煤調(diào)濕技術(shù)及其應(yīng)用

煤調(diào)濕技術(shù)及其應(yīng)用

煤調(diào)節(jié)濕是一種將熱量轉(zhuǎn)化為焦爐的技術(shù)。也就是說，在將焦爐前安裝外部加熱加熱，然后將其適度干燥和干燥，這樣水就會減少，穩(wěn)定在確定的目標值之后，它就會變成焦。生產(chǎn)實踐證明,煉焦煤調(diào)濕技術(shù)具有改善焦炭質(zhì)量、提高焦爐產(chǎn)能、降低煉焦能耗、減少污染物排放等優(yōu)點。我國現(xiàn)已有多家鋼鐵企業(yè)建成投產(chǎn)了煤調(diào)濕設(shè)備,并且擁有自主知識產(chǎn)權(quán),為煤調(diào)濕技術(shù)的推廣和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1世界煤炭調(diào)濕技術(shù)的應(yīng)用1.1煤調(diào)濕技術(shù)現(xiàn)狀自從1983年世界上第一套煤調(diào)濕設(shè)備在日本新日鐵大分廠投產(chǎn)至今,已經(jīng)先后開發(fā)出了4代煤調(diào)濕技術(shù)。不同煤調(diào)濕技術(shù)具有不同的工藝特點,詳見表1。其中前三代技術(shù)是日本最早開發(fā)出來的,而第四代技術(shù)是我國在引進消化吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上自主開發(fā)的新技術(shù)。1.2國外推廣和輸出技術(shù)從煤調(diào)濕技術(shù)的成熟度和應(yīng)用普及范圍來看,走在世界最前列的是日本,其次是中國,美國、德國等其他國家也有應(yīng)用。作為世界上煤調(diào)濕技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的國家,日本現(xiàn)有16個焦化廠的51組焦爐中,已有36組焦爐配置了煤調(diào)濕設(shè)備,占焦爐總數(shù)的85%,大多為第二、第三代煤調(diào)濕技術(shù),設(shè)備工況非常穩(wěn)定。日本不僅在國內(nèi)廣泛推廣采用該技術(shù),還積極向國外推廣和輸出技術(shù)設(shè)備,例如:曾向中國無償提供過1套第一代煤調(diào)濕設(shè)備和1套第三代煤調(diào)濕設(shè)備;向韓國浦項有償輸出1套處理能力為450t/h的第二代煤調(diào)濕設(shè)備等。中國的煤調(diào)濕技術(shù)研究始于上世紀60年代,從90年代開始應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn),在2010年工信部第24號文件《鋼鐵企業(yè)煉焦煤調(diào)濕技術(shù)推廣實施方案》頒布后得以推廣,歷經(jīng)十余年的技術(shù)完善與優(yōu)化,在很多方面已經(jīng)走在了世界前列。目前我國的煤調(diào)濕設(shè)備單機最大設(shè)計處理能力已達到了400t/h,具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代煤調(diào)濕技術(shù)的安全穩(wěn)定性已超過日本,第三代煤調(diào)濕技術(shù)有了創(chuàng)新性的發(fā)展,并且在世界上最早開發(fā)和應(yīng)用了第四代煤調(diào)濕技術(shù)。2目單項工程無償援助我國建成投產(chǎn)的唯一一套第一代煤調(diào)濕技術(shù)設(shè)備,是由日本政府根據(jù)“對中國、東南亞在環(huán)保節(jié)能項目單項工程無償援助”的政策精神無償贈送的,于1996年12月在重鋼建成投產(chǎn),與重鋼焦化廠3號、4號、5號焦爐配套使用。該設(shè)備投入運行后,日本新日鐵公司提供的主體設(shè)施基本達到設(shè)計標準,而由于項目建設(shè)場地空間狹小,造成配套設(shè)備存在明顯的缺陷,最終于2001年徹底停運。