清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺

摘要

本发明公开了一种清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，以内置热流化床干燥器为主，在煤调湿工序中嵌入了煤颗粒粒径梯级筛选、选择性粉碎以及煤飞灰回收造粒的工序，采用机械筛分及低温变速流化床方式实现了煤颗粒粒径逐级筛分，确保了煤颗粒粉碎、干燥以及煤粉尘的有序控制，减少了煤料重复加工处理，使得工艺流程中能量的合理投入。本发明采用的流化介质和传热介质的选用，按照其物理特性分别为载湿能力较强的空气和热容量较大的高温热水，相对于传统的流化床式煤调湿工艺，本发明将煤调湿工艺中的载热、载湿和流化介质的功能分离开来，在控制调节上可以做到灵活控制、精准处理，特别适应于高湿度煤料的干燥调湿。

说明书

技术领域

本发明涉及焦化行业炼焦技术领域，尤其是涉及一种清洁高效梯级筛分内 置热流化床煤调湿工艺。

背景技术

煤调湿工艺(CMC)是指“炼焦装炉煤水分控制”工艺，它是在干燥煤炼焦 技术的基础上发展起来的，基本原理是将炼焦用煤在装炉前利用外热进行加热 干燥、脱水，达到煤的水分调节和控制，按照目前炼焦工艺要求把煤中水分控 制在6％左右，从而实现降低炼焦过程的能耗量、保证焦炉运行操作稳定性、提 高焦炭质量或增加弱粘结性煤的配入量、减少炼焦污水量的目的。同时，装炉 焦煤的含湿量降低，煤的堆密度加大，相应提高了焦炭产量。

随着我国煤调湿技术的发展，已有多种煤调湿技术方案，主要包括以低压 蒸汽为热载体的多管回转式干燥及以焦炉烟道气为热载体的流化床干燥方案 等。经过运行实践的考验，现行煤调湿工艺装置均存在着一些缺陷，采用低压 蒸汽作为热载体，需要蒸汽源，利用高品位的能源。也有利用焦炉烟道气作为 热载体，但需要将高温烟气长距离输送，大风量高温风机能耗和烟气热损失较 大，并且烟气流量有限，热容量较低，可调性差。其次，国内的众多的独立焦 化企业焦炉热源采用焦炉煤气，产生的烟道气水分含量高，因此，烟道气载湿 能力低，影响调湿效率。上述方案除了存在能耗高、调节能力低、基础投资大、 运行成本高、控制调节复杂及维护维修量大等问题。当煤料含水分过高时，许 多煤调湿干燥装置受之影响，严重影响煤调湿工艺的效果和效率。

发明内容

本发明为了解决目前焦炉系统的余热回收利用以及污染物清洁排放问题， 为此提供了一种清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，一种根据现有的 炼焦配煤工艺要求和物料特性来细化备煤工序，在备煤工序中嵌入了煤颗粒粒 径梯级筛选、选择性粉碎以及煤飞灰回收造粒的工序；煤调湿工序以内置热流 化床干燥器为主；上述工序中的主要热源为低品位能质的焦炉烟道气。

本发明清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，煤颗粒粒径梯级筛选 包括机械筛分和流化筛分，按照炼焦煤备煤工艺要求，筛分出小于3mm粒径的 煤料直接进入煤调湿工序，进行干燥除湿；大于3mm以上粒径的煤料进入粉碎 机，进行选择性粉碎，然后进入煤料混合器，与流化床调湿机出来的已干燥煤 料混合。

本发明清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，采用机械式高幅筛分 机来对煤颗粒粒径梯级筛选，机械式高幅筛分机中的溜槽设置了保温装置，防 止筛分出的煤料下滑过程与槽壁黏结及初步干燥，保温装置的加热介质采用高 温热水，热水进口温度控制在150-130℃之间，热水出口温度控制在130-110℃ 左右，入料粒度在50mm以下，筛孔尺寸6-12mm，振幅15-25mm。

