煤调湿技术分析与研究

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(1.中煤黑龙江煤炭化工(集团)有限公司，依兰 154854; 2.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，兰州 730060)

煤调湿技术分析与研究

王正忠1，詹仲福2，王伟东1，张学权1，王洪升1

(1.中煤黑龙江煤炭化工(集团)有限公司，依兰 154854; 2.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，兰州 730060)

煤调湿技术是一种焦化行业节能减排技术。文中分析和研究两种煤调试技术，一种是利用干熄焦蒸汽发电后的低压蒸汽作为热源的蒸汽管回转干燥法煤调湿技术；另一种是利用焦炉尾气为热源的流化床煤调湿技术。并采用宝钢实际运行数据和马钢实际运行数据对两种技术进行了对比。

煤调湿；蒸汽管回转干燥机；流化床；节能减排

0 引 言

煤调湿是利用外加热能将炼焦煤在焦炉外进行干燥、脱水并稳定煤中水分，以达到减少炼焦能耗量、改善焦炉操作、提高焦炭质量或扩大粘结性煤用量的一种节能减排的炼焦技术。炼焦使用的煤粉水分一般为10.5%(wt)，采用加热干燥方法将炼焦前煤粉水分降至6.5±0.5%(wt)的过程在冶金炼焦行业称为“煤调湿(Coal Moisture Control，简称CMC)”，CMC技术始于日本，为降低冶金炼焦的能耗，日本从上世纪八十年代就开始焦炉CMC装置技术的开发和应用，目前在用的煤调湿主要有两种，一种是利用干熄焦蒸汽发电后的背压蒸汽或工厂其它低压蒸汽为热源的蒸汽管回转干燥工艺法煤调湿技术(简称蒸汽管煤调湿技术)，一种是利用焦炉尾气作为热源的流化床煤调湿技术[1]。

1 蒸汽管回转干燥煤调湿技术流程简介

蒸汽管回转干燥煤调湿技术是目前应用最为广泛的一种煤调湿技术，该技术一般和干熄焦配套使用，干燥热源主要采用干熄焦蒸汽发电后的背压蒸汽或工厂其它低压蒸汽，也可通入一部分焦炉尾气作为辅助热源(载气)使用。蒸汽管煤调湿技术流程简图如图1所示。

工艺流程介绍如下：

湿煤粉经计量分析后，通过进料螺旋均匀的加入到蒸汽管回转干燥机内，在此煤粒与干燥机内布置的通有蒸汽的蒸汽管充分接触干燥后由干燥机出口排出后送至焦炉炼焦。干燥过程中产生的水蒸汽由干燥载气带出干燥机，干燥载气是由干燥机物料入口进料螺旋处与物料并流进入干燥机，从干燥机出料箱顶部排出。干燥载气可使用加热后的空气或焦炉尾气。

从蒸汽管回转干燥机尾部排出的载气、水蒸汽及煤粉粉尘被引风机抽吸到布袋除尘器内除尘。分离下来的粉尘沉积到袋式过滤器底部经星型卸料器进入增湿机内进行增湿，增湿后的煤粉与干燥后的煤粉混合后送至焦炉。净化后的载气、水蒸汽经引风机引至安全地点排放。干燥过程产生的蒸汽凝液闪蒸降温后送至蒸汽锅炉循环使用，闪蒸产生的蒸汽用于系统保温[2]。

图1 蒸汽管煤调湿技术流程简图

2 流化床煤调湿技术流程简介

流化床煤调湿技术其热源主要采用焦炉尾气，当焦炉尾气量不够时需要辅助加热系统产生热烟气辅助干燥。流化床煤调湿技术流程简图如图2所示。

其工艺流程介绍如下：

湿煤通过原料煤加料器直接送入流化床干燥器箱体内。焦炉尾气由流化床干燥器底部进入流化床干燥器锥斗。锥斗内焦炉尾气通过流化床分布板后均匀的进入流化床箱体，将湿煤粉迅速分散并预热干燥。由于气体流速接近煤粉沉降速度，流化床干燥器内的湿煤粉在焦炉尾气作用下被分散处于沸腾状态。干燥后的煤粉从流化床干燥器尾部排出送入炼焦工段。与煤粉换热后的焦炉尾气夹带着蒸发出的水蒸气及少量煤粉从流化床干燥器顶部排出。

从流化床干燥器顶部排出的烟气、水蒸汽及煤粉粉尘被引风机抽吸到袋式过滤器内进行气固分离。分离下来的粉尘沉积到袋式过滤器底部经星型卸料器卸出后与干燥后的煤粉混合。净化后的焦炉尾气、水蒸汽经引风机引至安全地点排放。

流化床煤调湿技术由于受到焦炉尾气量的影响，为保证系统的稳定运行，一般流化床煤调湿技术都配有辅助燃烧系统，当焦炉尾气量不足或焦炉尾气温度过低时，需要辅助燃烧系统产生部分烟气。

图2 流化床煤调湿技术流程简图

3 蒸汽管煤调湿技术与流化床煤调湿技术比较

蒸汽管煤调湿技术和流化床煤调湿技术最大的区别是干燥使用的热源不同，两种调湿技术综合比较见表1和表2。

表1 不同煤调湿技术能源消耗一览表

续表1 不同煤调湿技术能源消耗一览表

说明： 1.运行成本单价按宝钢实际核算成本价格计算，电价：0.8元/度，蒸汽：215元/t，氮气：0.4元/标立。

2.蒸汽管煤调湿技术运行数据为宝钢实际运行数据；流化床煤调湿技术为马钢引进日本煤调湿技术的实际运行数据。

表2 蒸汽管煤调湿-流化床煤调湿综合性能比较

4 蒸汽管煤调湿技术与流化床煤调湿技术能耗分析

4.1蒸汽管煤调湿技术能耗分析

按处理能力为350 t/h的煤调湿系统，对采用焦炉尾气为载气的蒸汽管煤调湿技术进行能耗分析：

(1)蒸汽管煤调湿装机功率计算

煤调湿系统总功率：

P=P0+Pf=1 246+Pf

(1)