3基于蒸汽多管回轉(zhuǎn)干燥機的型別化工藝技術(shù)我國的第二代蒸汽煤調(diào)濕技術(shù)設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化,天華化工機械及自動化研究設(shè)計院擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的蒸汽多管回轉(zhuǎn)干燥機被成功應(yīng)用在了寶鋼、太鋼和攀鋼,運行可靠穩(wěn)定,主要工藝技術(shù)參數(shù)見表2。3.1太鋼煤炭調(diào)濕技術(shù)3.1.1提高焦炭質(zhì)量及產(chǎn)量太鋼現(xiàn)有1套煤調(diào)濕設(shè)備,設(shè)計處理能力400t/h,實際最大處理能力450t/h,于2008年12月建成投產(chǎn),與2座7.63m焦爐配套使用,是我國目前最大的煤調(diào)濕設(shè)備太鋼采用煤調(diào)濕技術(shù)后,在保證焦炭質(zhì)量的前提下,焦煤和肥煤的配比分別降低5%和4%,同時瘦煤和氣煤的配比從16%提高到22%,弱粘煤配比提高了5%,年可節(jié)約煉焦煤采購費用400多萬元;裝爐煤堆密度提高了6.9%,結(jié)焦時間縮短了1h,焦爐生產(chǎn)能力提高了7%,煤氣產(chǎn)量增加了4.5%,通過增加焦炭和煤氣產(chǎn)量可年創(chuàng)效益4500多萬元;焦爐標準溫度降低了30℃,工序能耗約降低9%;剩余氨水量減少8~10t/h,節(jié)約蒸氨用蒸汽1.5t/h,全年降低能源成本70多萬元;煉焦過程的酚氰污水外排量減少3.5%,環(huán)保效果顯著。3.1.2完善裝煤系統(tǒng)和煤氣系統(tǒng)太鋼的煤調(diào)濕設(shè)備在運行初期,由于7.63m焦爐采用PROven負壓裝煤技術(shù),加快了細煤粉在上升管、爐口的沉積速度;同時荒煤氣中夾帶的細煤塵增多,造成化產(chǎn)系統(tǒng)煤氣設(shè)備阻力增大,吹掃頻次增加,焦油氨水分離難度加大,硫銨產(chǎn)品中有細煤塵等問題。為此太鋼優(yōu)化完善了裝煤操作和煤氣凈化系統(tǒng),基本解決了運行中出現(xiàn)的問題,具體措施包括:調(diào)整裝煤細度為78±2%,控制≤0.5mm粒級質(zhì)量分數(shù)不大于40%;調(diào)整上升管根部吸力至負壓200Pa,保證無煙裝煤同時合理控制吸入粉塵量;在煤氣系統(tǒng)增設(shè)除塵氨水噴頭,控制調(diào)節(jié)橫管冷卻器的噴灑液質(zhì)量,降低煤塵對管道和凈化設(shè)備的影響,并在循環(huán)氨水泵出口安裝過濾器,監(jiān)測懸浮物含量,防止帶入堵塞氨水噴頭;增設(shè)焦油二級處理設(shè)備,加強焦油產(chǎn)品離心分離處理,并增設(shè)焦油渣破碎泵,添加破乳劑,進一步提高分離效果;防止炭化室頂部積焦,在推焦頭加裝空氣燃燒裝置及刮焦板,及時清理爐頂結(jié)焦。3.2寶鋼、煤調(diào)濕技術(shù)3.2.1復(fù)熱式焦爐煉焦廠建設(shè)方案寶鋼現(xiàn)有2套煤調(diào)濕設(shè)備,其中一期工程所建設(shè)備于2008年4月投產(chǎn),與4座新日鐵M型復(fù)熱式6m焦爐配套使用,裝爐煤水分質(zhì)量分數(shù)控制在6.5%左右;四期工程所建設(shè)備于2012年10月投產(chǎn),與2座JNX70-3型復(fù)熱式7m焦爐配套使用,裝爐煤水分質(zhì)量分數(shù)控制在7.5%左右。寶鋼一期工程在采用煤調(diào)濕技術(shù)后,裝爐煤堆比重提高了1%,焦爐產(chǎn)量提高了3%,焦炭M40提高了2%,焦爐煤氣量增加,廢水排放量減少,每生產(chǎn)1t焦炭可節(jié)約能耗6kg標煤,年降成本約4000萬元3.2.2干燥機進料寶鋼針對一期煤調(diào)濕設(shè)備運行中出現(xiàn)的問題,在建設(shè)四期煤調(diào)濕設(shè)備時進行了相應(yīng)的優(yōu)化改進,結(jié)構(gòu)更簡單,節(jié)能效果更好,詳見圖1。