第29卷第4期煤炭學(xué)報(bào)Vol. 29 No. 32004年.8FJOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYAug.2004文章編號(hào):0253- 9993(2004 )04- 0458-05煤炭干燥系統(tǒng)優(yōu)化研究楊國華'，趙躍民3,陳清如2(1. 寧波大學(xué)海運(yùn)學(xué)院，浙江寧波315211; 2. 中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇徐州221008)摘要:引入系統(tǒng)熱效率n.、 面積干燥強(qiáng)度m。、介質(zhì)干燥強(qiáng)度me，構(gòu)建了干燥系統(tǒng)優(yōu)化模型，建立了ny，m。, m。與主要參數(shù)的關(guān)系，為干燥系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了定量分析方法.分析了廢氣循環(huán)比R與η。，m。, m。和系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)系，結(jié)果表明，采用部分廢氣循環(huán)，可節(jié)約干燥系統(tǒng)燃料費(fèi)6%以上，節(jié)約電費(fèi)16%以上.關(guān)鍵詞:煤炭;干燥系統(tǒng);優(yōu)化;廢氣循環(huán)中圖分類號(hào): TD922. 7; TQ028. 6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: 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根據(jù)空氣重介流化床干法選煤對入選原煤水分的控制要求，結(jié)合50~6mm粒級(jí)煤粒的粒度組成特性和水分分布特性，通過小試及中間試驗(yàn)，研究開發(fā)了振動(dòng)穿流床煤炭干燥新方法，其工作原理是:在激振器的作用下，薄層煤炭在布風(fēng)板上從入料端快速地移向出料端，熱氣流自下而上穿過布風(fēng)板和煤層，與煤粒發(fā)生強(qiáng)烈的熱質(zhì)交換，使煤粒的表面自由水快速蒸發(fā).該方法具有快速、均勻干燥和煤粒本身吸熱少的特性1。為使干燥費(fèi)用最低，本文討論該干燥方法的系統(tǒng)優(yōu)化問題.1部分廢氣循環(huán)干燥系統(tǒng)煤炭干燥的熱源采用燃煤爐.燃煤爐的爐膛出口溫度通中國煤化工。= 澡機(jī)進(jìn)氣溫度為450 CMHCN MH GE溫度.與洗精煤相比，左右，因而爐子出口熱煙氣需要摻入大量冷空氣使熱煙溫度件工，50~6 mm原煤水分低，干燥過程中噸煤脫水量少，熱氣流經(jīng)過干燥機(jī)后增濕不大，排出干燥機(jī)的廢氣尚收稿日期: 2003-10-17基金項(xiàng)目:“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(95-215-03-04)作者簡介:楊國華(1961-)， 男，浙江嵊州人，博士，教授. Tel: 0574- 87600550，E- mail: yangguohua@ nbu. edu. en第4期楊國華等:煤炭干燥系統(tǒng)優(yōu)化研究459有較強(qiáng)的干燥能力，因此，將溫度較高、濕度較小的部分廢氣循環(huán)到爐子出口，替代冷空氣與熱煙氣混合，構(gòu)成部分廢氣循環(huán)干燥系統(tǒng).與無廢氣循環(huán)系統(tǒng)相比，部分廢氣循環(huán)干燥系統(tǒng)有如下特點(diǎn):①提高了系統(tǒng)熱效率，降低了燃料費(fèi)用;②循環(huán)廢氣從第2級(jí)除塵器前抽出，減少第2級(jí)除塵器的廢氣處理量及系統(tǒng)電耗;③廢氣代替冷空氣與爐子出口的熱煙混合，可降低干燥系統(tǒng)內(nèi)氧氣濃度，提高干燥系統(tǒng)的防爆安全性、但循環(huán)廢氣攜帶大量水汽，使干燥機(jī)進(jìn)氣濕度增大，干燥過程傳熱傳質(zhì)推動(dòng)力下降，干燥速率降低，使干燥噸煤所需氣流量增大，設(shè)備尺寸和投資費(fèi)用增大，影響干燥經(jīng)濟(jì)性、因此部分 廢氣循環(huán)干燥系統(tǒng)需要優(yōu)化.2干燥系統(tǒng)優(yōu)化模型2.1優(yōu)化目標(biāo)干燥系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性涉及到投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，為使問題簡化，引入系統(tǒng)熱效率、面積干燥強(qiáng)度和介質(zhì)干燥強(qiáng)度3個(gè)概念來表征干燥系統(tǒng)的各項(xiàng)費(fèi)用.(1)干燥系統(tǒng)熱效率η。 定義為用于水分蒸發(fā)的熱量Qn,o與從燃燒爐所取熱量Q。