CN110205150B - 一种改进的炼焦煤调湿方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改进的炼焦煤调湿方法，包括以下步骤：将湿炼焦煤经过干燥处理后得到的干炼焦煤送入调湿储煤仓；向所述调湿储煤仓中的干炼焦煤通入蒸汽，使蒸汽与干炼焦煤混合；在所述调湿储煤仓中对经过混合的干炼焦煤与蒸汽进行冷却处理，使蒸汽优先冷凝在其中的细煤粉表面上，得到调湿入炉煤。本发明目的在于提供一种可以调整干炼焦煤水分一致性的改进的炼焦入炉煤调湿方法及实施该方法的设备，解决了传统的干燥法煤调湿技术只能对炼焦煤脱水干燥不能调整其水分一致性的问题。采用炼焦煤调湿技术能够提高焦炭质量和产量，减少炼焦能耗和污水排放量，降低焦化行业的环保压力和生产成本。

Description

一种改进的炼焦煤调湿方法及设备

技术领域

本发明涉及炼焦煤调湿领域，特别是一种采用蒸汽作为调湿介质对干炼焦煤进行调湿的方法，以及采用该调湿方法的设备。该方法和设备也可适用于煤炭清洁利用技术领域里其他需要采用煤调湿工艺的情况。

背景技术

炼焦煤是一类由多种不同煤种按炼焦工艺所需配比混合而成专门用于生产焦炭的混配煤，炼焦煤具有其主要配煤的混合特性，此外，该类煤具有粘结性较强，其含水量随季节和煤种来源变化且分布不均匀，煤的粒径不一致且细煤粉占比较高的特点。

炼焦煤的含水率和水分分布情况受多种因素影响，煤中水分的总量变化和非均匀性分布因素都会在炼焦过程和后续的荒煤气处理过程对焦化生产的能耗，环保和质量等产生负面影响。炼焦入炉煤中的水分是客观存在的，煤中的水分并不参与焦化工艺的化学过程，过量水分的存在和含水率分布差异会对炼焦生产造成严重的影响。目前，炼焦行业通常采用热力干燥的手段对炼焦入炉煤进行脱水干燥处理，对炼焦煤中的整体含水量加以控制和调整。这种煤调湿技术(coal moisture control，缩写CMC)的特点是，采用热力干燥设备将炼焦煤料在装炉前去掉一部分水分，使装炉煤整体水分控制在6％左右，然后装炉进行炼焦生产，该技术通过直接或间接加热来降低并稳定控制入炉煤所含水分，不追求最大限度地去除焦炉煤气的水分，而只是把水分稳定在相对较低的水平。为了和本发明的煤调湿方法相区别，我们根据其工艺特点将这种技术称之为“干燥法煤调湿技术”。

传统的干燥法煤调湿技术通常采用热力干燥的方式进行脱水，根据监测数据调整相关工艺参数，使湿炼焦入炉煤的整体含水率得到一定程度的控制和降低。常用方式及设备有非接触加热干燥方式和直接接触对流加热干燥方式及其设备。

前者传热介质与被干燥的湿炼焦煤并不直接接触，提供的热量用于加热干燥设备内部的换热元件，再将热量间接传递给湿炼焦煤，湿炼焦煤及其表面水分吸热后温度升高达到水的饱和温度并蒸发，水蒸汽被排出干燥设备，即降低了湿炼焦煤的含水率使其转变为干炼焦煤，炼焦煤的脱水干燥过程结束；常用的非接触加热干燥设备有转筒式干燥器，多管式干燥器，以及回转式干燥器等。

后者是利用一种气态介质(加热空气，烟气和过热蒸汽)作为热媒和携湿载气，被称为干燥介质，将干燥介质加热后使其在湿炼焦煤颗粒之间流动并与煤直接接触，通过二者之间的对流传热和传质扩散，干燥介质将携带的热量传递给湿炼焦煤，同时使湿炼焦煤中的水分吸热汽化后扩散在干燥介质中，由干燥介质将湿炼焦煤中的水分携带走，达到干燥湿炼焦煤的目的；常用设备有流化床干燥器，气流干燥器和重力自流床干燥器等。

但是，实际生产中，经过上述热力干燥处理后得到的干炼焦煤，虽然在入炉时整体含水率达到6-8％的要求，但实际炼焦效果还是不能达到最优。本发明人经过大量研究和对比测试，发现造成这种情况主要原因是炼焦煤的粒径不同，干燥后存在明显的水分分布差异问题，即其中细煤粉含水率远低于要求含水率。而现有热力干燥方法正是造成这种差异的直接原因，所以根本无法解决这个问题。

具体来讲，经过破碎筛分处理后的湿炼焦煤的粒径存在差异，通常情况下，其粒径为5mm至0.2mm的颗粒状煤约占60％左右，0.2mm以下的细粉煤约占30％以上，粒径大于5mm的大颗粒煤不超过10％；对单位质量的不同粒径湿炼焦煤进行比较，不同粒径的煤颗粒具有不同的表面积，粒径越小的煤颗粒具有的表面积越大，而粒径越大的煤颗粒其表面积越小，由于水的表面张力作用，湿炼焦煤颗粒的表面上会存在一层外部水分，其表面积大的煤粒，例如细煤粉，其表面上的外部水量较多，其表面积小的煤粒，例如颗粒状的煤，其表面上存在的外部水量较少，在湿炼焦煤脱水干燥过程中，处于湿炼焦煤表面的外部水分会较早且更容易蒸发，而细煤粉和颗粒状煤二者的内部含水率相差不多，但与湿炼焦煤表面上的水分蒸发情况相比，较大粒径的煤颗粒内部水分的蒸发更为困难；由于在采用热力干燥方法对湿炼焦煤进行干燥处理的过程中无法对存在粒径差异的炼焦煤进行差异性干燥，只能在干燥器内部的传热及传质方式和干燥强度基本一致的环境中，以及在保持相同有效干燥时间的条件下对全部的炼焦煤进行统一的干燥处理，在干燥过程中因细煤粉的水分更容易被蒸发，经过干燥处理后其含水率会降低更多，而大粒径的煤颗粒因其内部的水分不容易被蒸发，经过干燥处理后其含水率下降较少，将二者经干燥处理前后的含水率进行比较，处理前细煤粉的含水率大于颗粒状煤的含水率，处理后颗粒状煤的含水率反会比细煤粉的含水率更高，例如，如果按照0.2mm至5mm的颗粒状煤的中间值2.5mm粒径的煤含水率为标准考虑，经过干燥处理后2.5mm粒径的煤含水率已经达到工艺要求的含水率时，0.2mm粒径煤的实际含水率已经大大低于其他所有粒径煤的含水率了，通过实验数据分析，当干燥后的炼焦煤平均含水率为6～7％时，细煤粉的含水率大约会低于其平均含水率2～3％，而颗粒状煤的含水率则比平均含水率略高一点。