本发明清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，内置热流化床干燥器 的结构为流化床式型式，其由若干个干燥模块化组合而成，干燥模块的个数视 煤调湿干燥深度要求以及产量而定，这些干燥模块分为二段式设置，第一段调 湿模块由一个干燥模块组成，第二段调湿模块由多个干燥模块组成。

本发明清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，第一段调湿模块由一 个干燥模块组成，采用无内置换热器的流化床式干燥模块，依次串联有空气预 热器和流化风机，采用预热空气与下落的煤料的强对流直接换热形式，在床身 内安放一定量干煤作床料，下落的煤料再次与干燥的床料混合流化干燥，形成 第一段强化干燥除湿的工艺回路。

本发明清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，第二段调湿模块的多 个干燥模块内部均设置了由蛇形管组成的换热器，其煤料流程为串联布置，与 第一段调湿模块连通，流化风风室和内置换热器的布置为并联；每个干燥模块 能独立调节风量和换热器的热水流量，形成调湿温度及流化风速可调的第二段 梯级调湿的工艺回路；第一段工艺回路和第二段工艺回路之间通过可调式溢流 板连接，以使第一段调湿模块中有一定量的床料层厚度。

本发明清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，第二段工艺回路中各 个干燥模块的流化风速及流化床床温能根据煤料干燥程度逐步减小和降低，通 过控制煤料温度和控制粉尘扬析形成梯级调湿。

本发明清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，煤颗粒粉碎和调湿工 序对煤的粉尘扬析及回收采用逐渐降低各干燥模块内的流化风速，使得粉尘有 序控制，上述工序都拟制粉尘扬析和回收，归拢的粉尘通过造粒机造粒。

本发明清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，以低品位能质的焦炉 烟道气作为热源使高效焦炉烟道气余热锅炉产生饱和热水作为高幅筛分机中 的保温装置、内置热流化床干燥器和空气预热器的热源。

本发明根据现有的炼焦配煤工艺要求和物料特性来细化备煤工序，在备煤 工序中嵌入了煤颗粒粒径梯级筛选、选择性粉碎以及煤飞灰回收造粒，以内置 热内置热流化床干燥器为主，嵌入煤筛分以及除尘造粒工序组成。

本发明采用机械筛分及低温变速流化床方式实现了煤颗粒粒径逐级筛分， 可以把入炉炼焦煤中3mm以上的煤颗粒筛分出来，确保了煤颗粒粉碎、干燥 以及煤粉尘的有序控制，减少了煤料重复加工处理和能量的不合理投入。

本发明针对高湿度煤料在流化床内易于板结的状况，难于干燥除湿，采用 了一种炼焦煤分段干燥梯级调湿的工艺装置，采用二段式干燥工艺流程，第一 段流化风室、空气预热器和第一流化风机形成第一段调湿工艺回路，主要解决 高湿度煤料初始快速干燥脱湿问题，尽快在调湿模块里建立起流化状态。随着 煤料干燥脱湿进程，在第二段流化风室和第二流化风机形成的第二段调湿工艺 回路中各调湿模块的煤料温度和流化速度采用梯级控制，各个干燥模块的流化 风速及流化床床温可根据煤料干燥程度逐步减小和降低，形成梯级调湿的工艺 要求，使得煤调湿工艺流程中能量合理投入，粉尘排放得以有序控制。

本发明形成的整个工艺流程所需的主要热源来自焦炉烟道气余热，通过烟 道气余热锅炉产生饱和热水。工艺流程中各个换热装置的热介质均为饱和热 水。以饱和热水为换热器热载体、以空气为流化床流化介质。饱和热水加热热 源的主要热源来自焦炉烟道气余热，当湿煤水分过高时，内置热流化床干燥器 内的煤料较难流化干燥时，采用空气预热器将流化空气温度加热到90℃左右， 使得第一工艺回路中的流化风温提高，容积风速提高，使得高水分煤料能较好 地流化换热，满足煤料流化干燥需要。

本发明采用的流化介质和传热介质的选用，按照其物理特性分别为载湿能 力较强的空气和热容量较大的高温热水。相对于传统的流化床式煤调湿工艺的 最大特点是将煤调湿工艺中的载热、载湿和流化工质分离开来，在控制调节上 可以做到灵活控制、精准处理，特别适应于高湿度煤料的干燥调湿。

