煤炭干燥系统优化研究 煤炭干燥系统优化研究

煤炭干燥系统优化研究

  • 期刊名字:煤炭学报
  • 文件大小:543kb
  • 论文作者:杨国华,赵跃民,陈清如
  • 作者单位:宁波大学,中国矿业大学
  • 更新时间:2020-11-06
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论文简介

第29卷第4期煤炭学报Vol. 29 No. 32004年.8FJOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYAug.2004文章编号:0253- 9993(2004 )04- 0458-05煤炭干燥系统优化研究杨国华',赵跃民3,陈清如2(1. 宁波大学海运学院,浙江宁波315211; 2. 中国矿业大学化工学院,江苏徐州221008)摘要:引入系统热效率n.、 面积干燥强度m。、介质干燥强度me,构建了干燥系统优化模型,建立了ny,m。, m。与主要参数的关系,为干燥系统的优化设计提供了定量分析方法.分析了废气循环比R与η。,m。, m。和系统运行费用的关系,结果表明,采用部分废气循环,可节约干燥系统燃料费6%以上,节约电费16%以上.关键词:煤炭;干燥系统;优化;废气循环中图分类号: TD922. 7; TQ028. 6文献标识码: AStudy on optimization of coal drying systemYANG Guo-hua',ZHAO Yue-min',CHEN Qingru2(1. Maritime College, Ningbo University, Ningbo 315211, China; 2. School of Chemical Engineering and Technology, China Universityof Mining and Technology, Xuzhou 221008, China)Abstract: An optimization model of coal drying system was developed by introducing three concepts of sys-tem thermal efficiency η。,unit bed- -area drying capacity ma,unit hot- gas quality drying capacity me,andthe mathematical relationships of n,ma, me versus all main parameters of drying system were presented,which provided a quantitative analysis method for optimization of coal drying system design. The relationsof the exhaustion gas circulation ratio R versus η。, m。,me and the system power cost were analyzed. Theresults show that more than 6% fuel cost reduction and over 16% power cost reduction can be achieved byusing part exhaust gas circulation in a drying system.Key words: coal; drying system; optimization; exhaust gas circulation根据空气重介流化床干法选煤对入选原煤水分的控制要求,结合50~6mm粒级煤粒的粒度组成特性和水分分布特性,通过小试及中间试验,研究开发了振动穿流床煤炭干燥新方法,其工作原理是:在激振器的作用下,薄层煤炭在布风板上从入料端快速地移向出料端,热气流自下而上穿过布风板和煤层,与煤粒发生强烈的热质交换,使煤粒的表面自由水快速蒸发.该方法具有快速、均匀干燥和煤粒本身吸热少的特性1。为使干燥费用最低,本文讨论该干燥方法的系统优化问题.1部分废气循环干燥系统煤炭干燥的热源采用燃煤炉.燃煤炉的炉膛出口温度通中国煤化工。= 澡机进气温度为450 CMHCN MH GE温度.