这一现象即为炼焦煤中的细煤粉在热力干燥过程中发生的过度干燥问题，而过度干燥的细煤粉在入炉煤输送过程和装入炼焦炉及参与焦化反应时，会造成粉尘增加、焦炉石墨量增大和焦炉温度不稳定等问题，这也是干炼焦煤虽然整体含水率达到了工艺要求，但在实际炼焦过程中不能达到最优效果的主要原因。

第201310475631.4号发明专利公开了一种“一种用于炼焦煤调湿的工艺”，采用筒式烘干机调节炼焦湿煤水分，从焦炉总烟道抽取的焦炉烟道气作为主要的烘干热源，当焦炉烟道气提供的热量低于蒸发水所需热量时，采用预热式旋风燃气炉燃烧燃气产生的热烟气补热，焦炉烟道气和燃气燃烧产生的热烟气从各自进气口进入混风器，混合后进入筒式烘干机对炼焦湿煤进行调湿，从筒式烘干机尾部排出的尾气和合格煤料进入固气分离器，合格煤料通过出料口排出，送至焦炉备煤系统，尾气通过尾气出口进入布袋除尘器除尘后由引风机送入烟囱放空。

第200910021683.8号发明专利公开了一种“焦炉炼焦煤调湿、干燥的方法”，主要包括以下步骤：a.控制蒸汽管回转干燥机入口湿煤的给料量及分析干燥机入口湿煤的温度、水含量；b.经湿煤计量分析单元的湿煤进入蒸汽管回转干燥机，煤粉与蒸汽管回转干燥机内蒸汽管充分接触被干燥；c.载气预热将来自大气的空气由鼓风机鼓入载气加热器中，将空气预热作为干燥载气；d.尾气处理回收干燥载气带出的粉尘，净化排放尾气；e.蒸汽凝液回收将干燥后产生的的蒸汽凝液送入凝液回收系统；g水分控制单元控制干燥机出料口湿煤湿度。

第200920318687.8号实用新型专利中公开了“一种间接换热回转类过热蒸汽褐煤干燥系统”，采用饱和蒸汽为传热介质，通过在回转式干燥机内设置的换热管加热褐煤，煤中水分蒸发产生蒸汽并干燥褐煤，一部分排放蒸汽经由循环风机加压和再加热后成为过热蒸汽，将过热蒸汽送入干燥机作为携带煤中水分的介质，携带水分的介质在回转窑内循环并参与煤的干燥过程。

第200910015752.4号发明专利公开了一种“多效过热蒸汽褐煤预干燥系统及其工艺”，一套多级串联内加热流化床干燥装置，利用外部提供的饱和蒸汽作为第一级干燥机的热源，在褐煤干燥过程中产生过热蒸汽，经风机加压后，一部分过热蒸汽用作该级流化床干燥机的循环干燥介质，其余部分过热蒸汽送入下一级干燥装置的内加热器作为加热介质，继续加热褐煤并产生新的过热蒸汽，然后将新产生的过热蒸汽送入次下一级的干燥装置并再次循环上述过程。

第201210032254.2号发明专利公开了一种“一种低压过热蒸汽干燥褐煤的装置和方法”，采用外部提供的传热介质在装置内部加热和产生低压过热蒸汽，并利用低压过热蒸汽作为干燥介质实施褐煤干燥的双重功能热力干燥设备。该装置的主要特征是利用导热油供热系统提供的高温导热油作为其内部加热的传热介质，利用经过再热循环的低压过热蒸汽作为其部分干燥介质，由这两种不同温度条件的工作介质为干燥装置提供所需的热量，并通过内置导热油加热盘管组向在褐煤干燥过程中产生的蒸汽和经增压及再热后进入干燥装置内循环的低压过热蒸汽加热，以保持二者混合后的蒸汽在干燥装置内部换热过程中始终处于适当的过热状态，同时利用该低压过热蒸汽作为褐煤的干燥介质，使其在干燥装置内部自下而上的循环流动中与自上而下运动的褐煤直接接触，通过二者之间的对流换热和传质扩散，实现对褐煤的加热和干燥。

上述现有干燥法煤调湿技术都可以通过干燥脱水手段将炼焦入炉煤的整体含水率降低并控制在一定水平，但又都存在一个重大问题，这些技术采用单一的热力干燥方法，并不区分不同粒径的炼焦煤，必然会造成不同粒径炼焦煤之间水分分布及干燥效果的偏差，其实质上还只是一项炼焦煤干燥技术，与简单的煤干燥技术最大的区别充其量就在于它是将湿煤干燥到一个固定含水率时即停止干燥，而简单的煤干燥技术是尽可能的将煤干燥，二者并不包括对细煤粉和颗粒状煤的水分一致性控制和整体湿度调整的功能。

