煤調濕能效分析

在研究煤儲存在體內的技術（如煤預熱和煤干燥）時，人們發現了環境問題，并生成了驅煤技術。應用煤調濕技術后,在煤料水分不低于6%時裝煤煙塵易治理,煉焦耗熱量降低,焦爐生產能力提高,減少約40%的剩余氨水,還可以利用工業余熱。作為節能減排措施,煤調濕得到推廣應用。我國已經建成投產的煤調濕有以下3種類型:①回轉窯式:通常以蒸汽為熱源,間壁傳熱,以焦爐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,以焦爐煙道氣為熱源,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,以焦爐煙道氣為熱源,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,煤料完全流態化。此外,還有過以導熱油為熱載體,利用上升管余熱的回轉窯式煤調濕;有將煤調濕系統置于粉碎機前,實現風動選擇粉碎與煤調濕結合的方案;還有考慮用軟水與煙道氣換熱,然后用熱水為熱源的煤調濕等等。目前應用較多的是以煙道氣為熱源的流化床煤調濕和以蒸汽為熱源的回轉窯煤調濕,由于熱源不同,取得較高能效時的運行模式也不同,本文將進行具體分析。1產濕儲水的運行與效率以馬鋼煤焦化公司立式固定板沸騰流化床煤調濕裝置為例進行能效分析。1.1煤調濕風煤調濕的工藝流程該煤調濕系統按2座50孔6m焦爐,年產焦炭100萬t生產能力配套。工藝流程如圖1所示,粉碎后的濕煤在去焦爐煤塔的皮帶上由犁式分料器改向,送入濕煤倉,從設有振動給料器的煤倉下部進入干燥器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、煤氣凈化系統煤調濕系統自2011年7月試運行后,本身無大問題,處理能力、干燥效果皆可以達到設計要求。但是由于煤料水分降低后,對相關工序產生的不良影響估計不足,導致煉焦、煤氣凈化系統出現一些問題,生產難以為繼。運行數次中斷,共累計運行近200天。主要問題如下。1)煉焦系統:爐墻結石墨加快,上升管掛料增加,推焦電流平均增加12A,裝煤除塵效果變差。孔焦量增加0.53t,焦炭質量無顯著變化。2)煤氣凈化系統:裝爐時煤粉隨荒煤氣到煤氣凈化系統,導致初冷器、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設計值和分分基本符合能效最高的工況是系統的主要工藝參數達到設計值時。2011年12月對系統進行功能測試,按照設計參數進行運行調整,煤料的處理量、水分基本符合設計值。功能測試時的主要工藝數據如下:煤料入干燥器溫度:18℃(隨季節變化)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,以功能測試的數據為基本依據,對流化床煤調濕進行能效分析。1.3.1能源消耗的折標系數利用煙道氣余熱的流化床裝置消耗的主要能源介質是電和蒸汽(少量的氮氣不計)。耗電、耗蒸汽折標準煤按GB21342—2008《焦化單位產品能源消耗限額》規定的折標系數。其中電力折標系數有2個:當量值0.1229kgce/kWh、等價值0.4040kgce/kWh。從節能減排的角度看,消耗的電力按等價值折算比較合理。耗電13.5kWh按等價值折標準煤為5.45kgce,耗1.9kg蒸汽折標準煤為0.24kgce。1.3.2因煤質中余熱利用量1)在煤調濕系統中利用的煙道氣余熱。煤調濕系統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所吸收的熱量。具體熱量如下(計算過程略)。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)減少供入焦爐的熱量。按水汽750℃自炭化室逸出,水分蒸發產生的46.77kg水汽由40℃加熱至750℃所需熱量:6.81×10焦爐熱工效率按75%計,由于采用煤調濕而少供入焦爐的熱量:(14.61+6.81)×10折標準煤:9.74kgce1.3.3煤粉用量的影響減少的焦爐供熱量與煤調濕的能源消耗之差,即為采用煤調濕技術所節約的能量(電力消耗按等價值折算)。煤調濕節能:節約標準煤4.05kgce/t-干煤,年產100萬t焦炭(結焦率76%)時節能5329×10馬鋼煤調濕系統試運行近兩年來,由于煤粉的影響,除了短暫的功能測試外,多數時間是在調濕后水分8%左右運行,按照水分降低2.5%計,電耗、蒸汽消耗按功能測試值(由于系統不能正常連續運行,多數時間的消耗高于功能測試時的數值),計算方法同上,節能效果為:按等價值折算,節約標準煤0.73kgce/t-干煤,年產100萬t焦炭(結焦率76%)時節能961×102氣作為載氣裝置的運行參數以蒸汽為熱源的煤調濕,通常是回轉窯式,蒸汽與煤的熱量傳遞為間壁傳熱,為了排出蒸發產生的水汽,在煤料側通入煙道氣或空氣作為載氣。據了解國內幾套該類型裝置的運行參數大致如下。降低水分:2%~3%(按2.5%計)耗蒸汽:40~50kg蒸汽/t煤(按45kg蒸汽/t煤計)耗電:載氣風機耗電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)輔助系統及其他消耗不計,以1000kg干煤為基準,計算上述工況下的能效。2.1生產力耗蒸汽折標準煤為5.79kgce/t-干煤,耗電按等價值折標準煤為0.404kgce/t-干煤。2.2通過加熱和除濕加熱，焦爐的加熱量減少2.2.1煤料在煤調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蒸發水分耗熱:6.70×10煤調濕裝置供給煤料的熱量為三者之和:12.03×102.2.2減少焦爐的加熱爐外脫水的水汽升溫至750℃需熱量:3.94×10減少焦爐供熱:(12.03+3.94)×10折標準煤:7.26kgce2.3加熱和回轉爐的蒸汽加熱能降低熱量電力消耗按等價值折算,節能為1.07kgce/t-干煤,配套年產100萬t焦炭的煤調濕系統,節能1408×103煤調濕系統的節能潛力分析從計算分析可知,煤調濕節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濕具有以下特點。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濕水分而變化,故能耗基本不變。換言之,脫除的水分越多,節能效果越顯著,但是受制于煤粉對相關工序的不良影響。2)焦爐的熱工效率通常為75%左右,達到同樣的工藝效果(煤料的溫度、水分)時,焦爐耗熱是流化床煤調濕的1.3倍左右。3)煙道氣與煤料直接接觸傳熱,蒸發水分的效率高,達到目標水分時的煤料溫升較回轉窯小。所以在冬季氣溫、煤料溫度都較低時,同樣的目標水分煤料溫升增加,節能效果更為顯著。4)由于以消耗高品位的電、蒸汽為代價,節約的是冶金工廠的次生能源———高爐煤氣,根據煤調濕實際運行的計量數據,按馬鋼現行能源價格綜合測算表明,當減少2.5%水分時,扣除焦爐及相關工序的收益,每處理1t煤,要增加成本5元多。回轉窯煤調濕的能耗以蒸汽為主,消耗量隨目標水分而改變。在蒸汽消耗、目標水分、焦爐加熱用煤氣消耗之間,存在系統運行的經濟性和節能效果的最佳點。流化床煤調濕與回轉窯煤調濕的能效比較:由于流化床煤調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能效果越顯著。脫除4.2%水分時,每處理1t干煤節能計算值為4.05kg標準煤;脫除2.5%水分時,流化床煤調濕節能計算值僅0.73kg標準煤,低于回轉窯煤調濕的1.07