与洗精煤相比,左右,因而炉子出口热烟气需要掺入大量冷空气使热烟温度件工,50~6 mm原煤水分低,干燥过程中吨煤脱水量少,热气流经过干燥机后增湿不大,排出干燥机的废气尚收稿日期: 2003-10-17基金项目:“九五”国家重点科技攻关项目(95-215-03-04)作者简介:杨国华(1961-), 男,浙江嵊州人,博士,教授. Tel: 0574- 87600550,E- mail: yangguohua@ nbu. edu. en第4期杨国华等:煤炭干燥系统优化研究459有较强的干燥能力,因此,将温度较高、湿度较小的部分废气循环到炉子出口,替代冷空气与热烟气混合,构成部分废气循环干燥系统.与无废气循环系统相比,部分废气循环干燥系统有如下特点:①提高了系统热效率,降低了燃料费用;②循环废气从第2级除尘器前抽出,减少第2级除尘器的废气处理量及系统电耗;③废气代替冷空气与炉子出口的热烟混合,可降低干燥系统内氧气浓度,提高干燥系统的防爆安全性、但循环废气携带大量水汽,使干燥机进气湿度增大,干燥过程传热传质推动力下降,干燥速率降低,使干燥吨煤所需气流量增大,设备尺寸和投资费用增大,影响干燥经济性、因此部分 废气循环干燥系统需要优化.2干燥系统优化模型2.1优化目标干燥系统的经济性涉及到投资费用和运行费用,为使问题简化,引入系统热效率、面积干燥强度和介质干燥强度3个概念来表征干燥系统的各项费用.(1)干燥系统热效率η。 定义为用于水分蒸发的热量Qn,o与从燃烧炉所取热量Q。之比,即η.=QH,o/Qo.干燥系统热效率反映干燥系统热能利用水平.系统热效率与燃料费之间的关系为Z:=cq/η. ,其中Z,为干燥1 kg煤(干基)所需燃料费,元/kg; c为每kJ热量燃料费,元/kJ; q为1 kg煤(干基)干燥蒸发热,kJ/kg.(2)面积干燥强度指单位时间单位床面积的干燥处理量,即m。=pH。X10-3/t.,其中m。为单位时间单位床面积的干燥处理量,kg/ (m2●s); ρ为煤层密度,kg/m2; H。 为煤层厚度,mm; τ。 为特征干燥时间,s,指将煤的表面自由水含量干燥到每kg干煤只含10 g水所需要的干燥时间.面积干燥强度可间接反映干燥机投资费用的大小,通常干燥机的投资费用随着干燥机尺寸的增大而增大,床面积越大,投资费用也越大.干燥机费用与面积干燥强度的关系为Zx=c2/m.,其中Zg为干燥机干燥1kg煤所需投资折旧费用,元/kg;C2为干燥机单位床面积的投资折旧系数,元/(m2●s).(3)介质干燥强度指每kg热气流的干燥处理量,即m.=pH。X10-3/t,G, 其中m。为1 kg热气流干燥煤量,kg/kg; G为干燥机进口热气流质量流量,kg/ (m2 ●s).干燥系统的电耗主要是循环风机和引风机电耗.风机的运转电费与风量和风压之积成正比,因此干燥系统的运转电费与介质干燥强度的关系Z。= [c;RP: +c(1- R)P2]/m。,其中Z。为干燥1 kg煤所需风机运转费用,元/kg;右边第1项为循环风机电费,第2项为引风机运转电费; R为废气循环比; P,P2分别为循环风机和引风机克服的系统流阻,Pa; c3, cs分别为循环风机和引风机的费用系数,元/ (kg ●Pa).介质干燥强度还可表征干燥系统辅机的投资费用,干燥系统的辅机包括除尘器、风机、管道等,这些辅机的尺寸和投资与气流量的大小有关,气流量越大,辅机投资也越大.辅机投资与介质干燥强度的关系为Z= cs/me,其中Z为干燥1 kg煤所需辅机投资折旧费用,元/kg; cs 为费用系数,元/kg.2.2优化模型.按照干燥系统总费用最小的优化目标,本问题的优化数学模型可表示为(minF(X) = > f,(X) (X∈DCR"),(1)(s. t.g,(X)≥0,中国煤化工式中, f,(X)=919; f:(X)=9; fs(X)= sRP1+c.(1MYHCNMH G李量有: x=t1; x=ηR; x3 =G; g,(X)≥0为约束条件,如1min≤l≤1mx; Gmin≤G≤Gmux; 0≤R≤Rmx.3关于η,mo,m的数学关系式η,m。,m。与干燥机的进气温度、进气质量流量、煤层厚度、废气循环比等参数有关.建立它们之460煤炭报2004年第29卷间的数学关系式是实现干燥系统优化设计的关键.引入系统的有关参数,n.可表示为m(2 501.6+ 1.88t2一4. 18tw)(xo- xq) X 10-37

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