過熱蒸汽煤干燥與清潔燃燒關(guān)聯(lián)性分析及評價方法研究.pdf

1、我國能源具有“富煤、貧油、少氣”的特點(diǎn)，能源消費(fèi)以煤炭為主，且存在著煤炭主要能源生產(chǎn)區(qū)和主要能源消費(fèi)區(qū)間的不平衡，需要將煤炭從生產(chǎn)區(qū)運(yùn)輸?shù)较M(fèi)區(qū)。煤水分含量高將引起運(yùn)輸成本升高、發(fā)熱值降低、燃燒效果惡化、溫室氣體和顆粒物排放增加等現(xiàn)象。煤干燥可以改善煤的物性，提高煤的發(fā)熱值，提高燃燒效率，減少環(huán)境污染。過熱蒸汽煤干燥是符合清潔、高效、低碳、節(jié)能發(fā)展要求的煤清潔技術(shù)。
　　本文針對過熱蒸汽煤干燥在干燥和燃燒耦合評價方面存在不足的問題

2、，基于煤元素分析方法，以人工神經(jīng)元測量系統(tǒng)（artificial neural networks, ANNs）得到的元素信息為基礎(chǔ)，提出了干燥和燃燒耦合評價方法。采用煤元素分析方法、熱力學(xué)第一定律分析方法、敏感性分析方法對過熱蒸汽煤干燥進(jìn)行研究。
　　重點(diǎn)分析了國內(nèi)外過熱蒸汽煤干燥的關(guān)鍵技術(shù)，評價了相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢及工程應(yīng)用中的不足；應(yīng)用Aspen Plus數(shù)值模擬方法，構(gòu)建了過熱蒸汽煤干燥的Aspen P lu s系統(tǒng)流程和數(shù)值模

3、型，并對過熱蒸氣變化條件下水分變化時煤的物性變化規(guī)律進(jìn)行研究；比較了不同干燥系統(tǒng)在不同種類水分（內(nèi)水、外水）條件下的干燥能耗，結(jié)合過熱蒸汽煤干燥的技術(shù)特點(diǎn)，對比了煤干燥的能耗優(yōu)化方法，提出了采用四種能量回收模式的過熱蒸汽煤干燥優(yōu)化系統(tǒng)（O-SSD）；通過敏感性分析，驗證了煤發(fā)熱值指標(biāo)主要受到C和H元素的影響，以及煤中水分與發(fā)熱值之間具有近似的線性關(guān)系，這一關(guān)系可以用于干燥和燃燒的耦合評價；通過發(fā)電煤耗、發(fā)熱值、溫室氣體減排量、空氣耗量和

4、煙氣總量等反映干燥性能指標(biāo)的綜合計算分析，并結(jié)合工程應(yīng)用和煤中水分（Mar-online）源于煤元素差值計算，推薦了干燥和燃燒耦合評價公式：包括干燥特性使用煤的發(fā)熱值（Qcvc）指標(biāo)評價公式和燃燒特性采用煤的清潔發(fā)電能力（Ppgc）指標(biāo)評價公式；最后，還比較了過熱蒸汽煤干燥的典型應(yīng)用案例，在價格便宜、供應(yīng)穩(wěn)定的過熱蒸汽氣源條件下，為減小過熱蒸汽消耗以及充分發(fā)揮過熱蒸汽煤干燥技術(shù)優(yōu)勢，提出了帶鍋爐煙氣余熱回收的過熱蒸汽干燥系統(tǒng)。主要研究結(jié)

5、論如下：
　?。?）煤元素分析法分析了煤中元素的百分含量，該方法在煤質(zhì)檢測中成熟可靠。過熱蒸汽煤干燥特性通常采用失重法來評價，根據(jù)煤元素分析獲得的參數(shù)（碳、氫、水分等）的變化率來評價煤干燥特性，評價結(jié)果上均具有一致性。采用蒸汽流量差值法、凝結(jié)水流量差值法計算干燥速度，可以實(shí)現(xiàn)與失重法計算得到的干燥速度之間相互檢驗，提高了干燥評價的準(zhǔn)確性。
　　（2）通過模擬分析，當(dāng)過熱蒸汽壓力升高時對應(yīng)的煤含水率降低，煤中含水率7-12％為

6、緩慢變化區(qū)；干燥過程的能量負(fù)荷并不隨過熱蒸汽壓力升高而明顯增加，關(guān)鍵在于系統(tǒng)的設(shè)計及換熱模式的選擇，較小的能耗即可達(dá)到干燥目標(biāo)。過熱蒸汽干燥壓力在0.3MPa左右為合適值，干煤的溫度隨蒸汽壓力的升高而提高，但出口干煤溫度最終將平穩(wěn)。
　?。?）通過敏感性分析研究，驗證了煤發(fā)熱值指標(biāo)主要受到C和H元素的影響，以及干燥中水分對于發(fā)熱值具有近似線性影響關(guān)系這一結(jié)論，可以用于干燥和燃燒的耦合評價，得到碳元素的敏感性因子為0.921109，

7、氫元素的敏感性因子為0.170678。
　?。?）構(gòu)建了煤干燥與清潔燃燒耦合評價模型。煤的發(fā)熱值（Qcvc）公式用于干燥特性評價，煤的清潔發(fā)電能力（Ppgc）公式用于燃燒特性評價。干燥過程中Mar-online指標(biāo)影響干燥過程中煤的Qcvc目標(biāo)值，可以實(shí)現(xiàn)干燥特性控制，同時Mar-online指標(biāo)影響煤燃燒過程中 Ppgc的目標(biāo)值，從干燥角度實(shí)現(xiàn)了干燥和燃燒的耦合評價。燃燒過程中的Mar-online指標(biāo)影響燃燒系統(tǒng)中Ppgc的目

8、標(biāo)值，從而實(shí)現(xiàn)了對燃燒特性的控制，同時Mar-online指標(biāo)也影響干燥系統(tǒng)中Qcvc的目標(biāo)值，對煤粉燃燒過程中所需干燥燃料的元素信息進(jìn)行了前置預(yù)報，從燃燒角度實(shí)現(xiàn)了燃燒和干燥的耦合評價。因此，通過Qcvc和Ppgc公式，即可實(shí)現(xiàn)干燥和清潔燃燒的耦合評價。
　?。?）優(yōu)化了過熱蒸汽煤干燥系統(tǒng)。通過過熱蒸汽干燥優(yōu)化系統(tǒng)（O-SSD）和帶鍋爐煙氣余熱回收的過熱蒸汽干燥系統(tǒng)的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無氣體排放、過熱蒸汽冷凝水完全回收、濕煤中干