CN102311746A - 全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，该工艺以焦炉烟道气为热源，采用煤调湿分级机作为煤料的流化、调湿设备，根据振动流化床原理及在二次风的作用下，实现煤调湿与煤分级一体化；所述的煤调湿分级机包括一次进风段、二次进风段、振动分布板，一次进风段位于振动分布板下部，振动分布板上部区域为沉降分离区；所述的振动分布板为倾斜设置的振动流化床结构，二次进风段位于振动分布板上部，气流出口设置于分级机顶部。该工艺采用焦炉烟道废气作为热介质，根据原料煤在全沸腾流化状态下传热传质效率高、在固定床及半沸腾流化床状态下传热传质效率低的特点，不仅可以实现煤料的均匀调湿及高效调湿，而且可以实现煤料的高效分级。

Description

全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺

技术领域

本发明涉及一种新型煤准备工艺，为炼焦工艺粉碎前原料煤提供先均匀调湿、后分级粉碎的技术。

背景技术

1、煤调湿技术

目前世界上已有工业化的煤调湿技术，按其发展历程大致可分为三代：第一代煤调湿技术采用导热油回收焦炉烟道气的余热和焦炉上升管的显热，并在回转式干燥机中用导热油对煤料进行间接加热，从而使煤料干燥调湿。第二代煤调湿技术采用蒸汽为热载体，在多管回转式干燥机中，用蒸汽对煤料进行间接加热，从而使煤料干燥调湿。第一代回转式干燥机煤调湿系统工艺流程复杂，设备庞大，操作环节多，投资较高，现在已很少使用；第二代以蒸汽为热载体的煤调湿系统，无法满足用户利用焦炉烟道气余热进一步节能的要求，且无法进行煤的分级。

第三代煤调湿技术采用焦炉烟道废气为热载体，热烟气与湿煤在流化床内进行直接换热，从而使煤料干燥调湿。

目前，第三代煤调湿技术已在日本焦化厂实现了工业化应用，但其煤调湿装置并不具备煤料的粒度分级功能。

2.煤分级技术

焦化厂原料煤中，粒径大于3mm的煤料约占总煤料量的50％。炼焦用煤最佳粒径配比为粒径大于3mm的煤料约占总煤料量的20％，而粒径小于3mm的煤料约占总煤料量的80％。采用煤选择粉碎工艺，可先将粒径大于3mm的煤料从原料煤中分离出来，只对粒径大于3mm的煤料进行有效粉碎，同时避免粒径小于3mm煤料的过粉碎，大大降低粉碎机的电耗及运行费用。

煤选择粉碎工艺的难点在于煤的细度分级。传统机械筛分工艺受筛孔堵塞等问题困扰，可有效筛分的最小粒度等级为6mm。煤炭气力分级技术的出现，将煤的分级粒度延伸至0.5mm，被认为是煤分级技术的重大突破。但目前选煤工艺开始应用的气力分级装置并不具备在分级的同时，进行调湿干燥的功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种集煤分级与煤调湿技术于一体的以焦炉烟道废气为热源的全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，该工艺采用焦炉烟道废气作为热介质，根据原料煤在全沸腾流化状态下传热传质效率高、在固定床及半沸腾流化床状态下传热传质效率低的特点，利用振动流化床的工作原理及二次送风，使大部分煤料在煤调湿分级机内处于全沸腾流化状态，而少部分大颗粒煤料在振打力的作用下，边调湿边向调湿分级机出口方向推进。该工艺不仅可以实现煤料的均匀调湿及高效调湿，而且可以实现煤料的高效分级。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，该工艺以焦炉烟道气为热源，采用煤调湿分级机作为煤料的流化、调湿设备，利用振动流化床原理及二次送风，实现煤调湿与煤分级一体化；具体步骤如下：