由于含水率更低的干细煤粉容易产生扬尘，在炼焦煤脱水干燥过程中应当避免细煤粉发生过度干燥，在适当控制炼焦入炉煤的整体含水率的基础上，甚至可以使干燥处理后细煤粉具有比调湿入炉煤平均含水率稍高一点的含水率，而不是比颗粒状煤更低的含水率，但由于受到热力干燥方法及干燥设备条件的局限，在湿炼焦煤干燥处理过程中很难做到使不同粒径的煤达到一致的干燥程度；除了粒径差异造成煤水分的偏差之外，不同品种配煤的特性及含水率差异也会造成干燥处理后的炼焦煤中水分不均匀情况，同样需要对其水分差异加以纠正。

按照炼焦工艺要求及现有的不同型式炼焦炉的设备条件，焦化企业根据实际生产过程中的经验认为，对于顶装式炼焦炉，当炼焦入炉煤的含水率为6％以下时，炼焦煤入炉时其中的细煤粉尘进入荒煤气系统的数量增大，故而对炼焦后续的喷氨及焦油分离等工序产生严重影响，同时会造成生产环境中粉尘污染，为此大部分焦化企业将炼焦入炉煤的含水率限制在6％以上，对炼焦煤入炉的水分一致性差异控制在2％之内；对于捣固式炼焦炉，当炼焦入炉煤的含水率达到9～10％时，捣固的煤饼可以满足煤饼入炉条件，水分一致性差异不大于2％。通常未经脱水干燥处理的湿炼焦煤中平均含水率为10～12％的水平，雨季期间的煤和来自洗煤厂的煤会具有更高的含水率，其平均含水率可达到15％，因单位质量的细煤粉具有更大的表面积，其含水率甚至会达到或超过15％的含水率，由于配煤来源及其粒径不同造成的湿炼焦煤水分一致性差异大约为3～4％。

根据统计数据，与更大粒径的煤相比，这些细煤粉在预处理之前含水率偏高，尤其需要通过脱水干燥工艺降低其含水率，但由于热力干燥方法的特性限制和细煤粉具有更大的表面积，在热力干燥过程中这些细煤粉较粒径较大的煤颗粒脱水速度更快，导致粒径不同的炼焦煤经过相同条件的干燥处理后，细煤粉的含水率会由更高变为更低，经深度干燥的细煤粉在随后炼焦入炉煤输送和装炉过程中更容易产生煤粉扬尘并外泄进入周围环境和荒煤气系统。由此表明，采用炼焦入炉煤调湿技术适当地降低炼焦入炉煤中过量水分，并同时达到精准调整其水分一致性的调湿目的，是具有较大的难度和复杂性的。

因此，在煤调湿技术领域，亟需对现有干燥法煤调湿技术进行改进，改变传统的干燥法煤调湿工艺只是单纯降低炼焦入炉煤的含水量，只重视炼焦入炉煤的整体水量控制的缺陷，将调整其水分一致性作为炼焦入炉煤调湿技术的两大环节之一加以考虑。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可以调整干炼焦煤水分一致性的改进的炼焦入炉煤调湿方法及实施该方法的设备。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

提供一种炼焦煤调湿方法，包括以下步骤：将湿炼焦煤经过干燥处理后得到的干炼焦煤送入调湿储煤仓；向所述调湿储煤仓中的干炼焦煤通入蒸汽，使蒸汽与干炼焦煤混合；在所述调湿储煤仓中对经过混合的干炼焦煤与蒸汽进行冷却处理，得到调湿入炉煤。

优选的，将所述湿炼焦煤在干燥器中完成干燥处理后送入所述调湿储煤仓。

优选的，所述干炼焦煤进入设置于所述调湿储煤仓上部的干炼焦煤储煤仓。

优选的，所述干炼焦煤在调湿入炉煤储煤仓的上部完成与蒸汽的混合，所述经过混合的干炼焦煤与蒸汽在所述调湿入炉煤储煤仓的下部完成冷却处理及蒸汽冷凝。

优选的，所述蒸汽来自于干燥步骤中产生的乏汽，或其他120℃以下温度的蒸汽。

还提供一种炼焦煤调湿设备，包括：调湿储煤仓，用于对湿炼焦煤经过干燥处理后得到的干炼焦煤进行调湿处理得到调湿入炉煤；蒸汽分配装置，用于向所述调湿储煤仓中的干炼焦煤通入调湿用蒸汽，使蒸汽与干炼焦煤混合；调湿冷却器，用于对经过混合的干炼焦煤与蒸汽进行冷却及冷凝处理。

优选的，还包括干燥器，所述湿炼焦煤在所述干燥器中完成干燥处理后送入所述调湿储煤仓。

优选的，还包括设置于所述调湿储煤仓中的底板，所述底板将所述调湿储煤仓分为干炼焦煤储煤仓和调湿入炉煤储煤仓，所述干炼焦煤在所述调湿入炉煤储煤仓的上部完成与蒸汽的混合，所述经过与蒸汽混合的干炼焦煤在所述调湿入炉煤储煤仓的下部完成蒸汽在其表面上的冷凝。

优选的，还包括对所述调湿入炉煤进行水分检测的检测装置，根据所述检测装置反馈的数据对调湿过程进行流量及温度调节的控制装置。

优选的，所述蒸汽来自于干燥处理过程中产生的乏汽。

为了更清楚地表达上述的炼焦入炉煤在下述过热蒸汽炼焦煤调湿工艺的不同工序中所处状态及其特征，同时避免因使用的名词混乱导致误解，在此将“炼焦入炉煤”这一专业术语按照以下条件做出分解，即将按炼焦工艺所需煤种配比混合而成专门用于生产焦炭的混配煤称为炼焦煤，将未经煤调湿处理的炼焦煤称为湿炼焦煤，将仅经过脱水干燥处理后的炼焦煤称为干炼焦煤，将经过脱水干燥和水分一致性调整处理后的炼焦煤称为调湿炼焦入炉煤。

