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煤棒干燥系统的设计
一、建设背景。
合成氨的原料自2003年为了降低生产成本由块煤制气改为粉煤成型（即粉煤破碎—加入腐植酸钠沤制——机械挤压——板车自然凉干）后，煤棒消耗一直处于较高的状态，尤其是在原料煤达配不均匀、沤煤时间短、粘结剂掺入不合理等情况下，消耗更高。这是因为煤棒相对于传统的制气原料(焦煤、块煤)来讲属于弱势的气化原料。一是水分太高，影响气化反应；二是热稳定性较差，制约炉子气化强度的提高；三是煤棒粉化所导致的煤层(料层)空隙率低，阻力大。因此要想在制气的各项指标上达到与块煤一样好的水平，还必须进行技术改造——对煤棒进行烘干，使煤棒的各种性能接近于块煤，优化入炉煤棒在造气炉的工艺环境，减少了蒸汽用量（未烘干的入炉煤棒水份高，必须在造气炉内用全上吹来烘干煤棒），提高了入炉蒸汽的分解率，从而降低煤气中的二氧化碳含量，提高单炉发气量和有效气体含量。
煤棒烘干入炉后，蒸汽用量减少较多，蒸汽的分解率提高这两方面的因素直接作用降低了造气洗气塔的热负荷，降低了洗气塔的出水温度，从而间接的减轻了污水处理系统的冷却塔的负荷，同时煤气出洗气塔温度在同样的冷却水量的情况下相对降低，既减轻了煤气对气柜等设备的腐蚀又利于工艺气体的输送；煤棒烘干后，煤棒的含水量大量减少，煤棒的热稳定性增强，煤棒粉化量减少，也优化了污水处理系统的环境。
煤棒烘干系统建成后，煤棒输送完全机械化和自动化，改变因煤棒自然风干所需要人工接棒和拖棒（接棒5人/班、拖棒6人/班），副业用工大量减少，从而一方面减少付业用工工资，另一方面也降低了大量副业用工所带来的安全风险。
二、流程描述。
沤煤库已沤制好的沤煤由铲车送至沤煤皮带机的料斗，由沤煤皮带机送至平运皮带机，被刮刀刮至沤煤搅拌机送至煤棒机的进料口，沤煤在煤棒机的挤压成含水量约12%、温度45℃左右的热煤棒，由成品皮带机送至煤棒干燥塔与来自三废炉尾气加热器和热风炉串联加热约140℃的热空气逆流接触，热空气降至85℃由尾气风机送至尾气吸收除尘排空，干燥后含水量约2.5%、温度75℃左右的热煤棒由成品皮带机送至煤棒储仓(储存量100吨),再由成品皮带机送至造气吊斗，分别到各造气炉加料。
简易流程图
沤煤库

沤煤皮带机
平运皮带机
沤煤搅拌机
煤棒机
1#成品皮带机
2#成品皮带机
煤 棒 干 燥 塔
3#成品皮带机
成品储仓
4#成品皮带机
5#成品皮带机
造气吊斗
4#造气炉
1#造气炉
2#造气炉
3#造气炉
空气加热器

热风炉

风机

尾气风机

除尘塔

放空

空气

三废锅炉
水膜除尘器
800℃
烟气

140℃
烟气

三、工艺计算部分。
计算依据：合成氨年生产能力40kt/a，根据生产能力来计算煤棒消耗量（小时），以入炉煤棒量及水份要求来计算干燥塔和风机能力。
吨氨煤棒消耗取：1.65吨/吨氨；
日煤棒用量：206.25吨/天；8.594吨/小时或8594kg/h。
进出煤棒水份：W1=12%；W2=2.5%。
煤棒在干燥塔的进出温度：t11=45℃，t21=75℃。
空气在干燥塔的进出温度：t1=140℃，t2=85℃。煤棒的比热容：Cs=1.25KJ/kg·℃。
15℃空气经加热器和热风炉串联加热至140℃进入干燥塔对煤棒进行干燥，废气离开干燥塔温度85℃，设加热器和干燥塔的热损失不计，塔内不补充热量。

