新型梯級分加內加熱流化床cmc工藝能效分析

0cmc工藝能效低的問題coalmoisticge發生變化是在將焦煤爐前處理的一種有效方法。與煤干燥不同，cmc工藝通過外部加熱控制入爐的煤水量，從而達到節能減排、增產減耗的目的。使用cmc工藝可以產生很大的經濟效益。據報道。CMC工藝在20世紀80年代由日本首先開發并投入使用,之后推廣到國內.目前,國內運用的CMC工藝主要有滾筒式CMC工藝和流化床CMC工藝.以寶鋼的蒸汽多管回轉(STD)CMC工藝為代表的滾筒式CMC工藝,采用間接換熱方式對煤進行加熱干燥,其核心裝置為一臺內置管束的滾筒式調濕機為改進現有流化床CMC工藝(新日鐵CMC工藝)在能效利用率方面的不足,首先需要了解該工藝能量和質量的流動分布.新日鐵CMC工藝所使用的焦爐尾部煙氣,需同時具備載熱和載濕的功能,滿足煤調濕要求的熱負荷和濕負荷,且煙氣作為氣體載熱介質,密度較低,因此,還需要大直徑管道輸送煙氣到流化床內部,同濕煤直接接觸進行煤調濕.而為避免煙氣輸送過程中的散熱導致流化床煙氣進口溫度降低、熱量不足,需要在管道外側利用蒸汽進行保溫處理,從而導致高品位能源蒸汽的損耗.從能效利用角度來看,直接利用煙氣進行煤調濕并不是最佳方案.因此,針對現有CMC工藝存在的問題,尤其是新日鐵CMC工藝在能效利用上存在的不足,本研究提出了一種新型的高效CMC工藝———EN-CMC工藝.利用梯級篩分、流化床間接換熱、載熱載濕介質分離等技術,改變原有新日鐵流化床CMC工藝的能質流程,提高能效利用率,并與現有的兩種CMC工藝的實際運行效果進行能效對比.1基于分級過濾和內加熱流干燥系統的焦煤調和處理encmc工藝1.1在煤調濕系統中的應用EN-CMC工藝以解決現有流化床CMC工藝運行存在的問題為目的,根據備煤工藝要求和物料特性,利用梯級篩分、流化床間接換熱、載熱載濕分離等技術,實現高效節能.EN-CMC工藝系統流程如圖1所示.梯級篩分技術主要考慮了不同粒徑煤顆粒具有不同含水率的特點,粒徑越小的煤顆粒,其比表面積越大,單位質量含水率越高.因此,達到煉焦入爐水分要求的粗顆粒煤,無需進行調濕處理,EN-CMC工藝通過機械篩分及后續流化床調濕機低速流化對粗、細顆粒進行分層,實現濕煤的梯級篩分.流化床間接換熱及載熱和載濕分離技術的關鍵是采用了相對于熱煙氣來說比熱更高、密度更大、載熱性能更好的高溫熱水,同時利用布置埋管的方式將原有熱煙氣載熱和載濕功能分離,相對于熱煙氣來說,熱水輸送方式更加靈活,并且不只是回收焦爐尾部煙氣余熱,也可包括焦爐上升管荒煤氣余熱和干熄焦余熱發電凝汽器余熱等,從而提升焦爐整體的熱利用效率.1.2系統熱性能分析借助高比熱、高密度的熱水和體積篩分技術,EN-CMC工藝改變了新日鐵CMC工藝的能質流程,其能質流程如圖2所示.從能量轉換過程來看,新日鐵CMC工藝是直接將煙氣回收后同煤接觸進行調濕的,EN-CMC工藝相對于新日鐵CMC工藝來說,多了一項煙氣余熱轉換到熱水的中間步驟.但是,采用熱水作為載熱介質,其輸送熱損失遠小于直接輸送煙氣導致的熱損失.這是由于煙氣相對于熱水存在密度低、比熱小的問題,因此,輸送等量的熱量,煙氣體積量遠大于熱水體積量,煙氣的散熱面積要遠大于熱水輸送管的散熱面積.以水和煙氣作為載熱輸送介質的熱性能比較見第66頁表1.