本发明涉及的改进的炼焦入炉煤调湿技术不同于传统的干燥法煤调湿技术，不仅具有严格的水分干燥措施，同时也包括水分一致性调节措施，能确保炼焦煤整体含水率符合要求，同时水分一致性也符合最优工艺要求。其核心是对炼焦入炉煤中过量水分的降低和对水分非均匀分布状况的调整。

根据炼焦入炉煤的水分一致性条件，采用热力干燥方法处理后的干炼焦煤需要进行入炉前的调湿处理，由于调湿是在干炼焦煤基础上进行的，因此入炉煤调湿的工艺条件与干燥处理后干炼焦煤的水分状况直接相关。为此，从优化炼焦煤调湿技术工艺及流程的角度考虑，最佳的炼焦煤调湿技术方案是将炼焦煤的过量水分降低和水分一致性调整处理两项工艺要求结合起来，通过一个综合性调湿工艺过程和统一的操作系统顺序完成这两项功能。

通常情况下，本发明的煤调湿方法可以在现有煤干燥设备的基础上加以改造得到。因为本发明实质上就是在传统的干燥法煤调湿技术的基础上，加上调整水分一致性的步骤形成的。

例如，利用ZL 201210032254.2号发明专利涉及的过热蒸汽干燥装置和为其提供及分配热能的传热系统，对其内部结构进行改造，在该装置内加入干炼焦煤的蒸汽冷凝调湿功能，利用湿炼焦煤干燥过程产生的乏汽对干炼焦煤进行调湿处理，并通过在线监控调湿处理后的入炉煤水分的变化，对炼焦煤的干燥过程和调湿过程及效果进行实时的调节控制，以此构成本发明的过热蒸汽炼焦煤调湿的方法和装置。

采用本发明所涉及的干炼焦煤调湿方法的主要工艺特点是，经过干燥处理后进入调湿储煤仓的干炼焦煤表面温度高于100℃，干炼焦煤的平均含水率约为6～7％(针对于顶装式炼焦炉)，或8～9％(针对于捣固式炼焦炉)，其中细煤粉含水率一般比干炼焦煤的平均含水率约低2～3％，干炼焦煤具有良好的流动性且不同粒径的颗粒状煤与细煤粉混合在一起；把处在轻微过热状态的110℃-120℃左右低压蒸汽，作为干炼焦煤的调湿介质送入调湿入炉煤储煤仓的上部位置；干炼焦煤储煤仓内的干炼焦煤自上而下连续向调湿入炉煤储煤仓移动，由于此时干炼焦煤的表面温度尚在100℃以上，而且送入煤仓的调湿介质为处于轻微过热状态的蒸汽，使得调湿入炉煤储煤仓上部空间保持了一个高于该环境中饱和蒸汽温度的微过热温度场，故此时干炼焦煤的表面尚无蒸汽冷凝现象发生，低压的轻微过热状态的蒸汽借助其蒸汽压和流动特性，在移动的细煤粉与颗粒煤之间的空隙中流动扩散，使蒸汽与干煤颗粒二者充分接触混合并均匀分布；当蒸汽和干煤颗粒的混合物向下移动经过该煤仓内设置的调湿冷却器时，调湿冷却器从调湿入炉煤仓内部吸热并向外部散热使干煤和蒸汽失去部分热量，轻微过热的蒸汽降温后由过热状态转变为饱和状态，当蒸汽温度和干炼焦煤的表面温度降低至100℃以下时，饱和蒸汽开始在煤颗粒的表面上产生冷凝，使干煤颗粒的表面获得适量水分并逐渐形成一层水膜，因为细煤粉的表面积更大且其质量及内部蓄热量更小，其表面上较早出现冷凝现象且获得的凝结水分更多，而与细煤粉的情况相反，较大粒径的颗粒状煤因其表面积小和其质量及内部蓄热量较大，其表面上出现冷凝现象稍晚且获得的凝结水分更少；当送入调湿入炉煤储煤仓内的调湿介质完全被冷凝或调湿中的入炉煤向下移动到达调湿入炉煤储煤仓底部时，干炼焦煤的调湿基本上结束，此时干炼焦煤成为调湿入炉煤，其整体含水率与调湿之前相比，略有上升。调湿入炉煤及其细煤粉的水分将分别被在线水分监测仪检测，用于确定调湿入炉煤的含水率及水分一致性是否达标，此检测数据同时作为脱水干燥和调湿两个工序的工艺控制反馈信号，用于对干燥介质的流量及工作温度和调湿介质的流量及冷却温度进行在线调节，以控制调湿入炉煤的水分和水分一致性。

实施本发明的煤调湿技术，具有以下有益效果：

1、本发明针对传统干燥法煤调湿技术的通病，在热力干燥方法对湿炼焦煤进行加热干燥的基础上，采用轻微过热状态的蒸汽作为调湿介质，对过度干燥的细煤粉进行选择性加湿，使干炼焦煤周围的蒸汽在其表面上冷凝形成液态的水，主要是在细煤粉颗粒的表面上形成一层水膜，创造性地改善了炼焦入炉煤水分一致性的问题，将炼焦煤中细煤粉过度干燥对焦化生产造成的影响降到最低。解决了此前的炼焦入炉煤干燥法调湿技术只能脱水不能调整水分一致性的问题，由此能够提高焦炭质量和产量，减少扬尘、炼焦能耗和污水排放量，降低焦化行业的环保压力和生产成本。

2、本发明的煤调湿工艺使炼焦煤的脱水干燥和调湿两个处理工序前后直接衔接，第一步经干燥处理后的干炼焦煤在调湿储煤仓内停留期间，其温度与第二步调湿过程所需要的温度正好匹配，具有适合的调湿工艺条件和处理时间及空间，可以在第一步干燥处理后直接进入第二步调湿处理，即在调湿储煤仓内对干炼焦煤继续进行调湿，可以使调湿工艺流程更为简化，并由此形成一个连续运行的炼焦煤调湿工艺流程。

