料溫度的變化反應在干燥機出口含水率上滯后嚴重,單獨采用干燥機出口濕含率反饋控制達不到控制要求。干燥過程蒸汽采用過熱蒸汽,蒸汽流量的變化對干燥機出口煤粉濕含率的影響最大。因此干燥機出口煤粉濕度的控制采用前饋+反饋的方式進行控制,前饋控制量為干燥機入口煤粉的濕度、流量和溫度,根據干燥機入口煤粉濕含率的變化量、流量的變化量和溫度的變化量計算蒸汽的變化量,與串級控制回路———干燥機出口濕含率的控制回路輸出的蒸汽量疊加后作為蒸汽流量控制回路的流量給定值控制干燥機入口蒸汽流量,并對載氣溫度、蒸汽溫度及蒸汽壓力等影響干燥機出口含水率的因素在線監測,以達到穩定控制干燥機出口濕含率的目的。4干燥機濕含率的影響干燥機進料量、進料濕含率、進料溫度對干燥機出口濕含率的影響不容忽略,其相互之間的關系及與干燥機出口濕含率、蒸汽流量的關系是穩定控制干燥機出口物料濕含率的關鍵。做以下假定對蒸汽管回轉干燥機進料物性的變化與干燥機出口濕含率與蒸汽流量的關系進行分析:a.假定整個干燥過程中絕干煤粉比熱、水分比熱、載氣比熱為定值;b.假定干燥過程中水分是在出口煤粉溫度下蒸發(出口煤粉溫度小于100℃)后升溫至干燥機出口載氣溫度;c.假定過熱蒸汽在整個干燥過程中是降溫至飽和溫度后冷凝。4.1本臺計算機設計和進給狀態分析干燥機設計絕干處理量G4.2干燥機水分蒸發量k式中xx將式(1)、(3)、(5)代入式(7),可得:干燥機實際水分蒸發量W':干燥機水分蒸發變化量ΔW:4.3添加熱量變化量絕干物料升溫熱量變化量Δq式中c水分升溫所需熱量變化量Δq式中c干燥過程蒸發水分所需熱量變化量Δq式中γ干燥過程所需蒸發水分蒸發后升溫至載氣出口溫度所需熱量變化量Δq式中ct進料溫度變化所需熱量變化量Δq4.4蒸汽量的變化蒸汽用量變化量ΔG式中TTγ5煤調濕蒸汽管回轉干燥系統的研發煤調濕技術可達到節能增產的效果,其綜合效益可使焦爐產量增加11%左右,我國目前有焦炭生產企業1300多家,各種類型焦爐2790多座,年產焦炭24000多萬噸,焦爐生產能力較大,占世界第一位,而且近年來隨著冶金業的發展,我國煉焦業迅速發展,現在正處于擴產改造階段。開發具有自主知識產權的煤調濕裝置具有時效性的意義。干燥系統是煤調濕裝置的核心,該系統成功的關鍵是主要設備蒸汽管回轉干燥機的設計、干燥機出口濕含率的控制和系統安全性的保證。對干燥機出口濕含率控制方式的分析、選擇及對干燥機進料物性的變化對干燥機蒸汽用量的研究可為干燥機出口濕含量控制模塊的開發提