之比，即η.=QH,o/Qo.干燥系統(tǒng)熱效率反映干燥系統(tǒng)熱能利用水平.系統(tǒng)熱效率與燃料費(fèi)之間的關(guān)系為Z:=cq/η. ,其中Z,為干燥1 kg煤(干基)所需燃料費(fèi)，元/kg; c為每kJ熱量燃料費(fèi)，元/kJ; q為1 kg煤(干基)干燥蒸發(fā)熱，kJ/kg.(2)面積干燥強(qiáng)度指單位時(shí)間單位床面積的干燥處理量，即m。=pH。X10-3/t.，其中m。為單位時(shí)間單位床面積的干燥處理量，kg/ (m2●s); ρ為煤層密度，kg/m2; H。 為煤層厚度，mm; τ。 為特征干燥時(shí)間，s，指將煤的表面自由水含量干燥到每kg干煤只含10 g水所需要的干燥時(shí)間.面積干燥強(qiáng)度可間接反映干燥機(jī)投資費(fèi)用的大小，通常干燥機(jī)的投資費(fèi)用隨著干燥機(jī)尺寸的增大而增大，床面積越大，投資費(fèi)用也越大.干燥機(jī)費(fèi)用與面積干燥強(qiáng)度的關(guān)系為Zx=c2/m.，其中Zg為干燥機(jī)干燥1kg煤所需投資折舊費(fèi)用，元/kg;C2為干燥機(jī)單位床面積的投資折舊系數(shù)，元/(m2●s).(3)介質(zhì)干燥強(qiáng)度指每kg熱氣流的干燥處理量，即m.=pH。X10-3/t,G， 其中m。為1 kg熱氣流干燥煤量，kg/kg; G為干燥機(jī)進(jìn)口熱氣流質(zhì)量流量，kg/ (m2 ●s).干燥系統(tǒng)的電耗主要是循環(huán)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)電耗.風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi)與風(fēng)量和風(fēng)壓之積成正比，因此干燥系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi)與介質(zhì)干燥強(qiáng)度的關(guān)系Z。= [c;RP: +c(1- R)P2]/m。,其中Z。為干燥1 kg煤所需風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，元/kg;右邊第1項(xiàng)為循環(huán)風(fēng)機(jī)電費(fèi)，第2項(xiàng)為引風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi); R為廢氣循環(huán)比; P，P2分別為循環(huán)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)克服的系統(tǒng)流阻，Pa; c3, cs分別為循環(huán)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的費(fèi)用系數(shù)，元/ (kg ●Pa).介質(zhì)干燥強(qiáng)度還可表征干燥系統(tǒng)輔機(jī)的投資費(fèi)用，干燥系統(tǒng)的輔機(jī)包括除塵器、風(fēng)機(jī)、管道等，這些輔機(jī)的尺寸和投資與氣流量的大小有關(guān)，氣流量越大，輔機(jī)投資也越大.輔機(jī)投資與介質(zhì)干燥強(qiáng)度的關(guān)系為Z= cs/me，其中Z為干燥1 kg煤所需輔機(jī)投資折舊費(fèi)用，元/kg; cs 為費(fèi)用系數(shù)，元/kg.2.2優(yōu)化模型.按照干燥系統(tǒng)總費(fèi)用最小的優(yōu)化目標(biāo)，本問題的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型可表示為(minF(X) = > f,(X) (X∈DCR"),(1)(s. t.g,(X)≥0,中國煤化工式中, f,(X)=919; f:(X)=9; fs(X)= sRP1+c.(1MYHCNMH G李量有: x=t1; x=ηR; x3 =G; g,(X)≥0為約束條件，如1min≤l≤1mx; Gmin≤G≤Gmux; 0≤R≤Rmx.3關(guān)于η,mo,m的數(shù)學(xué)關(guān)系式η，m。，m。與干燥機(jī)的進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣質(zhì)量流量、煤層厚度、廢氣循環(huán)比等參數(shù)有關(guān).建立它們之460煤炭報(bào)2004年第29卷間的數(shù)學(xué)關(guān)系式是實(shí)現(xiàn)干燥系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.引入系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，n.可表示為m(2 501.6+ 1.88t2一4. 18tw)(xo- xq) X 10-37