20万吨每年型煤粘结剂的设计Word下载.docx
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1.1.1设计的目的和意义
型煤是指以粉煤为主要原料,以一定比例的粘结剂或添加剂为辅料,采用适当的工艺和设备,经过一系列的加工、改质、改性、制成具有一定形状、尺寸及理化性质(冷热强度、热稳定性、灰熔点、活性、防水性等)的块状煤制品[1]。
煤炭作为重要的能源和化工原料,随着人类物质文明的发展,日益重要。
尤其对于有丰富煤炭资源的中国,更好地开发和利用煤炭资源,有着重要的战略意义。
中国是能源生产和消费大国,是目前世界上少数几个一次能源以煤为主的国家之一。
朱总理在《关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划建议的说明》中指出:
“国内石油开发和生产不能适应经济和社会发展的需要,供需矛盾日益突出。
一年要花大量外汇进口石油,这是难以为继的。
必须下大力气调整能源结构,从各方面采取措施节约石油消耗,大力发展洁净煤技术,进一步发展水电和坑口大机组火电。
”[2]随着能源科技和中国经济的快速发展,对优质能源的需求将不断增加。
所以,发展洁净煤技术,推进洁净煤技术产业化是我国的长期任务。
从一定意义上讲,今后煤炭工业的发展、煤炭产品的市场参与程度将取决于我国洁净煤技术开发、推广、应用的速度。
因此,推进洁净煤技术产业化,促进煤炭深度加工、洁净燃烧、提高效率、减少污染,既是我国经济和社会可持续发展的需要,也是煤炭工业结构调整、促进煤炭工业健康发展的重要内容。
在洁净煤技术中,型煤技术属于最现实有效的技术途径之一,它投资少、建厂周期短、见效快、节能、环保效益显著。
发展型煤,不仅能缓解块煤供应不足、粉煤大量积压的矛盾,改变了原料煤的某些特性,同时也提高了煤炭利用效率,减少了环境污染。
所以,发展型煤具有重要的科学意义和广泛的应用前景。
本课题的预期目标是设计出一条以攀枝花产原煤为原料生产工业型煤的产线,其产品达到行业标准,为攀枝花及周边地区供应达标的造气型煤,对于攀枝花及周边地区造气型煤生产与需求的不平衡有着重要意义,同时,有利于更好地利用攀枝花地区的原煤,推动地区经济的发展。
1.1.2国内外研究现状、水平与趋势
型煤工业是伴随着欧州资本主义工业革命而产生的发展的,距今已有百余年历史。
1856年,德国的C·
埃克斯特为褐煤压块研制的第一台泥煤冲压机产生,1858年在德国西奥多矿井最先使用,建成德国最早的褐煤矿厂。
到19世纪后半期又研制出了环式压增机,主要用于低温干馏褐煤以压制块形焦炭。
随之,德国、法国和英国等家相继建成了褐煤无粘结剂成型和烟煤有粘结剂成型的型煤厂。
之后又出现热压型煤。
型煤主要用于工业锅炉、窑炉、气化和民用燃料。
20世纪中叶,出现了大规模生产褐煤型煤和民用、工业用无烟块状燃料的工厂。
美国、德国、英国、日本、韩国、俄罗斯等生产大量的工业和民用型煤,包括工业锅炉、工业窑炉、固硫床气化炉型煤、机车用型煤等,已有成熟技术。
在粘结剂技术研究开发上,各国普遍采用了与煤结构、性质相近的煤系高芳烃的煤焦油、沥青作为煤粘结剂的进一步应用和发展受到制约。
因此近20年来,国外又不断开发出了改质石油沥青、高分子聚合物、工业废弃物、无机物等单一或复合型的型煤粘结剂。
世界不同国家因其能源资源、经济社会和科学技术发展状况不同,对型煤的开发利用有很大差别。
在20世纪中叶以前,世界上有不少国家,特别是西方一些工业国家煤炭是主要能源,型煤的开发利用不断发展。
20世纪中叶以后,石油和天然气消费超过煤炭成为主要能源。
近20近来,一些发达国家为了减少和防治燃烧煤炭对环境造成的污染,煤炭在能源系统的消费结构中所占比重越来越小。