本发明采用内置换热器流化干燥方法，采用高比热的传热介质高温热水作 为湿煤干燥调湿和流化床流化介质加热热源，流化介质所需热量仅为无内置加 热器的20％，流化气体量也比采用烟道气作流化介质要少20％-30％左右，流 化速度为0.5-1.3m/s；采用压力0.4-0.6MPa，温度为120℃-160℃的饱和热水 作为干燥器的传热介质；分段式干燥梯级调湿的调湿机有较高的的负荷调节范 围和高湿度煤适应性。

本发明的内置热流化床干燥器内的湿煤处于60℃-80℃的低加热温度和 0.5-1.3m/s的低流化速度流化强化传热方法，流化风风温可根据煤的水分高低， 在常温至90℃范围内可调。提高了内置式换热器与煤和流化空气的流化效果及 换热效率，同时，可以有效地避免煤调湿工艺流程中的煤挥发分析出爆燃的危 险性，低流化速度可防止内置换热器管束与湿煤磨损。

本发明的调湿能力从湿煤水分含量14.0％调至6％状况下，热源由焦炉烟 道气余热提供，当湿煤水分含量大于14％时，可以通过空气预热器调整流化风 风温，来加强其流化效果和传热效率。

本发明的工艺流程的能量平衡建立在物料平衡的基础上，能量的投入是以 工艺流程的物料量和工艺要求为依据，按照煤料含水率与其粒径呈反比的关 系，进行煤料分流处理，在现有备煤工艺流程中增设了煤料颗粒筛分和煤料粉 尘回收及造粒工序，流化床煤干燥工序以及低品位热源回收利用系统，形成一 种节能环保高效的煤调湿工艺。工艺技术体现出梯级筛分、分级用能的原则， 避免了原有的工艺流程中煤料的过度粉碎和能量不合理投入，使得低品位的焦 炉烟道气热源进行提质回收、有效利用。

本发明采用的低品位能质的焦炉烟道气余热进行提质回收利用，使得脱湿 工艺装置的结构型式可适应多元化余热利用。工艺流程中的主要热源把低温焦 炉烟道气余热改质利用，通过高效气液的余热锅炉产生过热热水，作为热源， 既解决了占据焦炉烟道气输出热源17％的低温余热资源回收利用，又大幅度地 提高了焦化工艺能源利用的效率，突破传统煤调湿工艺所需耗费大量高品位能 源的技术瓶颈，显著提高了焦化行业节能减排、安全经济运行的效益。

本发明的有益效果是：

1、调湿装置采用分段干燥梯级调湿的工艺流程，使得装置对煤料湿度适 应性广，能有序控制煤料粉尘的产生和扬析，能量按照工艺流程梯级投入，系 统运行调节可靠、灵活，节能性强。

2、以传热学和流体动力学基本机理，调湿机的加热工质与流化床流化工 质分别采用热水和空气二种工质，使得工艺流程中载热、载湿、流化介质分开， 便于系统的能量传递，温度、流速等运行参数调节灵活，一是可提高调湿机所 需热量转换有效能力，二是可保证流化介质流动稳定性和其载湿能力。

3、工艺装置采用内置式换热器，热源适应性更广，可多热源联用，灵活， 适应性强，适应20％以上高湿度煤料的干燥脱湿。

4、分段式干燥采用不同的换热方式，对煤料的适应性更强，热量投入也 更合理，达到能量平衡和物料平衡。

5、本装置采用空气作为流化介质，只是起到煤料流化作用和载湿功能， 与烟道气直接接触式流化床调湿方法相比较，流化气体量仅为烟道气量的25％ 左右；可降低流化风机的电功率，可节省40～50％的电。