3、使用蒸汽作为调湿介质，储煤仓内经过脱水干燥后的热态干炼焦煤与过热蒸汽调湿介质在轻微过热的状态下相互扩散、均匀分布，特别是蒸汽能够与流动的细煤粉充分混合。同时，在干炼焦煤和蒸汽混合物由上向下移动的过程中，促进细煤粉和颗粒状煤的流动，通过冷却方法将混合物的温度降低至蒸汽调湿介质的饱和温度以下，在细煤粉和煤颗粒的表面上可以形成均匀的水膜，可以获得更为均匀及快速的水分一致性调整效果，具有其他工艺方法无法相比的环保、节能和高效等的综合效果。此外，将干燥炼焦煤后的乏汽用于对干炼焦煤进行调湿处理，有效利用了第一步干燥过程中产生的乏汽，节约了能源。

4、本发明涉及的炼焦煤调湿方法适用于采用传统热力干燥方法处理炼焦煤的情况，即将经过不同形式干燥器处理后的干炼焦煤送入本发明的调湿入炉煤储煤仓，按照上述工艺参数进行操作即可达到基本相同的入炉煤调湿效果，适用于绝大多数现有煤干燥设备和工艺的技改升级，可以节约大量成本。

5、本发明的炼焦煤调湿设备，优选采用经改进的重力自流床干燥器作为单一的处理装置即可顺序完成干燥和调湿两个工序，基本不改变原有设备结构，相当于将现有干燥器配置的储煤仓底部侧壁延长一段，形成调湿入炉煤储煤仓，并在其内部设置一套过热蒸汽调湿介质的输送分配和冷凝设备，各个储煤仓从上到下的配置，使干炼焦煤与过热蒸汽相互扩散十分顺利和均匀，同时干炼焦煤始终处于由上向下重力移动的过程中，无需施加额外动力，亦可节约大量成本。

6、本发明采用的重力自流床干燥装置，还包括一整套在线的检测控制系统，通过在同一装置内部使用多个以及多种不同类型的传感器，实现对炼焦煤干燥及调湿工艺过程的自主控制，蒸汽流量和温度、冷却温度等关键工艺参数都可以根据传感器反馈的数据进行自动控制和调整，达到了提高调湿装置的处理能力和调湿效果的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为过热蒸汽炼焦入炉煤调湿方法的工艺流程示意图，该图表示了所述装置包括的主要设备的工艺流程及相互之间的安装位置关系。

图2为调湿储煤仓的结构图，该图是调湿储煤仓的正剖视图，表示了所述调湿储煤仓的内部结构及其主要部件相对位置的示意。

图3为重力自流床干燥器1的结构图，该图是重力自流床干燥器1的正视图，表示了所述重力自流床干燥器的结构及其主要部件与调湿储煤仓相对安装位置的示意。

上述图中所示各部件为：

1.调湿储煤仓，2.干燥器，3.干炼焦煤储煤仓，4.干炼焦煤储煤仓锥型底板，5.调湿入炉煤储煤仓，6.蒸汽分配装置，7.调湿介质入口，8.调湿冷却器，9.调湿冷却介质入口，10.调湿冷却介质出口，11.调湿入炉煤出料器，12.调湿入炉煤出料口，13.调湿入炉煤在线水分检测仪，14.调湿入炉煤细煤粉在线水分检测仪，15.湿炼焦煤给煤斗，16.干燥介质乏汽出口，17.湿炼焦煤给料器，18.干燥介质循环风机，19.干燥介质再热器，20.干燥介质入口。

具体实施方式

为了使发明的目的、原理、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，正如本发明内容部分所述，此处所描述的具体实施例用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要特别说明的是，根据说明书的文字或者技术内容可以确定的连接或位置关系，为了图画的简洁进行了部分的省略或者没有画出全部的位置变化图，本说明书未明确说明省略的或者没有画出的位置变化图，不能认为没有说明，为了阐述的简洁，在具体阐述时不再一一进行说明，在此统一说明。

本发明涉及一种炼焦煤调湿方法，包括以下步骤：将湿炼焦煤经过干燥处理后得到的干炼焦煤送入调湿储煤仓1；向调湿储煤仓1中的干炼焦煤通入蒸汽，使蒸汽与干炼焦煤混合；在调湿储煤仓1中对经过混合的干炼焦煤与蒸汽进行冷却处理，使蒸汽优先冷凝在其中的细煤粉表面上，得到调湿入炉煤。将湿炼焦煤在干燥器2中完成干燥处理后送入调湿储煤仓1。干炼焦煤进入设置于调湿储煤仓1上部的干炼焦煤储煤仓3。干炼焦煤在调湿入炉煤储煤仓5的上部完成与蒸汽的混合，经过混合的干炼焦煤与蒸汽在调湿入炉煤储煤仓5的下部完成冷却处理及蒸汽冷凝。

具体来讲，采用蒸汽作为工作介质对炼焦煤进行调湿的改进方法，由炼焦煤脱水干燥和调湿两个工序组成，采用过热蒸汽为工作介质的热力干燥方法和蒸汽冷凝方法，使用不同工作温度的过热蒸汽分别作为干燥介质和调湿介质，按先脱水后调湿的工艺顺序分别对炼焦煤进行脱水干燥和调湿。包括如下步骤：