因而这些国家的工业型煤利用比过去大大减少了,主要综合利用于冶金,建材等工业方面。
民用燃料从固体燃料转向用电力、天然气、液化气、煤气等高效洁净能源。
但是,目前世界上大多数发展国家,能源消费仍以煤炭为主要能源,而且消费大量生物质能源,人均能源消费量和能源利用效率也普遍低于发达国家。
在能源系统中,煤炭占一次能源总消费量的比重很大,如中国占75%,印度占56%以上。
为了提高煤炭利用效率,降低燃煤造成的环境污染,开发利用型已引起了一些国际和地区组织的重视。
1989年亚太经互会在菲律宾召开了主题为“型煤开发与环境效益”的煤炭利用专家会议。
1992年联合国如开环境与发展大会提出,在以煤炭为主要能源的国家,发展型煤是减少大气污染、促进经济发展的重要途径。
以期推动发展中国家大力开发利用工业型煤和民用型煤的发展。
目前,世界上发达国家工业化型煤技术的发展趋势是:
规模化的型煤生产厂,一个型煤联合企业生产量少则几百万吨,多则上千万吨,型煤清洁、高效地燃烧;
继续开发新的粘结剂及大型高压成型设备,生产具有节能和环保双重效益的型煤,主要供氧化和炼焦使用或冶金用。
1.1.3需求预测
型煤可广泛用于燃用煤炭的地方,如供热化工、造纸和冶炼等不同的行业。
对我国这样一个人均能源贫乏的大国,开发利用工业型煤的意义就更加重要。
因此,型煤的销售市场是十分广阔的。
目前,年消耗原煤约8000万-10000万吨,其中工业锅炉直接燃烧原煤的约占30%,发电和其他直接燃烧原煤的设备约占总消耗的75%以上,即7000万吨以上。
最近几年来,国家对城市环保投入很大,要求尽快改变目前环境污染问题。
所以,必须肯定的是,我国是能源消费大国,型煤的需求不仅是物质的,而且是社会政治性的。
意义重大,市场广阔,前景美好。
现在型煤的市场价大约1000多,随着资源的短缺,型煤价格有上升的趋势。
1.2设计依据和设计原则
1.2.1设计依据
(1)攀枝花学院生物与化学工程学院下发的《工艺设计任务书》。
(2)各资料文献上查得的基本资料和数据。
(3)相关的国家标准[4]。
大气污染物质排放标准执行GB8978-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》。
水体污染物排放标准执行GB8978-96《污水综合排放标准》。
工业噪声执行GB12348-90《工业企业厂界噪声标准》
优质碳素结构钢技术条件GB699-88
普通碳素结构钢GB700-88
低合金结构钢GB1591-88
可锻铸铁件GB9440-88
《化工管道设计规范》HG20695-1987
《玻璃钢管和管件》HG/T21633-1991
《化工用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》GB/T4219-1996
《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸系列》HG20553-93(Ⅱ)
《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-1999
《工业企业管道工程施工及验收规范》GB50235-1997
《工业金属管道工程质量检验及评定标准》GB50184-1993
《化工金属管道工程及验收规范》GB20225-1995
《不锈钢无缝钢管》GB/T14976-1994
《衬塑钢管和管件》(衬PVC或聚乙烯)HG20538-1992
《碳钢紧衬聚烯烃(PO/CS)防腐蚀系列》Q/WSF01-1996
过程检测和控制流程图例符号和文字代号GB2625-81