6、采用低温低速流化干燥方法，粉尘产生率控制在4％之内，并通过除尘 回收造粒，粉尘排放浓度为8.9mg/Nm3，满足超低排放。

7、调湿机内的物料湿煤处于低温加热，在平均温度为50℃-85℃和低流化 速度0.5-1.0m/s的流化强化传热状态，提高了流态化的煤料与内置式换热器的 换热效率，输送热水管的散热损失是输送烟道气的散热损失的4.65％，因此从 基础投资及运行成本等方面考虑，热水的热量输送效率及载热能力远远优于烟 道气。

8、采用高温热水为载热工质，由焦炉烟道气余热转换而成，载热工质的 加热热源主要取之于190℃-210℃焦炉烟道气余热，通过烟道气余热锅炉使之 载热工质加热升温。

9、采用梯级筛分工序技术可以使得40％-60％的煤料过度粉碎及重复加热。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的示意图；

其中，1、高幅筛分机；2、粉碎机；3、除尘器；4、造粒机；5、混合器； 6、引风机；7、烟囱；8、烟道气余热锅炉；9、蛇形翅片管换热器；10、第一 流化风机；11、空气预热器；12、可调式溢流板；13、第一段流化风室；14、 进料口；15、均料口；16、流化风排风口；17、再热器；18、沉降室；19、流 化干燥区；20、排料口；21、第二段流化风室；22、布风板；23、布风室；24 调节阀门；25、第二流化风机。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互 相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似 目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类 似特征中的一个例子而已。

一种清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿工艺，包括备煤工序和煤调湿 工序，在备煤工序中嵌入了煤颗粒粒径梯级筛选、选择性粉碎以及煤飞灰回收 造粒的工序；煤调湿工序以内置热流化床干燥器为主；上述工序中的主要热源 为低品位能质的焦炉烟道气。其中，采用机械式高幅筛分机来对煤颗粒粒径梯 级筛选，煤颗粒粒径梯级筛选包括机械筛分和流化筛分，按照炼焦煤备煤工艺 要求，筛分出小于3mm粒径的煤料直接进入煤调湿工序，进行干燥除湿；大于 3mm以上粒径的煤料进入粉碎机，进行选择性粉碎，然后进入煤料混合器，与 流化床调湿机出来的已干燥煤料混合。而机械式高幅筛分机中的溜槽设置了保 温装置，防止筛分出的煤料下滑过程与槽壁黏结及初步干燥，保温装置的加热 介质采用高温热水，热水进口温度控制在150-130℃之间，热水出口温度控制 在130-110℃左右，入料粒度在50mm以下，筛孔尺寸6-12mm，振幅15-25mm。

内置热流化床干燥器的结构为流化床式型式，其由若干个干燥模块化组合 而成，干燥模块的个数视煤调湿干燥深度要求以及产量而定，这些干燥模块分 为二段式设置，第一段调湿模块由一个干燥模块组成，第二段调湿模块由多个 干燥模块组成。第一段调湿模块由一个无内置换热器的流化床式干燥模块组 成，依次串联有空气预热器和流化风机，采用预热空气与下落的煤料的强对流 直接换热形式，在床身内安放一定量干煤作床料，下落的煤料再次与干燥的床 料混合流化干燥，形成第一段强化干燥除湿的工艺回路。第二段调湿模块的多 个干燥模块内部均设置了由蛇形管组成的换热器，其煤料流程为串联布置，与 第一段调湿模块连通，流化风风室和内置换热器的布置为并联；每个干燥模块 能独立调节风量和换热器的热水流量，形成调湿温度及流化风速可调的第二段 梯级调湿的工艺回路；第一段工艺回路和第二段工艺回路之间通过可调式溢流 板连接，以使第一段调湿模块中有一定量的床料层厚度。第二段工艺回路中各 个干燥模块的流化风速及流化床床温能根据煤料干燥程度逐步减小和降低，通 过控制煤料温度和控制粉尘扬析形成梯级调湿。