將焦爐煙道氣分為兩路引入干燥機系統(tǒng),一路作為載氣代替預(yù)熱空氣進入干燥機進料端,利用煙道氣的惰性降低系統(tǒng)氧含量,取締了一期時采用的鼓風機系統(tǒng);一路接入干燥機廢氣排出管道加熱廢氣達85℃以上后,再送入干燥機除塵器,不再利用循環(huán)風機作為提高干燥機除塵袋室溫度防止除塵布袋結(jié)露,取締了一期時采用的循環(huán)風機系統(tǒng)。另外,對除塵系統(tǒng)及其內(nèi)部煙氣管道進行蒸汽伴熱并保溫,徹底消除了布袋被塵泥堵死的情況,減少了隨煙氣進入集氣管的粉煤量,減輕了對后續(xù)工藝的煤氣、焦油產(chǎn)品質(zhì)量的影響;在干燥機除塵出口管道上設(shè)置了粉塵濃度在線檢測裝置,實時監(jiān)控除塵布袋的粉塵泄漏情況,保證了除塵效果3.3年7月至2019年7月攀鋼現(xiàn)有1套煤調(diào)濕設(shè)備,設(shè)計處理能力330t/h,于2009年7月投產(chǎn),與新3號、4號5.5m搗固焦爐配套使用。該設(shè)備利用攀鋼現(xiàn)有管網(wǎng)中的低壓蒸汽作為熱載體,對裝爐煤料進行干燥處理,使煤料水分由12%降至約9%,能夠有效確保搗固煤餅的成型率。3.4次粉碎爆炸和火災(zāi)與日本相比,我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代煤調(diào)濕技術(shù)設(shè)備運行更可靠、更安全。以日本TSK為韓國浦項提供的450t/h蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥煤調(diào)濕設(shè)備為例,其在使用1年多時間內(nèi)發(fā)生了8次粉塵爆炸和火災(zāi);而寶鋼、太鋼、攀鋼的煤調(diào)濕設(shè)備,運行安全平穩(wěn),無火災(zāi)事故發(fā)生。這主要是由于我國第二代煤調(diào)濕技術(shù)采用了一系列創(chuàng)新成果,例如:太鋼的專利技術(shù)“干燥機尾氣除塵器循環(huán)加熱防結(jié)露技術(shù)”有效地減少了布袋運行結(jié)露,除塵系統(tǒng)防堵和密封鎖氣技術(shù)杜絕了煤粉堆積自燃現(xiàn)象,進一步保障了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行;寶鋼煤調(diào)濕設(shè)備新增加了焦爐煙道氣的回收利用,這也是寶鋼最大的創(chuàng)新之處,將煙道氣作為載氣不但降低了干燥機低壓蒸汽和氮氣保護氣的使用量,也有利于控制干燥機系統(tǒng)的氧含量等。4第三代煤調(diào)濕技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況我國第三代煤調(diào)濕技術(shù)經(jīng)歷了從引進到自主創(chuàng)新的過程,其中比較有代表性的是馬鋼引進的新日鐵第三代固定流化床煤調(diào)濕技術(shù),以及邯鋼采用的我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全沸騰旋流流化床煤調(diào)濕技術(shù)。4.1馬鋼煤調(diào)節(jié)系統(tǒng)4.1.1與5號、6號焦爐配套使用馬鋼是我國最早采用第三代煤調(diào)濕技術(shù)的企業(yè),建有1套日本第三代固定流化床煤調(diào)濕設(shè)備,設(shè)計能力為200t/h,與5號、6號2×50孔6m焦爐配套使用,于2011年7月建成投產(chǎn)。