自动化仪表选型规定HG20507-92
供配电系统设计规范GB50052-95
1.2.2设计原则[10]
(1)设计方案的确定,应当符合归家工业建设的方针和政策。
(2)设计的生产工艺流程应具有一定的先进性,又具有实现的可靠性,要充分体现技术、经济两方面的合理性。
(3)严格遵循设计程序,认真做好建厂的可行性研究,进行多方案的技术经济比较和论证。
(4)设计中因地制宜地采用国内外新技术,选择先进的、高效的工艺设备和新型材料,充分吸收现场经验,尽量简化工艺,提高机械化、自动化水平,所选择的设备应具有较高的可靠性而由易于维修。
因此,尽量选用标准化、系列化、通用化的设备。
(5)根据地区条件、煤质情况和用户要求,产品品种需具有一定的灵活性。
在有条件的地方要考虑综合经验,搞联合企业。
(6)型煤厂应有必要的技术安全和劳动保护措施。
实现综合治理保护环境,对型煤厂可能产生的煤尘、废水等,必须进行处理。
应减少和降低噪声,使之达到国家规定标准。
应考虑厂区、生活区的绿化和美化。
(7)正确处理工业和农业使用土地的矛盾,在基本建设中注意尽量利用旧有建筑,节约土地,不占或少占农田。
1.3设计基础资料
气象条件
(1)气温
年平均气温22.2℃;
极端最高温度39.8℃;
极端最低温度2.3℃。
(2)气压
年平均气压868kPa;
年最高气压89.58kPa;
年最低气压86.59kPa。
(3)湿度
年平均相对湿度60.0%;
年最小相对湿度6.0%。
(4)日照
年日照时数2512小时;
日照百分率57%;
全年晴天日数108天;
1.4设计范围
根据生产要求设计20万吨/年造气型煤生产装置、辅助生产装置和公用工程基础。
具体设计内容包括:
原煤加工工序
(1)原煤加工工序设计
(2)原煤加工物料衡算
(3)立式破碎机、粉煤与粘接剂以及水定量混合系统、原料搅拌混合与熟化仓设计
成型与烘干工序
(1)成型与烘干工序设计
(2)成型与烘干热量与物料衡算
(3)成型机、烘干窑、热风炉系
2工程分析
2.1建设项目概况
2.1.1建设项目名称、性质和地点
项目名称:
20万吨/年造气型煤工程
项目性质:
新建
项目地点:
攀枝花盐边县红果彝族乡
2.1.2建设规模、内容
产品方案:
项目建设规模为20万吨/年造气型煤。
原材料的主要技术规格
(1)原煤:
盐边县金谷煤业产原煤和精煤经过控制混合达到的技术指标的如下:
灰分:
18%-25%,挥发份:
7%-8%
(2)粘接剂
自制有机-无机复合造气型煤粘接剂
序号
名称
指标
1
水泥含量
为粉煤的2.0%
2
PVA(聚乙烯醇)含量
为水泥的10%
3
腐殖酸含量
为粉煤的1.0%
4
碱片(NaOH)含量
建设内容:
新建年产20万吨造气型煤装置及配套公用工程、辅助设施。
3二十万吨/年造气型煤工艺设计
3.1造气型煤生产工艺流程图
图1粉煤生产造气型煤工艺流程图
3.2工艺设计
3.2.1原煤加工工序
(1)工艺目的
原料煤粒度不规范且里面含有未除尽的铁丝等一类杂物,为了保证物料粒子在型块内的排列最为紧密,以提高型煤的机械强度,且本工艺采用有粘接剂冷压成型,最佳粒度组成应使物料的总比表面最小和粒子间的总空隙也最小,以减少粘结剂用量,原料煤加工后的粒度技术规格直接影响型煤的质量和生产成本。
(2)工艺要求
原料煤理化性质要求
a.要求原料煤的灰分尽可能低,一般来讲,灰分要≤20%。
b.要求原料煤的粒度尽可能细,以减少破碎机的工作负荷,加工后的原料煤的粒度要求是≤30mm。
c.要求原料煤里面尽可能少的含有铁丝、木屑、塑料等杂质,以免影响型煤产品的质量;
(3)破碎设备