1)所述的煤调湿分级机包括一次进风段、二次进风段、振动分布板、原料煤入口、调湿煤出口、气流出口，一次进风段位于振动分布板下部，振动分布板上部区域为沉降分离区；所述的振动分布板为倾斜设置的振动流化床结构，原料煤入口位于振动分布板高端的分级机侧壁上，调湿煤出口位于振动分布板低端的分级机侧壁上；二次进风段位于振动分布板上部，气流出口设置于调湿分级机顶部；所述的沉降分离区包括一次沉降分离区和二次沉降分离区，二次进风段位于一次沉降分离区顶部、二次沉降分离区底部；

2)焦炉烟道气在一次风作用下输送至煤调湿分级机振动分布板下部，原料煤由原料煤入口进入煤调湿分级机振动分布板上部；原料煤在煤调湿分级机内与一次风烟道气接触，完成煤料流化、团粒振散、大颗粒调湿煤出料；大部分煤料在一次风烟道气作用下，处于全沸腾流化状态，吹起的全沸腾流态化煤料随气流进入煤调湿分级机中部，少部分大颗粒煤料在振动分布板振打力的作用下，一边调湿，一边向调湿煤出口方向推进；

3)全沸腾流态化煤料进入煤调湿分级机中部的一次沉降分离区，进入一次沉降分离区的大颗粒煤料在惯性作用下，返回振动流化床参与循环换热调湿，并逐步向调湿煤出口流动，最终由调湿煤出口排出；中细颗粒煤料则随烟道气继续上升，进入二次沉降分离区；二次风由一次沉降分离区顶部进入；

4)进入二次沉降分离区的煤料，在一次风及二次风烟道气的作用下，进一步实现中细颗粒煤料的均匀调湿、输送及分级；进入二次沉降分离区的全沸腾流态化煤料中，粒径大于3mm的煤料在惯性作用下返混参与循环换热，最终由调湿煤出口流出；粒径小于3mm的细颗粒煤料则随气流由煤调湿分级机的气流出口流出。

所述的步骤4)，进入二次沉降分离区的煤料，在一次风及二次风烟道气的作用下，进一步实现中细颗粒煤料的均匀调湿、输送及分级；二次沉降分离区为扩径结构，在截面扩大及烟道气温度逐渐降低这两个因素的作用下，煤调湿分级机操作流化速度逐步降低，进入该区域的全沸腾流态化物料中，粒径大于3mm的煤料经过二次沉降分离区时在惯性作用下返混参与循环换热，最终在边壁效应作用下，回到煤调湿分级机调湿煤出口，并由此出口流出；粒径小于3mm的细颗粒煤料则随气流流出煤调湿分级机。

所述的全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，粒径小于3mm的细颗粒煤料随气流流出煤调湿分级机后，进入细粒回收单元；细粒回收单元包括细粒分离装置和细粒回收装置，细粒分离装置采用重力分离器或旋风除尘器，可收集粒径大于0.3mm的细颗粒煤料；细粒回收装置采用袋式除尘器，可对粒径小于0.3mm的细颗粒煤料进一步收集。

所述的全沸腾振动推进式煤调湿与分级工艺，所述的细粒回收装置上部通过连接管道与排烟风机连通，排烟风机与烟囱连接；烟囱还通过连接管道与分级机二次进风段的二次风入口相连通。

当原料煤含湿量发生变化时，通过对一、二次引风机进行变频调速、调节一、二次引风机入口自动调节阀门及循环风入口自动调节阀门的开度来调节煤调湿分级机内烟气温度，保证原料煤调湿所需要的热值及湿度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)节能效果更加明显；

采用焦炉烟道气为热源，充分回收废热，进行煤调湿的同时，实现煤的粒级分级，从而实现煤料的选择性粉碎，减少粉碎机的处理量及电能消耗，防止细颗粒煤料的过粉碎，节能效果显著。

