新型梯級(jí)分加內(nèi)加熱流化床cmc工藝能效分析

新型梯級(jí)分加內(nèi)加熱流化床cmc工藝能效分析

0cmc工藝能效低的問(wèn)題coalmoisticge發(fā)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(guò)外部加熱控制入爐的煤水量，從而達(dá)到節(jié)能減排、增產(chǎn)減耗的目的。使用cmc工藝可以產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)報(bào)道。CMC工藝在20世紀(jì)80年代由日本首先開(kāi)發(fā)并投入使用,之后推廣到國(guó)內(nèi).目前,國(guó)內(nèi)運(yùn)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(zhuǎn)(STD)CMC工藝為代表的滾筒式CMC工藝,采用間接換熱方式對(duì)煤進(jìn)行加熱干燥,其核心裝置為一臺(tái)內(nèi)置管束的滾筒式調(diào)濕機(jī)為改進(jìn)現(xiàn)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(zhì)量的流動(dòng)分布.新日鐵CMC工藝所使用的焦?fàn)t尾部煙氣,需同時(shí)具備載熱和載濕的功能,滿足煤調(diào)濕要求的熱負(fù)荷和濕負(fù)荷,且煙氣作為氣體載熱介質(zhì),密度較低,因此,還需要大直徑管道輸送煙氣到流化床內(nèi)部,同濕煤直接接觸進(jìn)行煤調(diào)濕.而為避免煙氣輸送過(guò)程中的散熱導(dǎo)致流化床煙氣進(jìn)口溫度降低、熱量不足,需要在管道外側(cè)利用蒸汽進(jìn)行保溫處理,從而導(dǎo)致高品位能源蒸汽的損耗.從能效利用角度來(lái)看,直接利用煙氣進(jìn)行煤調(diào)濕并不是最佳方案.因此,針對(duì)現(xiàn)有CMC工藝存在的問(wèn)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(jí)篩分、流化床間接換熱、載熱載濕介質(zhì)分離等技術(shù),改變?cè)行氯砧F流化床CMC工藝的能質(zhì)流程,提高能效利用率,并與現(xiàn)有的兩種CMC工藝的實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行能效對(duì)比.1基于分級(jí)過(guò)濾和內(nèi)加熱流干燥系統(tǒng)的焦煤調(diào)和處理encmc工藝1.1在煤調(diào)濕系統(tǒng)中的應(yīng)用EN-CMC工藝以解決現(xiàn)有流化床CMC工藝運(yùn)行存在的問(wèn)題為目的,根據(jù)備煤工藝要求和物料特性,利用梯級(jí)篩分、流化床間接換熱、載熱載濕分離等技術(shù),實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能.EN-CMC工藝系統(tǒng)流程如圖1所示.梯級(jí)篩分技術(shù)主要考慮了不同粒徑煤顆粒具有不同含水率的特點(diǎn),粒徑越小的煤顆粒,其比表面積越大,單位質(zhì)量含水率越高.因此,達(dá)到煉焦入爐水分要求的粗顆粒煤,無(wú)需進(jìn)行調(diào)濕處理,EN-CMC工藝通過(guò)機(jī)械篩分及后續(xù)流化床調(diào)濕機(jī)低速流化對(duì)粗、細(xì)顆粒進(jìn)行分層,實(shí)現(xiàn)濕煤的梯級(jí)篩分.流化床間接換熱及載熱和載濕分離技術(shù)的關(guān)鍵是采用了相對(duì)于熱煙氣來(lái)說(shuō)比熱更高、密度更大、載熱性能更好的高溫?zé)崴?同時(shí)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(duì)于熱煙氣來(lái)說(shuō),熱水輸送方式更加靈活,并且不只是回收焦?fàn)t尾部煙氣余熱,也可包括焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱和干熄焦余熱發(fā)電凝汽器余熱等,從而提升焦?fàn)t整體的熱利用效率.1.2系統(tǒng)熱性能分析借助高比熱、高密度的熱水和體積篩分技術(shù),EN-CMC工藝改變了新日鐵CMC工藝的能質(zhì)流程,其能質(zhì)流程如圖2所示.從能量轉(zhuǎn)換過(guò)程來(lái)看,新日鐵CMC工藝是直接將煙氣回收后同煤接觸進(jìn)行調(diào)濕的,EN-CMC工藝相對(duì)于新日鐵CMC工藝來(lái)說(shuō),多了一項(xiàng)煙氣余熱轉(zhuǎn)換到熱水的中間步驟.但是,采用熱水作為載熱介質(zhì),其輸送熱損失遠(yuǎn)小于直接輸送煙氣導(dǎo)致的熱損失.這是由于煙氣相對(duì)于熱水存在密度低、比熱小的問(wèn)題,因此,輸送等量的熱量,煙氣體積量遠(yuǎn)大于熱水體積量,煙氣的散熱面積要遠(yuǎn)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(zhì)的熱性能比較見(jiàn)第66頁(yè)表1.