式中：P0除风机外其它设备装机功率，P0=1 246 kW；Pf为风机功率，kW；

Pf=P1+P2

=1.48×10-3Q+37.62

式中：Q为蒸汽管回转干燥机载气用量，m3/h；P1为焦炉尾气引风机全压，P1=1 200 Pa；P2为干燥尾气引风机全压，P2=3 500 Pa；ta1为干燥机载气入口温度，ta1=200 ℃；ta2为干燥机载气出口温度，ta2=105 ℃；η为风机效率，取η=75%；W为干燥机水分蒸发量，W=16 844.92 kg/h。

将Pf带入式(1)得：

P=1246+1.48×10-3Q+37.62=1 283.62+1.48×10-3Q

(2)蒸汽管煤调湿蒸汽耗量计算

=26.67-4.1×10-5Q

式中：L0为所有热量用蒸汽提供时干燥所需蒸汽量，L0=26.67 t/h；Ca为干燥机载气比热，Ca=1.57 kJ/Nm·K；I1为干燥机入口蒸汽的焓，I1=2 860.66 kJ/kg；I2为干燥机出口蒸汽的焓，I2=762.68 kJ/kg。

(3)蒸汽管煤调湿能耗计算，见表3。

表3 蒸汽管回转干燥机煤调湿能耗计算表

4.2流化床煤调湿技术能耗分析

流化床煤调湿能耗计算，见表4。

表4 流化床煤调湿能耗计算

4.3不同煤调湿技术能耗分析结果

不同煤调湿技术焦炉尾气流量与能耗关系如图3所示，当蒸汽管回转干燥机煤调湿技术和流化床煤调湿技术能耗相等时，蒸汽管回转干燥机焦炉尾气用量：

Q=399 099.35 m3/h=230 400.48 Nm3/h

图3 焦炉尾气流量与能耗关系曲线

5 结 论

蒸汽管回转干燥法煤调湿与流化床煤调湿技术的差异是流化床煤调湿采用焦炉尾气作为主热源，蒸汽管回转干燥法煤调湿采用蒸汽作为主热源，由于焦炉尾气是排放的废热，所以，普遍认为流化床煤调湿技术比蒸汽管回转煤调湿更加节能，蒸汽管回转干燥法煤调湿是第二代煤调湿技术，流化床煤调湿是第三代煤调湿技术。

就当量能耗而言处理量为350 t/h蒸汽管煤调湿技术当焦炉尾气用量小于230 400.48 Nm3/h时，当量能耗大于180 t/h的流化床煤调湿技术。以焦炉尾气为热源的流化床干燥法煤调湿技术，虽然可最大限度的利用目前不能回收的焦炉尾气热源，但流化床煤调湿技术干燥形式与蒸汽管回转干燥不同，蒸汽管回转干燥过程中物料在不断滚动，对物料具有成球作用，调湿后的物料颗粒增大，干燥用载气量少，夹带细粉少。流化床干燥物料与气体高度分散，大量细粉夹带，被分离出的细粉经过成型处理后进入焦炉对焦炉运行有利，细粉分级是流化床煤调湿的技术优势之一。另一方面，焦炉尾气提供的热量不能满足煤调湿热量需求，如要达到±6.5%或更低的水分要求，需其他热源补充，流化床煤调湿如采用燃气补充热量，其运行成本高于蒸汽管回转干燥法煤调湿技术，因为蒸汽管回转干燥法煤调湿技术采用干熄焦蒸汽发电后的低压蒸汽为热源，该技术的使用将减少干熄焦汽轮机发电后空冷器或湿冷凝器的冷源损失，是能源的阶梯式节能方式，其节能方式优于“焦炉尾气+焦炉煤气”流化床煤调湿技术。

[1] 郑明东，水恒福，崔平.炼焦新工艺与技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 詹仲福，曹善甫，窦 岩，等.煤调湿装置蒸汽管回转干燥系统研究[J].化工机械,2013,(6):765．

[3] GB/T 2589-2008《综合能耗计算通则》．

AnalysisandResearchonCoalMoistureControlTechnology

WANG Zheng-zhong1, ZHAN Zhong-fu2, WANG Wei-dong1, ZHANG Xue-quan1, WANG Hong-sheng1

(1.HarbinCoalChemicalIndustryCo.,Ltd,YiLan154854,China;2.TIANHUAInstituteofChemicalMachinery&AutomationCo.,Ltd,Lanzhou730060,China)

Coal moisture control technology is one type of the energy conservation and emissions reduction technology in coking coal industry. In this paper, two types of the coal moisture control technology are analyzed and researched. One is the steam tube rotary drying coal moisture control technology using the low pressure steam from dry quenching as heat source. The other one is the fluidized bed coal moisture control technology using the coke oven exhaust gas as heat source. The two coal moisture control technology is analyzed and compared using the actual operation data of the BAOSTEEL and the MASTEEL.

Coal moisture control；Steam tube rotary dryer；Fluidized bed；Energy conservation and emission reduction

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.003.002

2013-12-10

：2014-02-17

王正忠(1965-)，男，主要从事煤炭资源开发利用与管理工作。

TK-9

：A

：1009-3230(2014)03-0005-05