2)传热传质效率高，调湿效果好；

煤料粒径不同，比表面积不同，其全水分含量也是不相同的。粗颗粒煤料的全水分较低，细颗粒煤料的全水分较高。为了实现煤料均匀调湿这一目的，煤调湿分级机采用一次、二次送风方式送风，即一次送风仅满足煤料全沸腾流化及大颗粒煤料的调湿要求，二次送风补充细颗粒煤料调湿所需的热量。煤料流化所需烟气量远远低于煤料调湿所需烟气量，用一次送风量仅满足全沸腾流化要求，不仅可获得良好的全沸腾流化效果，减小振动分布板的截面尺寸，保证振动分布板面振打力均匀，防止死床，同时可提高煤调湿分级机单机处理能力，防止粗颗粒煤料的过干燥。通过调节振动分布板的振幅可调节大颗粒煤料在床内的停留时间。处于全沸腾流态化的细颗粒煤料换热效率高，通过设计合理的设备截面尺寸，可保证细颗粒煤料调湿所需换热时间，同时通过二次风输送，补充高水分细颗粒煤料调湿所需要的热量。不同粒径的煤料在流化床内处于不同的运动状态，煤料在流化床内停留时间及换热效率也各不相同，可实现煤料均匀调湿的目的。

3)分级效率高；

由于本调湿装置采用气流分选的原理，实现不同粒径煤料的均匀调湿，所以具有很高的分级效率。同时，由于煤调湿分级机为气流分布板辅以振动电机，且留有充分的分离高度，所以不论原料煤水分多大，都不会产生煤料堆积及死床现象。

4)占地面积小，投资省；

由于煤调湿分级机截面尺寸取决于流化速度，所以采用一次、二次送风方式可减小煤调湿分级机截面尺寸，设备结构紧凑。调湿站布置形式与常规除尘地面站布置形式接近，占地面积小，设备投资低。

5)运行费用低；

全沸腾振动推进式煤调湿分级机设备结构形式能满足不同粒径煤料在煤调湿分级机内的停留时间及换热效率，不需要床层高度去满足调湿时间的需要，设备阻力低，设备动力消耗少。

附图说明

图1是本发明全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺的流程图；

图2是全沸腾振动推进式煤调湿分级机的结构主视图；

图3是全沸腾振动推进式煤调湿分级机的结构侧视图。

图中：1-原料煤缓冲仓2-原料煤定量给料装置3-密闭给料装置4-气流分配装置5-一次引风机6-一、二次引风机入口自动调节阀门7-二次引风机8-二次风入口自动调节阀9-煤调湿分级机10-细粒分离装置11-细粒回收装置12-密闭格式卸灰装置13-调湿煤输送装置14-排烟风机15-密闭带式输送机16-调湿分级机出料口密闭卸料装置17-烟囱18-安全检测保护设施19-事故状态充氮装置20-一次进风段21-下软连接段22-振动分布板23-上软连接段24-原料煤入口25-一次沉降分离区26-二次沉降分离区27-气流出28-二次进风段29-调湿煤出30-焦炉烟道31-循环风入口自动调节阀门32-振动电机

具体实施方式

下面结合附图对本发明全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺作进一步详细说明：

本发明全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺采用煤调湿分级机作为煤料的流化、调湿设备，利用振动流化床的工作原理及在二次风的作用下，使不同粒径的煤料在煤调湿分级机内处于不同的运动及调湿状态：大颗粒煤料分布在流化层下面形成固定床或流化高度比较低的流化床，在振动分布板22振打力的作用下，边调湿边向煤调湿分级机调湿煤出口29方向流动，最终由调湿煤出口29流出，处于全沸腾流化状态的细颗粒煤料则随气流流出流化床，被下一级回收装置回收。固定床或流化高度比较低的流化床传热传质效率较低，而全沸腾流化床传热传质效率较高。不同粒径煤料全水分含量不同，在流化床内运动状态也各不相同。粗颗粒调湿煤与细颗粒调湿煤从不同的出口流出，在实现煤的高效调湿的同时，实现煤料的高效分级。

本发明采用焦炉烟道废气作为流化介质及热媒，焦炉烟道废气分二次风进入煤调湿分级机：一次风用于原料煤的初始流化及调湿，二次风用于调节煤料的调湿量，同时防止尾气结露。由于大颗粒煤料的全水分含量较低，细颗粒煤料的全水分含量较高，用最小的一次气流烟气量来满足煤料全沸腾流化及大颗粒煤料的调湿需求，可以保证用最小的流化截面获得最好的流化及分级效果，同时可以避免大颗粒物料的过干燥。