由表1可知,在采用相同保溫材料的條件下,散熱系數(shù)相同,管壁同環(huán)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(jié)能效果利用CMC工藝處理煉焦入爐煤后,對(duì)焦?fàn)t尾部煙道氣余熱的利用及煉焦煤水分的預(yù)蒸發(fā),可避免不必要的焦?fàn)t內(nèi)能耗,提高整座焦?fàn)t的能效.而CMC工藝的投入使用,勢(shì)必導(dǎo)致電耗及蒸汽能耗的增加,因此,CMC工藝的節(jié)能效果,需綜合評(píng)估這兩方面.2.1cmc工藝預(yù)熱模型CMC工藝帶來(lái)的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在兩部分:進(jìn)焦?fàn)t前的煉焦煤預(yù)熱和進(jìn)焦?fàn)t后避免的多余水蒸氣升溫?zé)釗p失.1)入爐前煉焦CMC工藝預(yù)熱模型.CMC過(guò)程中煉焦煤熱量平衡模型見(jiàn)圖3,在CMC過(guò)程中,煉焦煤吸熱量和放熱量相等,可得:其中,CMC過(guò)程中的煤吸熱量主要由原煤中的干煤升溫吸熱量、水蒸發(fā)吸熱量和未蒸發(fā)水吸熱量三部分構(gòu)成,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:2)預(yù)蒸發(fā)避免的爐內(nèi)水蒸氣升溫?zé)釗p失.經(jīng)過(guò)CMC蒸發(fā)水處理后,避免了蒸發(fā)掉的水蒸氣再次在焦?fàn)t內(nèi)吸熱升溫的熱損失,即2.2能耗核算及能耗分析運(yùn)行CMC工藝會(huì)有額外的電耗,而部分CMC工藝還需要消耗蒸汽.因此,評(píng)價(jià)CMC工藝的最終節(jié)能效果需要扣除這兩部分能耗,為等價(jià)衡量節(jié)能量和電耗及蒸汽能耗,將三部分全部折算成標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品能源消耗限額》折算.3實(shí)際運(yùn)行效率分析3.1煤和氣體接觸面積小,氣體流量小以現(xiàn)有投入運(yùn)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(duì)比機(jī)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(diào)濕技術(shù)由表2可以看出,STD工藝由于煤和氣體接觸面積有限,調(diào)濕能力弱于新日鐵CMC工藝和EN-CMC工藝的調(diào)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(fù)荷.而新日鐵CMC工藝的氣體流量不但要滿足載濕負(fù)荷,還要滿足煤顆粒臨界流化速度和CMC所需熱負(fù)荷,所以氣體流量最大.EN-CMC工藝采用載熱和載濕分離技術(shù),氣體流量只需滿足載濕負(fù)荷和煤顆粒臨界流化速度,因此,EN-CMC工藝相對(duì)于其他兩種CMC工藝,調(diào)濕能力強(qiáng),CMC調(diào)濕量可達(dá)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(xiàn)有的兩種CMC工藝和EN-CMC工藝的整個(gè)系統(tǒng)的能源利用效率對(duì)比見(jiàn)表3(表中DC指干煤).由表3可知,從節(jié)能效果來(lái)看,新日鐵CMC工藝和EN-CMC工藝都要明顯優(yōu)于寶鋼STD工藝,而EN-CMC工藝相對(duì)于新日鐵CMC工藝,通過(guò)梯級(jí)篩分技術(shù),其干煤吸熱量更小,水蒸發(fā)吸熱量更大,說(shuō)明EN-CMC工藝的煙氣余熱更有效地用于煤水分蒸發(fā).在三種CMC工藝中,STD工藝并沒(méi)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(jié)能效果不佳,只有0.93kgce/t(干煤);新日鐵CMC工藝沒(méi)有考慮煤顆粒粒度和含水率不同的問(wèn)題,因此,煙道氣的余熱沒(méi)有充分利用在煤的水分蒸發(fā)上,而EN-CMC工藝解決這些問(wèn)題后,最終對(duì)焦?fàn)t系統(tǒng)節(jié)能可達(dá)6.92kgce/t(干煤),相對(duì)于新日鐵CMC工藝的4.51kgce/t(干煤)來(lái)說(shuō),節(jié)能效果增強(qiáng)了53.4%.4在煤顆粒的蒸發(fā)前后,我國(guó)實(shí)行熱壓1)高比熱、高密度的高溫?zé)崴啾仍辛骰睠MC工藝的熱煙氣,載熱性能更好,進(jìn)行長(zhǎng)距離熱量輸送時(shí),散熱量要遠(yuǎn)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(duì)煤顆粒的篩分預(yù)處理避免了細(xì)顆粒