1、干燥器预热：将重力自流床干燥器2由环境温度预热至工作温度，使干燥介质在低压过热蒸汽干燥装置内循环流动。

2、湿炼焦煤脱水干燥：当干燥器2达到工作状态时，将湿炼焦煤由干燥器2顶部送入，开始对湿炼焦煤进行常规脱水干燥。

3、含水率控制：在湿炼焦煤的干燥阶段，根据湿炼焦煤的平均含水率和干燥工艺的目标干炼焦煤平均含水率，在湿炼焦煤由干燥器2顶部下落，沿着干燥器2内各层导流板流动的过程中，通过调节循环流动的干燥介质流量及其温度，对湿炼焦煤的干燥过程进行控制。经干燥处理后炼焦煤由湿炼焦煤变为干炼焦煤，干炼焦煤的平均含水率基本达到或略低于干燥工艺的目标含水率。

4、干炼焦煤储存：干燥处理后的干炼焦煤表面温度为105℃-110℃左右，由干燥器2下部进入调湿储煤仓1上部的干炼焦煤储煤仓3储存，完成向下流动的准备，并在重力作用下由干炼焦煤储煤仓3向下流动，再由干炼焦煤储煤仓3下部的锥形底板4进入调湿入炉煤储煤仓5进行调湿处理。其供给量可以受到控制。

5、干炼焦煤与蒸汽混合：干燥器顶部排出的110℃左右的干燥介质乏汽经增压风机加压后，主要是作为干燥介质经再加热后循环使用，少量是作为调湿介质送入调湿入炉煤储煤仓5，蒸汽经过蒸汽分配装置6(包括分配管道及喷嘴等)进入调湿入炉煤储煤仓5上部空间后，因其为低压且处于轻微过热状态的蒸汽，可在随着煤颗粒一起向下运动的过程中通过不同粒径煤颗粒之间的缝隙均匀扩散，调湿介质与干炼焦煤充分混合。蒸汽还可以是来自其他120℃以下温度的蒸汽。

6、干炼焦煤冷却和蒸汽冷凝：通过设置在仓内的调湿冷却器8在调湿入炉煤储煤仓5下部对干炼焦煤和蒸汽的混合物冷却降温，使蒸汽在干炼焦煤颗粒的表面上发生冷凝并形成一薄层冷凝水膜，且煤颗粒的表面积越大则单位质量煤的表面水量越多。由此，细煤粉的含水率上升明显，而较大颗粒状煤的含水率上升很少。实际上，冷却降温步骤也可以通过自然降温步骤实现，本发明的保护范围当然也包括这种降温方式。虽然这种方式整体结构和工艺过程更加简单，总体来讲也可以达到本发明的技术效果，但在连续生产过程中却存在一定的问题，一是生产效率不高；二是冷凝时间的延长也会使得冷凝发生的区域不是很均匀。

7、入炉煤水分检测：利用在线水分检测仪13和14对调湿入炉煤的平均含水率及其中的细煤粉含水率分别进行检测。经过调湿后的调湿入炉煤在流出调湿入炉煤储煤仓5之前，由设置在储煤仓出口处的在线水分检测仪13和14对其平均含水率及其中细煤粉的含水率分别进行检测，检测所得数据作为调湿工艺的反馈信号，用于对炼焦煤的干燥脱水和调湿过程及工艺参数进行调节控制。

8、入炉煤含水率及水分一致性控制：根据调湿入炉煤及其中细煤粉平均含水率的变化，通过调节干燥介质的流量和温度，即参与干燥循环的干燥介质流量越大及工作温度越高，炼焦煤的脱水速度及干燥程度会越高，干炼焦煤的含水率更低，可使入炉煤的平均含水率得到有效的控制；根据调湿后细煤粉的含水率，通过调节调湿介质的流量和调湿冷却器的冷却条件，即喷入的调湿介质越多冷凝水量越多，冷却介质越多温度越低蒸汽冷凝速度越快，可使细煤粉的含水率及水分一致性得到适当的调节控制。

9、乏汽回收利用：炼焦煤调湿设备剩余的少量乏汽，可经余热利用后回收冷凝水。

与前面所述煤调湿方法相对应，本发明炼焦煤的脱水干燥处理是通过一台改进的重力自流床干燥器2连续进行的，干燥处理后干炼焦煤的调湿处理是在该重力自流床干燥器2下部的调湿储煤仓1内实施的，其主要结构特征是，布置在干燥器2干炼焦煤出口下部的调湿储煤仓1是一个封闭的立式料斗，上方为敞口或者设有一个带出料口的隔板。调湿储煤仓1可以是一个圆柱形或矩形的料斗，该料斗具有双层底板结构，即该料斗的内部有一层锥型底板4将该立式料斗分隔为上下两个相互连通的空间，当然，底板4的形状不是必须限定为圆锥形，只要可以完成暂存干炼焦煤并使其运动至调湿入炉煤储煤仓5即可；该料斗上部空间的顶部与干燥器2的干炼焦煤出口相接，上部空间的底部为一个倒置的椎体，锥体的中心开孔并与该料斗的下部空间相接，该倒置锥体底板4的作用是将在干燥器2内部工作的干燥介质和在料斗中工作的调湿介质相互隔离，该料斗的上部空间被称为干炼焦煤储煤仓3；该料斗下部空间的顶部即为干炼焦煤储煤仓的倒置锥体底部，下部空间的底部同样为一个倒置的锥体，该锥体的中心有开孔与出料机进口相接，该料斗下部空间被称为调湿入炉煤储煤仓5，被作为进行入炉煤调湿的操作区域；该区域的上部布置有蒸汽分配装置6(包括调湿介质输送及分配管道)，分配管道上设置有均匀分布的蒸汽喷嘴；调湿介质采用干燥湿炼焦煤后由干燥器2顶部排出的乏汽；该区域的中部设置有一个调湿冷却器8，用于降低干炼焦煤和蒸汽混合物的温度，在调湿入炉煤操作区域内造成局部蒸汽冷凝。调湿入炉煤储煤仓5的容积大于干炼焦煤储煤仓3的容积。调湿入炉煤储煤仓5下部设置有入炉煤在线水分检测仪的取样器，在线水分监测仪13和14将分别对调湿入炉煤及其细煤粉的水分进行检测，根据检测数据确定调湿入炉煤的含水率及水分一致性是否符合工艺要求，此检测数据同时作为调湿工艺的反馈信号，用于控制炼焦煤调湿工艺过程和调节细煤粉的含水率，例如反馈信号指示为调湿入炉煤含水率高或低，则可通过调控干燥过程的工艺参数加以纠正，若反馈信号指示为细煤粉的含水率高或低，则可通过调控调湿过程的工艺参数加以修正。经过调湿工艺处理后的调湿入炉煤输送到炼焦炉上部的入炉煤储煤仓。