见图1、图2、图3，全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，该工艺以焦炉烟道气为热源，采用煤调湿分级机作为煤料的流化、调湿设备，根据振动流化床原理及在二次风的作用下，实现煤调湿与煤分级一体化。

所述的煤调湿分级机包括一次进风段20、二次进风段28、振动分布板22、原料煤入口24、调湿煤出口29、气流出口27，一次进风段20位于振动分布板22下部，振动分布板22上部区域为沉降分离区；所述的振动分布板22为倾斜设置的振动流化床结构，原料煤入口24位于振动分布板22高端的煤调湿分级机侧壁上，调湿煤出口29位于振动分布板22低端的煤调湿分级机侧壁上；二次进风段28位于振动分布板22上部，气流出口27设置于煤调湿分级机顶部；所述的沉降分离区包括一次沉降分离区25和二次沉降分离区26，二次进风段28位于一次沉降分离区25顶部、二次沉降分离区26底部。

全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，工艺步骤如下：

1)焦炉烟道气在一次引风机5的作用下，抽吸至调湿站，经过气流分配装置4调节气流后，被输送至煤调湿分级机9振动分布板22底部，用于原料煤的初始流化及粗颗粒煤料的调湿。原料煤缓冲仓1内的煤料通过原料煤定量给料装置2及密闭给料装置3均匀输送至煤调湿分级机9原料煤入口24，在一次风作用下，进行调湿及分级。原料煤在煤调湿分级机9内与一次风烟道气接触，完成煤料流化、团粒振散、大颗粒调湿煤出料；被一次风烟道气吹起的全沸腾流态化物料则随气流进入煤调湿分级机9的中部。

不同粒径的煤料在煤调湿分级机9中处于不同的运动状态：少部分特大颗粒煤料分布在流化床下面形成固定床，在振动分布板22振打力的作用下，煤料边调湿边向调湿煤出口29流动，最终由调湿煤出口29流出。这部分特大颗粒煤料中，有些是由多个小颗粒煤粒因水粘接而形成的团粒。这些团粒在振打力作用下振动推进的过程中，将被振散转化成能流化的较小颗粒。大多数煤料则被流化，全沸腾流化态物料随气流进入煤调湿分级机9中部的一次沉降分离区25。

在煤调湿分级机9底部的流化段，大颗粒煤料的含湿量较低，利用固定床气固传热传质效率较低的特点进行调湿，不会出现大颗粒煤料的过干燥情况，可实现煤料的均匀调湿。

2)上述全沸腾流态化煤料进入煤调湿分级机9中部的一次沉降分离区25。由于气流上升过程中不断与煤料进行传热传质，所以随着气流上升，烟气温度逐渐降低，截面操作流化速度也逐渐降低。进入一次沉降分离区25的大颗粒煤料在惯性作用下，返回流化床参与循环换热调湿，并逐步向调湿煤出口29流动，最终由调湿煤出口29排出；中细颗粒煤料则随烟道气继续上升，进入煤调湿分级机9上部的二次沉降分离区26；二次风由二次进风段28补入。

煤料流化所需烟道气量远远低于煤料调湿所需烟道气量，一次送风仅满足煤料流化及低水分煤料调湿所需要的烟气量，而二次风用于中细颗粒煤料的进一步调湿，并防止尾部烟气结露；烟道气分二次风送入煤调湿分级机，可减小煤调湿分级机截面尺寸，有利于布料均匀，同时有利于根据来煤湿度变化进行调节；

3)进入煤调湿分级机9上部二次沉降分离区26的煤料，在烟道气一次风及二次风的作用下，进一步实现中细颗粒煤料的均匀调湿、输送及分级。二次沉降分离区26为扩径结构，如图3所示。在截面扩大及烟道气温度逐渐降低这两个因素的作用下，煤调湿分级机操作流化速度逐步降低，进入该区域的全沸腾流态化煤料中，粒径大于3mm的煤料经过二次沉降分离区26时在惯性作用下返混参与循环换热，最终在边壁效应作用下，回到煤调湿分级机调湿煤出口29，并由此出口流出；粒径小于3mm的细颗粒煤料则在排烟风机14的作用下随气流流出煤调湿分级机9，进入后续的细粒回收单元。