該煤調(diào)濕項目是日本新能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)組織與國家發(fā)改委共同選定建設(shè)的節(jié)能環(huán)保示范項目,總投資1.4億元人民幣,其中包括日本無償提供的約0.86億元人民幣的主體設(shè)備和馬鋼投入0.54億元人民幣建設(shè)的配套設(shè)施。4.1.2提高焦炭質(zhì)量,降低配煤成本馬鋼的煤調(diào)濕設(shè)備在投運初期,出現(xiàn)了推焦電流增大、結(jié)石墨現(xiàn)象嚴重、細煤粉影響煤氣凈化系統(tǒng)以及爐體維護量增加等問題,為此采取了相應(yīng)的解決措施:在保證焦炭質(zhì)量的前提下,通過提高高揮發(fā)分弱黏結(jié)煤的配比增大焦餅收縮率,減小推焦阻力,降低配煤成本;通過盡量減少備煤和煉焦環(huán)節(jié)產(chǎn)生的細煤粉量,減輕結(jié)石墨現(xiàn)象和煤氣凈化系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)負荷,設(shè)備運行情況得到了明顯改善4.2邯鄲鋼-煤濕機4.2.1國內(nèi)首支旋流流化床煤調(diào)濕機在馬鋼引進日本第三代煤調(diào)濕技術(shù)的基礎(chǔ)上,中冶焦耐工程技術(shù)有限公司與長沙通發(fā)高新技術(shù)開發(fā)有限公司聯(lián)合自主開發(fā)出了全沸騰旋流流化床煤調(diào)濕技術(shù),于2012年在邯鋼邯寶公司焦化廠建成投產(chǎn)了國內(nèi)首套全沸騰旋流流化床煤調(diào)濕設(shè)備,設(shè)計能力2×195t/h,與4×42孔JNX70-2型復(fù)熱式7.0m焦爐配套使用。全沸騰旋流流化床調(diào)濕機將封閉式機殼內(nèi)全沸騰旋流流化床分為干燥前段和干燥后段,干燥前段下方和干燥后段下方分別設(shè)有多個獨立風室,分別與進氣管道連通,并設(shè)有獨立調(diào)節(jié)裝置。在第一風室處設(shè)計了大顆粒物料排出裝置,能將粒度≥25mm不能流化的煤料及時排出,確保流化床長期穩(wěn)定運行。在原料煤水分質(zhì)量分數(shù)為9%~14%的條件下,調(diào)濕后的煤水分質(zhì)量分數(shù)降至6.5%~7.0%。4.2.2增設(shè)空塔凈化空氣該設(shè)備在實際生產(chǎn)過程中,為避免空氣進入造成設(shè)備氧含量超標,采取微正壓操作,將調(diào)濕機煙氣排出口壓力設(shè)為±100Pa;為了保證煤氣凈化系統(tǒng)不受煤調(diào)濕工藝影響,在初冷器前增設(shè)了空塔對荒煤氣進行洗滌;為了確保焦油質(zhì)量不惡化,在焦油工序增設(shè)了超級離心機等,運行一直比較穩(wěn)定4.3提高煤料調(diào)濕、干燥煤料的可靠性我國自主創(chuàng)新的第三代全沸騰旋流流化床煤調(diào)濕技術(shù),改變了傳統(tǒng)固定流化床的結(jié)構(gòu)和煤料移動方式,使煤料在設(shè)備內(nèi)螺旋式前進,延長了煤料在設(shè)備內(nèi)的換熱接觸時間,提高了調(diào)濕效果;另外,克服了固定流化床設(shè)備布風板堵塞和漏料、流化不均、干燥效果差和熱效率低、刮板機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高等問題。馬鋼與邯鋼的煤調(diào)濕技術(shù)設(shè)備主要區(qū)別詳見表3。5集分級與調(diào)濕功能于一體的新技術(shù)第四代煤調(diào)濕技術(shù)是我國在日本流化床煤調(diào)濕技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合俄羅斯煤風選技術(shù),自主開發(fā)出來的集分級與調(diào)濕功能于一體的新技術(shù),目前采用該技術(shù)的主要有濟鋼和昆鋼。