下面的实施例对本发明所涉及的炼焦入炉煤调湿方法和装置做进一步的说明：

实施例1

用于顶装式炼焦炉的平均含水率为12％的湿炼焦煤，其中最大煤粒径不大于7mm，粒径为0.2mm以下细煤粉的重量比为33％，粒径为0.2mm～3.0mm颗粒状煤的重量比为52％，可挥发馏分的最低馏出温度为230℃，要求通过煤调湿处理后炼焦入炉煤的平均含水率为8％左右，炼焦入炉煤中水分的分布一致性的偏差小于2％，单套煤调湿装置处理能力为80吨/小时。

需要调湿处理湿炼焦煤的特性是，湿炼焦煤的平均含水率为12％，其中细煤粉中的水分为最高，其含水率约14％，包括外部水分和内部水分，由于湿炼焦煤的粘结性和其中水分的作用，脱水干燥处理前湿炼焦煤存在粘结成团块状的情况，此外其中粒径为0.2mm以下细煤粉占比较大且含水率可达到14％，会加大湿焦煤在输送和进入干燥器时形成团块状态和滞留的几率，同时细煤粉会在脱水干燥过程中发生过度干燥的问题，炼焦煤的化学性质基本稳定，对干燥介质的性质及其工作温度不敏感。分析该案例中湿炼焦煤在脱水干燥过程需要除去的水量不大，但对干燥后干炼焦煤水分的分布一致性要求较高，需要通过干燥工序除去湿炼焦煤中5％以上的过量水分，以获得平均含水率为7％左右的干炼焦煤，此后在7％平均含水率基础上对干炼焦煤进行调湿，通过调湿解决干炼焦煤中细煤粉的过度干燥问题，以使炼焦煤达到平均含水率为8％左右，且水分的分布不一致性偏差不大于2％的调湿入炉煤标准。

采用一套处理能力为80吨/小时的低压过热蒸汽炼焦入炉煤调湿装置，调湿装置的设计工艺条件为：其炼焦煤处理量为80MT/hr；重力自流床干燥器2的内置加热器设计加热负荷是1500KW，传热介质为LQ-D300导热油，其工作温度是进入重力自流床干燥器2的供油温度为290℃，重力自流床干燥器2出口处回油温度为240℃；干燥介质为低压过热蒸汽，干燥介质再热器19出口处过热蒸汽温度为250℃，重力自流床干燥器2的排汽温度为110℃；调湿储煤仓1的设计容积40M³，其中包括干炼焦煤储煤仓3的容积为15M³，调湿入炉煤储煤仓5的容积为25M³；调湿入炉煤储煤仓5使用的调湿介质为低压过热蒸汽，调湿介质工作温度为105～110℃。调湿冷却器8使用的冷却介质为冷却水，工作温度为环境温度。

根据本实施例的技术要求和低压过热蒸汽炼焦入炉煤调湿工艺流程，完成上述炼焦煤调湿设备组合安装后，即可成为一套本项发明技术所涉及的用于顶装式炼焦炉的低压过热蒸汽炼焦入炉煤调湿工艺装置。

实施例2

用于捣固式炼焦炉的平均含水率为14％的湿炼焦煤，其中最大煤粒径不大于7mm，粒径为0.2mm以下细煤粉的重量比为35％，粒径为0.2mm～3.0mm颗粒状煤的重量比为55％，可挥发馏分的最低馏出温度为220℃，要求通过煤调湿处理后炼焦入炉煤的平均含水率为9％左右，炼焦入炉煤中水分的分布一致性的偏差小于2％，单套煤调湿装置处理能力为100吨/小时。

需要调湿处理湿炼焦煤的特性是，湿炼焦煤的平均含水率为14％，其中细煤粉中的水分为最高，其含水率不超过16％，包括外部水分和内部水分，由于湿炼焦煤的粘结性和其中水分的作用，脱水干燥处理前湿炼焦煤存在粘结成团块状的情况，此外其中粒径为0.2mm以下细煤粉占比较大且含水率可达到16％，会加大湿焦煤在输送和进入干燥器时形成团块状态和滞留的几率，同时细煤粉会在脱水干燥过程中发生过度干燥的问题，炼焦煤的化学性质基本稳定，对干燥介质的性质及其工作温度不敏感。分析该案例中湿炼焦煤在脱水干燥过程需要除去的水量不大，但对干燥后干炼焦煤水分的分布一致性要求较高，需要通过干燥工序除去湿炼焦煤中6％以上的过量水分，以获得平均含水率为8％左右的干炼焦煤，此后在8％平均含水率基础上对干炼焦煤进行调湿，通过调湿解决干炼焦煤中细煤粉的过度干燥问题，以使炼焦煤达到平均含水率为9％左右，且水分的分布不一致性偏差不大于2％的调湿入炉煤标准。

采用一套处理能力为100吨/小时的低压过热蒸汽炼焦入炉煤调湿装置，调湿装置的设计工艺条件为：其炼焦煤处理量为100MT/hr；重力自流床干燥器2的内置加热器设计加热负荷是2000KW，传热介质为LQ-D300导热油，其工作温度是进入重力自流床干燥器2的供油温度为290℃，干燥器2出口处回油温度为240℃；干燥介质为低压过热蒸汽，干燥介质再热器19出口处过热蒸汽温度为250℃，重力自流床干燥器2的排汽温度为110℃；调湿储煤仓1的设计容积50M³，其中包括干炼焦煤储煤仓3的容积为20M³，调湿入炉煤储煤仓5的容积为30M³；调湿入炉煤储煤仓5使用的调湿介质为低压过热蒸汽，调湿介质工作温度为105～110℃；调湿冷却器8使用的冷却介质为空气，工作温度为环境温度。