细颗粒煤料的全水分含量较高，利用全沸腾流化床换热效率高的特点，使细颗粒煤料在流化床内处于全沸腾流化状态，通过二次沉降分离区的设置，可调节煤料在流化床内的换热时间，保证细颗粒煤料调湿的均匀性。

4)细粒回收单元包括细粒分离装置10和细粒回收装置11，细粒分离装置10采用重力分离器或旋风除尘器，可收集粒径大于0.3mm的细颗粒煤料；细粒回收装置11采用袋式除尘器，可对粒径小于0.3mm的细颗粒煤料进一步收集；细粒分离装置及细粒回收装置收集的煤粉，通过密闭格式卸灰装置12及调湿煤输送装置13进行输送。

5)细粒回收装置11上部通过连接管道与排烟风机14连通，排烟风机14与烟囱17连接；烟囱17还通过连接管道与二次引风机7吹入煤调湿分级机9的入口相连接，连接管道上设有循环风入口自动调节阀门31。

煤调湿分级机调湿煤出口29流出的煤料经密闭卸料装置16排至密闭带式输送机15，并输送至调湿粉碎站进行粉碎，然后与细粒分离装置10及细粒回收装置11收集下来的细颗粒煤料进入混合机进行充分混合，使入炉煤煤质及粒度均匀、稳定。经过混合的调湿煤通过工艺皮带输送至煤塔，用于炼焦。

经过细粒回收装置回收后，含尘浓度低于20mg/m³的烟气尾气在排烟风机14的作用下排至室外。

一次引风机5、二次引风机7及排烟风机14均具有变频调速功能，经过调湿换热后的烟气尾气通过烟囱17排入大气。通过对风机进行调速，并调节一、二次引风机入口自动调节阀门6、二次风入口自动调节阀门8，既可以保证焦炉正常生产所需要的负压值，也可以保证煤调湿分级机9正常工作所需要的烟气量及压力值。

当原料煤湿度低于设定值时，通过调节循环风入口自动调节阀门31、二次风入口自动调节阀门8，以及对二次引风机7进行调速，可保证煤调湿分级机9工况流量及截面流速保持不变，并通过调节二次风入口烟气温度，来适应不同水分的原料煤对热值的不同需求。

本工艺的煤料输送单元为密闭结构，用于原料煤及不同粒级的调湿煤的输送，防止室外空气通过进出煤料口渗入煤调湿工艺，造成系统的安全隐患。

本工艺具有安全保护单元，由安全检测保护设施18、事故状态充氮装置19组成。安全检测保护设施18包括：细粒分离装置10及细粒回收装置11灰仓煤料温度对比检测设施；细粒分离装置10及细粒回收装置11配套泄爆装置；细粒回收装置11灰仓设有防膨料装置；全沸腾振动推进式煤调湿分级机9、细粒分离装置10、细粒回收装置11及连接管道具有加热保温措施；细粒分离装置10及细粒回收装置11灰仓设有保温加热系统。安全保护单元设有保温加热设施可防止烟气结露，从而防止由于煤料排出不畅而出现氧化反应。当自动检测设施测得灰仓煤料温度高于烟气温度时，系统会自动启动事故状态充氮装置18，对煤调湿系统进行充氮保护，同时启动细粒回收装置11灰仓防膨料装置，通过密闭格式卸灰装置12及调湿煤输送装置13的连续运行，将出现氧化反应的煤料及时排出调湿系统，保证煤调湿工艺的安全运行。

Claims (7)

1.全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，其特征在于，该工艺以焦炉烟道气为热源，采用煤调湿分级机作为煤料的流化、调湿设备，根据振动流化床原理及在二次风的作用下，实现煤调湿与煤分级一体化；具体步骤如下：