5.1煤調(diào)濕及分級技術(shù)濟鋼與清華大學(xué)、大連理工大學(xué)合作,自主創(chuàng)新開發(fā)出了固定流化床風選分級煤調(diào)濕技術(shù),并于2007年10月在濟鋼焦化廠建成投產(chǎn)了1套300t/h的煤調(diào)濕設(shè)備,與5座JN43-80型焦爐配套使用。其工藝流程見圖2,未粉碎的配合后濕煤首先經(jīng)上料皮帶機進入流化床風選調(diào)濕器,與從流化床下部通入的焦爐煙道氣直接接觸,進行干燥調(diào)濕與分級。經(jīng)風選分離出粒度<3mm的煤料(占總量的30%~40%)從移動隔板式流化床底部排出,直接落到煤塔上煤皮帶機,不再進入粉碎機,從而減輕粉碎機負荷;粒度>3mm煤料經(jīng)皮帶機送至破碎機粉碎,然后與小粒度煤料在煤塔上料煤皮帶機上混合,送至煤塔。布袋除塵器排出的<0.5mm煤粉(占總量的3%~5%)由給料機送至高壓成型機壓球,再經(jīng)皮帶機送至煤塔。濟鋼的煤調(diào)濕設(shè)備投產(chǎn)后,入爐煤粒級組成明顯優(yōu)化,配合煤水分降低約2%,焦爐增產(chǎn)約11%,焦炭強度提高約1.7%,每噸煤剩余氨水減少約44kg,煉焦耗熱量降低約5%,年創(chuàng)效益2670萬元。2009年濟鋼的煤調(diào)濕技術(shù)設(shè)備成功輸出昆明焦化制氣廠(該廠現(xiàn)隸屬于昆鋼),建設(shè)了1套處理能力為180t/h的煤調(diào)濕設(shè)備,為2座JNDK43-99D型4.3m搗固焦爐處理配合煤。設(shè)備投產(chǎn)后,配合煤水分降低2.2%,焦爐生產(chǎn)能力提高5%,年節(jié)能4937t標煤、減排CO5.2煤調(diào)濕的分級功能我國自主研發(fā)的第四代風選分級煤調(diào)濕技術(shù)與前三代煤調(diào)濕技術(shù)相比,多了一個煤料風選分級功能。前三代煤調(diào)濕設(shè)備都是設(shè)置在粉碎機后,第四代煤調(diào)濕設(shè)備則是設(shè)置在粉碎機前,首先采用風動原理分選出小粒度煤料,從而減輕了粉碎機的負荷,降低了能耗。另外,濟鋼采用第四代煤調(diào)濕工藝還配備了高壓成型機,將細粉煤制成型煤,回收利用了細粉煤。6煤調(diào)濕技術(shù)的發(fā)展方向根據(jù)國內(nèi)各鋼鐵企業(yè)煤調(diào)濕設(shè)備的實際運行數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)增設(shè)煤調(diào)濕設(shè)備后,裝爐煤水分的質(zhì)量分數(shù)從10%~14%降至約6.5%~9.0%,含水量每降低1%煉焦耗熱量就減少62MJ/t,煉焦能耗明顯下降;隨著裝爐煤水分的降低,裝爐煤堆密度提高,煤料干餾時間縮短,焦爐生產(chǎn)能力提高7%~11%,焦炭反應(yīng)后強度提高1%~3%,在保證焦炭質(zhì)量不變的情況下,還可多配弱黏結(jié)煤;另外,煤料水分的降低可減少產(chǎn)生1/3的剩余氨水量,減輕廢水處理裝置的生產(chǎn)負荷。但是在各企業(yè)增設(shè)煤調(diào)濕設(shè)備后,也出現(xiàn)了一些可以解決的共性問題,主要體現(xiàn)在兩個方面:一是原料煤經(jīng)調(diào)濕后,水分減少,粉塵量較濕煤增加,必需建設(shè)專門的除塵設(shè)施,解決轉(zhuǎn)運與裝煤過程中的揚塵問題;二是工藝系統(tǒng)中的細煤粉量增加,需要增設(shè)離心機等相應(yīng)的設(shè)備,避免煤氣、焦油的產(chǎn)品質(zhì)量下降。綜合考慮,建設(shè)煤調(diào)濕設(shè)備是利大于弊。從國內(nèi)目前四代煤調(diào)濕技術(shù)的實際應(yīng)用情況來看,第一代技術(shù)已被淘汰;第二代技術(shù)最為成熟可靠,尤其是太鋼、寶鋼等企業(yè)已經(jīng)積累了豐富的實踐經(jīng)驗,但是該技術(shù)有一個弱點,即采用多管回轉(zhuǎn)干燥機間接加熱煤