根据本实施例的技术要求和低压过热蒸汽炼焦入炉煤调湿工艺流程，完成上述炼焦煤调湿设备组合安装后，即可成为一套本项发明技术所涉及的用于捣固式炼焦炉的低压过热蒸汽炼焦入炉煤调湿工艺装置。

值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改进的炼焦煤调湿方法，包括以下步骤：

将湿炼焦煤经过干燥处理后得到的热态干炼焦煤送入调湿储煤仓(1)；

所述干炼焦煤自上而下连续移动，向所述调湿储煤仓(1)中的表面温度高于100℃的热态干炼焦煤通入低压过热蒸汽，此时干炼焦煤的表面尚无蒸汽冷凝现象发生，低压过热蒸汽在移动的细煤粉与颗粒煤之间的空隙中流动扩散，使低压过热蒸汽与所述热态干炼焦煤混合；所述热态干炼焦煤在调湿入炉煤储煤仓(5)的上部完成与低压过热蒸汽的混合；

在所述调湿储煤仓(1)中的所述调湿入炉煤储煤仓(5)的下部对经过混合的热态干炼焦煤与低压过热蒸汽进行冷却及冷凝处理，从调湿入炉煤仓内部吸热并向外部散热使干煤和蒸汽失去部分热量，得到调湿入炉煤。

2.如权利要求1所述的炼焦煤调湿方法，其特征在于，将所述湿炼焦煤在干燥器(2)中完成干燥处理后送入所述调湿储煤仓(1)，干燥器（2）顶部排出的110 ℃的干燥介质乏汽经增压风机加压后，主要是作为干燥介质经再加热后循环使用，少量是作为调湿介质送入调湿入炉煤储煤仓（5），蒸汽经过蒸汽分配装置（6），包括分配管道及喷嘴，进入调湿入炉煤储煤仓（5）上部空间后，因其为低压且处于轻微过热状态的蒸汽，可在随着煤颗粒一起向下运动的过程中通过不同粒径煤颗粒之间的缝隙均匀扩散，调湿介质与干炼焦煤充分混合。

3.如权利要求1所述的炼焦煤调湿方法，其特征在于，所述热态干炼焦煤进入设置于所述调湿储煤仓(1)上部的干炼焦煤储煤仓(3)。

4.如权利要求3所述的炼焦煤调湿方法，其特征在于，干燥处理后的干炼焦煤表面温度为105℃-110℃，由干燥器（2）下部进入调湿储煤仓（1）上部的干炼焦煤储煤仓（3）储存，完成向下流动的准备，并在重力作用下由干炼焦煤储煤仓（3）向下流动，再由干炼焦煤储煤仓（3）下部的锥形底板4进入调湿入炉煤储煤仓（5）进行调湿处理。

5.如权利要求1所述的炼焦煤调湿方法，其特征在于，所述低压过热蒸汽来自于干燥步骤中产生的乏汽，或其他120℃以下温度的低压过热蒸汽。

6.一种炼焦煤调湿设备，包括：

调湿储煤仓(1)，用于对湿炼焦煤经过干燥处理后得到的自上而下连续移动的热态干炼焦煤进行调湿处理得到调湿入炉煤；

低压过热蒸汽分配装置(6)，用于向所述调湿储煤仓(1)中的表面温度高于100℃的热态干炼焦煤通入调湿用低压过热蒸汽，此时干炼焦煤的表面尚无蒸汽冷凝现象发生，低压过热蒸汽在移动的细煤粉与颗粒煤之间的空隙中流动扩散，使低压过热蒸汽与所述热态干炼焦煤混合；所述热态干炼焦煤在调湿入炉煤储煤仓(5)的上部完成与低压过热蒸汽的混合；

调湿冷却器(8)，用于在所述调湿入炉煤储煤仓(5)的下部对经过混合的热态干炼焦煤与低压过热蒸汽进行冷却及冷凝处理，从调湿入炉煤仓内部吸热并向外部散热使干煤和蒸汽失去部分热量。

7.如权利要求6所述的炼焦煤调湿设备，其特征在于，还包括干燥器(2)，所述湿炼焦煤在所述干燥器(2)中完成干燥处理后送入所述调湿储煤仓(1)，干燥器（2）顶部排出的110℃的干燥介质乏汽经增压风机加压后，主要是作为干燥介质经再加热后循环使用，少量是作为调湿介质送入调湿入炉煤储煤仓（5），蒸汽经过蒸汽分配装置（6），包括分配管道及喷嘴，进入调湿入炉煤储煤仓（5）上部空间后，因其为低压且处于轻微过热状态的蒸汽，可在随着煤颗粒一起向下运动的过程中通过不同粒径煤颗粒之间的缝隙均匀扩散，调湿介质与干炼焦煤充分混合。

8.如权利要求6所述的炼焦煤调湿设备，其特征在于，还包括设置于所述调湿储煤仓(1)中的底板(4)，所述底板(4)将所述调湿储煤仓(1)分为干炼焦煤储煤仓(3)和调湿入炉煤储煤仓(5)。

9.如权利要求6所述的炼焦煤调湿设备，其特征在于，还包括对所述调湿入炉煤进行水分检测的检测装置，根据所述检测装置反馈的数据对调湿过程进行流量及温度调节的控制装置。

10.如权利要求6所述的炼焦煤调湿设备，其特征在于，所述低压过热蒸汽来自于干燥处理过程中产生的乏汽。

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