1)所述的煤调湿分级机包括一次进风段、二次进风段、振动分布板、原料煤入口、调湿煤出口、气流出口，一次进风段位于振动分布板下部，振动分布板上部区域为沉降分离区；所述的振动分布板为倾斜设置的振动流化床结构，原料煤入口位于振动分布板高端的煤调湿分级机侧壁上，调湿煤出口位于振动分布板低端的煤调湿分级机侧壁上；二次进风段位于振动分布板上部，气流出口设置于煤调湿分级机顶部；所述的沉降分离区包括一次沉降分离区和二次沉降分离区，二次风入口位于一次沉降分离区顶部、二次沉降分离区底部；

2)焦炉烟道气在一次风作用下输送至煤调湿分级机振动分布板下部，原料煤由原料煤入口进入煤调湿分级机振动分布板上部；原料煤在煤调湿分级机内与一次风烟道气接触，完成煤料流化、团粒振散、大颗粒调湿煤出料；大部分煤料在一次风烟道气作用下，处于全沸腾流化状态，吹起的全沸腾流态化物料随气流进入煤调湿分级机中部，少部分大颗粒煤料在振动分布板振打力的作用下，一边调湿，一边向调湿煤出口方向推进；

3)全沸腾流态化物料进入煤调湿分级机中部的一次沉降分离区，进入一次沉降分离区的大颗粒煤料在惯性作用下，返回振动流化床参与循环换热调湿，并逐步向调湿煤出口流动，最终由调湿煤出口排出；中细颗粒煤料则随烟道气继续上升，进入二次沉降分离区；二次风由一次沉降分离区顶部进入；

4)进入二次沉降分离区的煤料，在一次风及二次风烟道气的作用下，进一步实现中细颗粒煤料的均匀调湿、输送及分级；进入二次沉降分离区的全沸腾流态化物料中，粒径大于3mm的煤料在惯性作用下返混参与循环换热，最终由调湿煤出口流出；粒径小于3mm的细颗粒煤料则随气流由煤调湿分级机的气流出口流出。

2.根据权利要求1所述的全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，其特征在于，进入二次沉降分离区的煤料，在一次风及二次风烟道气的作用下，进一步实现中细颗粒煤料的均匀调湿、输送及分级；二次沉降分离区为扩径结构，在截面扩大及烟道气温度逐渐降低这两个因素的作用下，煤调湿分级机操作流化速度逐步降低，进入该区域的全沸腾流态化物料中，粒径大于3mm的煤料经过二次沉降分离区时在惯性作用下返混参与循环换热，最终在边壁效应作用下，回到煤调湿分级机调湿煤出口，并由此出口流出；粒径小于3mm的细颗粒煤料则随气流流出煤调湿分级机。

3.根据权利要求1或2所述的全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，其特征在于，粒径小于3mm的细颗粒煤料随气流流出煤调湿分级机后，进入细粒回收单元；细粒回收单元包括细粒分离装置和细粒回收装置，细粒分离装置采用重力分离器或旋风除尘器，可收集粒径大于0.3mm的细颗粒煤料；细粒回收装置采用袋式除尘器，可对粒径小于0.3mm的细颗粒煤料进一步收集。

4.根据权利要求3所述的全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，其特征在于，所述的细粒回收装置上部通过连接管道与排烟风机连通，排烟风机与烟囱连接；烟囱还通过连接管道与分级机二次进风段的二次风入口相连通。

5.根据权利要求1或2所述的全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，其特征在于，当原料煤含湿量发生变化时，通过对一、二次引风机进行变频调速、调节一、二次引风机入口自动调节阀门的开度来调节煤调湿分级机内烟气温度，保证原料煤调湿所需要的热值及湿度。

6.根据权利要求3所述的全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，其特征在于，所述的细粒回收装置下部设有安全检测保护装置及事故状态充氮装置。

7.根据权利要求3所述的全沸腾振动推进式煤调湿及分级工艺，其特征在于，所述的细粒分离器与细粒回收装置灰仓设有加热保温装置。

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