本工艺的破碎设备选用立式破碎机,其作用将振动筛筛出的粒径大于3mm的煤颗粒破碎至3mm以下,以满足工艺生产的需要,破碎后与原来筛分出的细料混合后在与干粉给料机给出的粘结剂混合运送至我叫设备。
(4)卧搅设备
为了使工艺原料达到充分混匀的目的,本工艺拟采用卧式搅拌机,一共安装四台,三台工作,一台备用。
四台卧式搅拌机重叠安装,混合料在第一台卧式搅拌机加水搅拌,之后依次通过二号、三号搅拌机,通过三台卧式搅拌机搅拌之后的混合料基本可以达到工艺要求的均匀程度。
(5)本工序工艺流程简述
原料煤经由原煤斗闸门控制流量送至振动筛,将≥3mm块状煤筛出,<
3mm碎煤送入破碎机进行破碎,原料煤破碎至<
3mm以下,按比例计算好的称取水泥与粉煤混合,然后称取腐植酸与碱片,使两者反应后混入粉煤中,同时称取PVA溶于水中,利用废气的余热使其溶解后,先后混入粉煤中,经搅拌均匀后(总的水量为16%-17%),再将混合料送至熟化仓堆放熟化,使粉煤与准备好的粘结剂得到充分混合、浸润、相互包溶。
图2原煤加工工序工艺流程图
3.2.2成型与烘干工序
(1)工序目的
直接从成型机挤压成型出来的煤球中含有少量碎屑(压力控制在15Mp下以上),要经过筛条除去。
同时,此时的煤球水分含量高,冷热强度均较低,要经过烘干除去水分同时增大其冷热强度,以达到工业成品型煤的质量理化指标。
a.从熟化仓出来的混合料含水分应在14%-15%左右。
b.要求成型前的混合料尽可能少的含有铁屑、木屑、塑料等杂质,以免影响型煤产品的质量。
c.要求进入干燥窑的煤球含有尽可能少的碎屑,以免影响型煤整体质量和加大窑内刮板机的工作量和推灰工人的工作强度。
(3)热风炉
(4)烘干窑
(5)引风机
(6)本工序工艺流程简述
从熟化仓出来的混合料含水份14%-15%左右,送入均化机作细碎处理直送至成型机成型,成型机挤压成型的煤球经筛分除去碎屑后送至干燥窑除去水份,碎煤屑经返料皮带送至均化机循环成型。
成品型煤含水份应控制在≤1.5%,送往成品库储存备用。
燃料煤经人工送入热风炉燃烧产生的烟气控制在200-220℃之间,出口废烟气(降温至80℃左右)经引风机从出口管道送至烟囱排入大气。
图3成型、烘干工序工艺流程图
4物料及热量衡算
4.1型煤厂全厂数质量流程计算
4.1.1原始数据
生产能力:
200000t/a;
原料:
无烟煤,原料灰分18%-20%,挥发份7%-8%,水分8%,粘结剂灰分18%,水分6%;
原料配比:
无烟煤:
粘结剂(自制复合粘结剂)=95.8:
4.2;
工作制度:
年工作日330天,日工作时间3班,平均每天有效工作时间约为21h;
4.1.2型煤厂全厂数质量流程的计算
(1)成型原材料的资料综合与计算,编制产品平衡表(表);
每小时生产能力=200000t/330/21h=28860.03kg/h
产品要求:
挤压成型煤时水分为16%~17%,烘干后水分≤1.5%,根据原始数据,原煤与粘结剂混合在不加水的条件下水分为7.916%,挤压成型煤时水分为17%,又假设每小时进入工艺的混合料为100kg,那么,原煤为95.8kg,粘结剂为4.2kg,总共带入水分为7.916kg,在生产型煤时所加水分为akg
(100kg*0.07916+akg)/(100kg+akg)=0.17由此式算出a=10.945kg
生产型煤的质量:
100+10.945=110.945kg
烘干后产品的水分为1.5%。
在烘干时减少的水分的量bkg。
(100kg*0.07916+10.945kg-bkg)/(110.945kg-bkg)=0.015
由此式算出b=17.459kg
烘干后型煤的质量:
110.945-17.459=93.486kg
实际生产型煤为28860.03kg/h
按照比例计算,烘干减少的水量为:
28860.03/93.486*17.459=5389.762kg/h
5389.762*21*330=37351.051t/a
进入工艺的原煤:
28860.03/93.486*95.8=29574.384kg/h
29574.384*21*330=204950.481t/a
进入工艺的粘结剂:
28860.03/93.486*4.2=1296.581kg/h
1296.581*21*330=8985.306t/a
成型时加水量c为:
(29574.384*0.08+1296.581*0.06)+c-5389.762=28860.03*0.015
由此式算出:
c=3378.917kg/h
3378.917*21*331=23415.895t/a
产品灰分为:
(29574.384*0.2+1296.581*0.18)/28860.03=21.3%
表1产品平衡表
产品名称
数量
质量
γ%
Qkg/h
t/年
A%
M%
无烟煤
100
29574.384
204950.481
20
8
粘结剂
1296.581
8985.306
18
6
型煤产品
28860.03
200000
21.3
1.5
在实际生产过程中,等型煤烘干以后,大概有5%左右的型煤变成煤灰或者碎煤,这一部分用来作为热风炉的燃料,多余的用来和原煤再次进入工艺,所以要达到产量,要对相关数据进行修正:
出烘干窖的型煤为:
28860.03/0.95=30378.979kg/h
30378.979*21*330=210526.325t/a
粘结剂为:
1296.581*0.95=1231.752kg/h
1231.752*21*330=8536.041t/a
无烟原煤为:
29574.384*095=28095.665kg/h
28095.665*21*330=194702.959t/a
因为原煤本身的灰分、水分都有一定小范围的波动,加之这些煤灰和碎煤还有一部分用于热风炉的燃料,所以,进入原煤的那些碎煤和煤灰给原煤的各种指标带来的影响可以忽略不计。
从而,修正后的产品平衡表如下表所示:
表2修正后的产品平衡表
95
28095.665
19.4702.959
1231.752
8536.041
30378.979
(2)全厂数质量流程图的绘制
根据上述计算结果,绘制出数质量流程图
Q=32706.334
A=21.3
M=17
4.1.3热量衡算
生型煤球的水分由原来的17%烘干到1.5%且不能让型煤在内温度达到着火点而发生自燃造成经济损失。
由前面计算得知进入干燥窑内的物料为:
32706.334kg/h,其中水分17%,要使产品水分降低到1.5%以下,每小时在干燥窑内蒸干的水分为ckg,则有:
(32706.334*0.17-c)/(32706.334-c)=0.015
解出c=5146.682kg/h
水的比热容为:
4.2×
103J/(kg·
℃),水蒸气的比热容:
2.1×
℃),型煤热值为23.9MJ/kg。
煤炭的比热计算时近似取0.26kJ/(kg·
℃)。
根据经验:
河南郑州长城冶金设备有限公司生产的LHG-306型翻板多带式干燥机,在生球进料含水分≤20%的情况下,其每小时生产干煤球量为20t,产品含水分小于1%。
其热风温度要求180-220℃,冷空气湿含量要求≤0.01kg/kg干空气,初始进入烘干室的热风全部以10-16m/s的速度与物料表面均匀接触,出其温度约为80℃。
干燥过程气化水量:
式中:
—干燥前型煤的收到基水分;
—干燥后型煤的收到基水分;
—干燥前湿型煤的重量,kg/h;
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