由表1可知,在采用相同保溫材料的條件下,散熱系數相同,管壁同環境溫差相同,則散熱量只需考慮散熱面積,熱水輸送熱損失只有煙氣輸送熱損失的4.65%.2cmc工藝的節能效果利用CMC工藝處理煉焦入爐煤后,對焦爐尾部煙道氣余熱的利用及煉焦煤水分的預蒸發,可避免不必要的焦爐內能耗,提高整座焦爐的能效.而CMC工藝的投入使用,勢必導致電耗及蒸汽能耗的增加,因此,CMC工藝的節能效果,需綜合評估這兩方面.2.1cmc工藝預熱模型CMC工藝帶來的節能效果主要體現在兩部分:進焦爐前的煉焦煤預熱和進焦爐后避免的多余水蒸氣升溫熱損失.1)入爐前煉焦CMC工藝預熱模型.CMC過程中煉焦煤熱量平衡模型見圖3,在CMC過程中,煉焦煤吸熱量和放熱量相等,可得:其中,CMC過程中的煤吸熱量主要由原煤中的干煤升溫吸熱量、水蒸發吸熱量和未蒸發水吸熱量三部分構成,其數學表達式為:2)預蒸發避免的爐內水蒸氣升溫熱損失.經過CMC蒸發水處理后,避免了蒸發掉的水蒸氣再次在焦爐內吸熱升溫的熱損失,即2.2能耗核算及能耗分析運行CMC工藝會有額外的電耗,而部分CMC工藝還需要消耗蒸汽.因此,評價CMC工藝的最終節能效果需要扣除這兩部分能耗,為等價衡量節能量和電耗及蒸汽能耗,將三部分全部折算成標準煤,得到最終的CMC工藝能效模型:其中,電耗和能耗按GB21342-2013《焦炭單位產品能源消耗限額》折算.3實際運行效率分析3.1煤和氣體接觸面積小,氣體流量小以現有投入運行的馬鋼186t/h新日鐵流化床CMC裝置和寶鋼滾筒式CMC裝置(STD裝置)為對比機組(其中新日鐵CMC工藝采用煙氣直接接觸式沸騰流化床煤調濕技術由表2可以看出,STD工藝由于煤和氣體接觸面積有限,調濕能力弱于新日鐵CMC工藝和EN-CMC工藝的調濕能力,但所需載濕氣體流量最小,原因在于STD工藝只需要滿足CMC的載濕負荷.而新日鐵CMC工藝的氣體流量不但要滿足載濕負荷,還要滿足煤顆粒臨界流化速度和CMC所需熱負荷,所以氣體流量最大.EN-CMC工藝采用載熱和載濕分離技術,氣體流量只需滿足載濕負荷和煤顆粒臨界流化速度,因此,EN-CMC工藝相對于其他兩種CMC工藝,調濕能力強,CMC調濕量可達到4.0%,而所需氣體流量只有新日鐵CMC工藝氣體流量的52%.3.2種cmc工藝的比較現有的兩種CMC工藝和EN-CMC工藝的整個系統的能源利用效率對比見表3(表中DC指干煤).由表3可知,從節能效果來看,新日鐵CMC工藝和EN-CMC工藝都要明顯優于寶鋼STD工藝,而EN-CMC工藝相對于新日鐵CMC工藝,通過梯級篩分技術,其干煤吸熱量更小,水蒸發吸熱量更大,說明EN-CMC工藝的煙氣余熱更有效地用于煤水分蒸發.在三種CMC工藝中,STD工藝并沒有充分利用煙道氣余熱,而是大量使用了高品位能源蒸汽,使得最終的節能效果不佳,只有0.93kgce/t(干煤);新日鐵CMC工藝沒有考慮煤顆粒粒度和含水率不同的問題,因此,煙道氣的余熱沒有充分利用在煤的水分蒸發上,而EN-CMC工藝解決這些問題后,最終對焦爐系統節能可達6.92kgce/t(干煤),相對于新日鐵CMC工藝的4.51kgce/t(干煤)來說,節能效果增強了53.4%.4在煤顆粒的蒸發前后,我國實行熱壓1)高比熱、高密度的高溫熱水相比原有流化床CMC工藝的熱煙氣,載熱性能更好,進行長距離熱量輸送時,散熱量要遠小于熱煙氣的散熱量,只有熱煙氣散熱量的4.65%.2)EN-CMC工藝對煤顆粒的篩分預處理避免了細顆粒