煤颗粒粉碎和调湿工序对煤的粉尘扬析及回收采用逐渐降低各干燥模块 内的流化风速，使得粉尘有序控制，上述工序都拟制粉尘扬析和回收，归拢的 粉尘通过造粒机造粒。

本发明以低品位能质的焦炉烟道气作为热源使高效焦炉烟道气余热锅炉 产生饱和热水作为高幅筛分机中的保温装置、内置热流化床干燥器和空气预热 器的热源。

本发明工艺通过清洁高效梯级筛分内置热流化床煤调湿装置来实现，如图 1所示，该装置包括高幅筛分机1、粉碎机2、混合器5、内置热流化床干燥器 和烟道气余热锅炉8，所述内置热流化床干燥器包括进料口14、排料口20和 流化风排风口16，所述高幅筛分机1分别与粉碎机2和内置热流化床干燥器的 进料口14连接，粉碎机2与混合器5连接，内置热流化床干燥器的排料口20 也与混合器5连接，高幅筛分机1筛分出小于3mm粒径的煤料直接进入内置 热流化床干燥器，进行干燥除湿；大于3mm以上粒径的煤料进入粉碎机2， 进行选择性粉碎，然后进入混合器5，与内置热流化床干燥器出来的已干燥煤 料混合。在粉碎机2的粉尘排出口与混合器5之间还依次连有除尘器3和造粒 机4，内置热流化床干燥器的流化风排风口16与除尘器3连接，以使归拢的粉 尘通过造粒机造粒。

流化风排风口16在内置热流化床干燥器的顶部，流化风排风口16中还设 有再热器17，再热器17与烟道气余热锅炉8连接；内置热流化床干燥器内的 顶部有一个沉降室18，第二段流化风室21与沉降室18之间为流化干燥区19。 空气预热器11、再热器17和内置热流化床干燥器内的蛇形管换热器均通过烟 道气余热锅炉8产生的饱和热水作为热源。所述空气预热器用于加热流化风， 提高流化风的容积风速及载湿能力。空气从第一流化风机处进入，通过空气预 热器进入第一段流化风室与进料口落下的煤料进行第一次对流换热，落到流化 床底部的煤料和干燥的床料呈流化态传热，进一步干燥脱湿。

内置热流化床干燥器内的第一段流化风室13、空气预热器11和第一流化风 机10形成第一段调湿工艺回路，主要解决高湿度煤料初始快速干燥脱湿问题， 尽快在调湿模块里建立起流化状态。随着煤料干燥脱湿进程，在第二段流化风 室21和第二流化风机25形成的第二段调湿工艺回路中各调湿模块的煤料温度 和流化速度采用梯级控制，各个干燥模块的流化风速及流化床床温可根据煤料 干燥程度逐步减小和降低，形成梯级调湿的工艺要求，使得煤调湿工艺流程中 能量合理投入，粉尘排放得以有序控制。在第一段流化风室13和每个调湿模 块的底部均设置了布风仓，布风仓由布风室23、布风板22及布风帽组成；每 个调湿模块内还独立带有小型流化风室，第二流化风机25和每个小型流化风 室之间均设有调节阀门24，使每个风仓的风量可以单独控制调节。

本发明根据现有的炼焦配煤工艺要求和物料特性来细化备煤工序，在备煤 工序中嵌入了煤颗粒粒径梯级筛选、选择性粉碎以及煤飞灰回收造粒，即以内 置热内置热流化床干燥器为主，嵌入煤筛分以及除尘造粒工序组成，采用机械 筛分及低温变速流化床方式实现了煤颗粒粒径逐级筛分，可以把入炉炼焦煤中 3mm以上的煤颗粒筛分出来，确保了煤颗粒粉碎、干燥以及煤粉尘的有序控制， 减少了煤料重复加工处理和能量的不合理投入。而采用的低品位能质的焦炉烟 道气余热进行提质回收利用，使得脱湿工艺装置的结构型式可适应多元化余热 利用。工艺流程中的主要热源把低温焦炉烟道气余热改质利用，通过高效气液 的余热锅炉产生过热热水，作为热源，既解决了占据焦炉烟道气输出热源17％ 的低温余热资源回收利用，又大幅度地提高了焦化工艺能源利用的效率，突破 传统煤调湿工艺所需耗费大量高品位能源的技术瓶颈，显著提高了焦化行业节 能减排、安全经济运行的效益。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中 披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何 新的组合。