煤
棒
干
燥
塔
废气至风机

t2=85℃

干棒

湿棒

加热器
热风炉
W2=2.5%
t21=75℃

W1=12%
t11=45℃

t0=15℃
φ0=70%
H0=0.00775
H0= H1
t1=140℃

空气

1、水分蒸发量计算
煤棒量L2=8594kg/h；
绝干煤棒量LC= L2（（1- W2）=8594（1-2.5%）=8379 kg/h；
X1= W1/（1- W1）=0.12/(1-0.12)=0.136 kg水/ kg干煤；
X2= W2/（1- W2）=0.025/(1-0.025)=0.026 kg水/ kg干煤；
W=LC（X1- X2）=8379 kg/h（0.136 -0.026 ）=921.69 kg/h；
2、空气用量G及H2、I2的计算
t0=15℃ φ0=70% Ps=1.783KPa
H0=0.622φPs/(P-φPs)=0.622×0.7×1.783÷(101.33-0.7×1.783)
H0= 0.00775 kg水/ kg干气；
t1=140℃ H0= H1=0.00775 kg水/干气；
I1=（1.01+1.88×0.00775）140+2492×0.00775=162.75KJ/ kg干气；
I2=（1.01+1.88H2）t2+2492H2=（1.01+1.88H2）×85+2492H2=85.85+2651.8 H2；
煤棒的焓I1用下式计算：
t11=45℃，X1=0.136 kg水/ kg干煤；t21=75℃，X2=0.026 kg水/ kg干煤。
I11=（1.25+4.187×0.136）×45=81.874KJ/ kg干煤；
I21=（1.25+4.187×0.026）×75=101.915KJ/ kg干煤；
因煤棒干燥塔不补充热量及热损失不计则：
G（ I1- I2）=LC （I11- I21）
G（162.75-85.85-2651.8 H2）=8379（101.915-81.874）；
G（76.903-2651.8 H2）=167923.54；——⑴
干空气消耗量G按下式计算如下：
G=W/（H2- H1）=921.69 kg/h÷（H2-0.00775）——⑵
对⑴、⑵求解得：H2=0.028 kg水/ kg干气； G=45514.6kg干气/h。
I2=85.85+2651.8 H2=85.85+2651.8 ×0.028=160.1KJ/ kg干气；
I1=162.75KJ/ kg干气；I1、I2接近，确定此干燥过程接近等焓过程。
3、湿空气用量、风机选型及从15℃加热至140℃所需热量计算。
⑴湿空气用量G1=G（1+ H0）
G1=45514.6×（1+0.00775）=45867.3 kg干气/h。
15℃、101.3KPa下湿空气比体积为：
VH=（0.774+1.244H）T/273×101.33/P
=（0.774+1.244×0.00775）288/273×101.33/101.33=0.8267m3/ kg干气；
湿空气用量V1=45867.3 kg干气/h×0.8267m3/ kg干气=37918m3/h。
风机选型：因空气温度越高，干燥塔出口温度越高，空气所需量越少；反之，空气量越大，所需要的进干燥塔的温度越低，热风炉燃煤量越少，所以空气选型定为计算空气用量的2倍，即为80000——90000 m3/h，2800Pa。
⑵湿空气从15℃加热至140℃所需热量计算。
Q=G/3600×（I1- I2）
Q = G/3600×（1.01+1.88H0）×(t1- t0)
Q = 45514.6/3600×（1.01+1.88×0.00775）×(140- 15)=1619.198 KJ/s。
⑶三废锅炉后空气加热器计算。
计算依据 ：烟气进换热器温度T1=130℃，出换热器温度T2=80℃；
烟气进出换热器压力常压；三废炉尾气成份CO2 16% 、O2 4% 、80%其它如CO、SO2、Ar忽略不计；尾气量90000m3/h或4018 kmol；
空气量Wg=60000m3/h；空气进口温度t1=15℃；空气出口温度t2=60℃。
项目
壳程(烟气)
管程(空气)
定性温度
T=（130℃+80℃）/2=105℃

t=（15℃+65℃）/2=40℃
物理常数

ρ气=1.293kg/m3
μ气=1.73×105Pa·s
Cp气=1.009kj/kg℃
λ气=0.024W/m·℃

特性数据
计算对数平均温差(按逆流传热)
ΔT2=130℃-60℃=70℃；ΔT1=80℃-15℃=65℃；
Δt1m=(ΔT2-ΔT1)/lnΔT2/ΔT1=(70-65)/ln70/65=67.57℃。
R=（T1- T2）/（t2- t1）=50/45=1.111
S=（t2- t1）/( T1- t1）=45/115=0.391
设定管程为2程，壳程为一程，根据温度修正系数表可得F=0.96
Δtm=Δt1mF=67.57℃×0.96=64.87℃
空气吸收热
Q空=Wg Cp气（t2- t1）=90000 m3/h×1.293kg/m3×1.009kj/kg℃×（60-15）
=5.2838×106 kj/h
130℃CO2、O2、N2的平均热容分别为：9.35、7.1552、6.9962kcal/ kmol ℃；
80℃CO2、O2、N2的平均热容分别为：9.023、7.0574、6.9399kcal/ kmol ℃；

百分比（%）
kmol

130℃气体热容（kcal/ kmol ℃）

带入热量（kcal）
80℃气体热容（kcal/ kmol ℃）
带出热量（kcal）
CO2
16
642.88
9.35
781420.6
9.023
464056
O2
4
160.72
7.1552
149498
7.0574
90741
N2
80
3214.4
6.9962
2923516
6.9399
1784609
小 计
100
4018

3854434

2339406
换热量

1515027

计算所需的传热面积
假定总传热系数为35 W/m2·℃
5.2838×106 kj/h=1.468×106j/s
A=Q/K0Δtm=1.468 ×106/35×64.87=647 m2。

四、投资和效益测算
⑴投资情况。
序号
名 称
规格型号
单位
数量
单 价
合 计
备 注
1
进料皮带机
B800×42m
台
1
80,000
80,000
15 KW
2
烘 干 塔
HGT14B
台
1
528,000
528,000
含控制柜、卸料小车,不含风机、热风炉、除尘器
3
出料皮带机
B800×15m
台
1
45,000
45,000
4 KW电机，耐热胶带
4
直线振动筛
1ZS0815
台
1
20,000
20,000
0.15KW激振电机、产量15 t/h
5
埋刮板输灰机
MC16×5m
台
1
32,000
32,000
1.5KW
6
进风风机
Y4-73N012D
台
1
62,800
62,800
90kw
7
除尘风机
YLF04N014D
台
1
49,700
49,700
90kw
8
空气加热器
700 m2
台
1
400000
400000

9
煤棒储斗

台
1
80000
80000

10
基建

200000

除尘器
JSY-CC-10
台
1
290,000
290,000

合 计

1,787,500

⑵效益测算。(合成氨产量按40kt/a计)

改造前
改造后
时节约
年节约
煤棒
1.60吨/吨氨
1.53吨/吨氨

2800吨×1200元=336万元
蒸汽
3.6吨/吨氨
2.8吨/吨氨

32000×50元=160万元
动力
0
26度/吨氨

-1040000度×0.35元=-36.4万元
烟煤

0.04吨/吨氨

-1600吨×1000元=-160万元
人员工资
33人
6人

81万元
合计

380.6万元