煤化工行业气化废渣脱水干化系统中的耗能分析.pdf
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1、浙 江 工 贸 职 业 技 术 学 院 学 报JOURNAL OF ZHEJIANG INDUSTRY&TRADE VOCATIONAL COLLEGE第23卷第3期2023年09月Vol.23 No.3Sep.2023煤化工行业气化废渣脱水干化系统中的耗能分析王积建,龚洪胜(浙江工贸职业技术学院,浙江 温州 325003)摘 要:为了计算废渣脱水干化过程中所消耗的能量,以废渣脱水干化系统中的能量平衡为依据,建立了脱水干化耗能评估模型,稳健性分析表明该模型的误差只有7.2%。接着把该模型应用于某一实际案例,获得了该脱水干化项目所需要消耗的能量,为该项目的可行性论证提供了参考依据。关键词:废渣;
2、脱水干化;耗能;数学模型中图分类号:O29文献标志码:A文章编号:1672-0105(2023)03-0056-03Analysis of Energy Consumption in Dewatering and Drying System ofGasification Waste Residue in Coal Chemical IndustryWANG Jijian,GONG Hongsheng(Zhejiang Industry&Trade Vocational College,Wenzhou 325003,China)Abstract:In order to calculate the
3、 energy consumed in the dewatering and drying process of waste slag,a model has beenestablished for evaluating the energy balance in the dewatering and drying system.The robustness analysis showed that the error of themodel was only 7.2%.Having been applied to a real case,the model obtained the ener
4、gy consumption of the dehydration and dryingproject,which provides a reference for the feasibility demonstration of the project.Keywords:waste slag;dehydration and drying;energy consumption;mathematical model收稿日期:2023-07-04基金项目:浙江省高职教育“十四五”教学改革项目“基于高职数学CMP-CDIO教学模式的应用型数字化案例开发”(jg20230258)作者简介:王积建(19
5、66),男,汉族,甘肃景泰人,硕士,教授,主要研究方向:应用数学、应用统计和数学建模。0 引言目前我国煤化工装置产生的带液废固(主要有气化灰渣、煤泥、生化污泥等)产量较大,含水率较高,极易造成环境污染;同时,煤化工业作为一个高耗水行业,水的回收再利用极为重要,降低带液废固的含水率是固废减量化、无害化、资源化的重要基础,因此对煤化工业带液废固进行深度脱水干化具有十分重要的意义。针对煤化工业带液废固的脱水干化技术,张庆金等1梳理了常用的几种气化滤饼脱水方式,有真空带式压滤机、离心式压滤机、陶瓷过滤机、烘干设备等。罗文保等2采用四种不同的脱水过滤技术(离心卧螺机、低温真空干化一体化脱水系统、陶瓷板过
6、滤机、真空过滤机技术攻关改造)开展现场试验,通过综合比较得出结论:真空过滤机技术攻关改造能够将滤饼含水率降至45%。杜建鹏等3介绍了低温真空脱水干化一体化技术,能够实现煤化工带液废固的脱水干化,可将含水率降低至20%30%。低温真空脱水干化一体化技术作为固废脱水干化的一项成熟的新技术,已经广泛应用于城市污泥、污水的处理中4-8。然而,在实施任何一项固废脱水干化项目时需要提前评估该项目所消耗的能量(例如电能),现有研究文献中较少探讨这一问题。事实上,虽然固废脱水干化会达到减量化、无害化、资源化的目的,但不同组分的固废会消耗不同数量的能量(电能),而不同数量的耗能必然影响经济效益,甚至由于耗能过大
7、而产生亏损。鉴于此,本文从热力工程学角度研究固废脱水干化技术所消耗的能量,为实施这一技术的企业在做可行性分析时提供参考。Doi:10.3969/j.issn.1672-0105.2023.03.012第23卷 第3期1 工程实际概况我国某煤化工集团气化分厂每天产生料浆(湿基细渣)400吨,含水率60%,干基细渣含残碳约40%。目前细渣处理方式是先堆放在暂存库,然后作为建材而出售。如果出现滞销就会引起满仓,还要把多余部分做填埋处理,因此存在处理量大、运输成本高、污染环境、浪费水资源等问题。为了实现节能减排、提质增效、保护环境的目的,气化分厂决定对料浆实施深度脱水干化项目,料浆经过脱水干化后,所提
8、取的水分可被循环利用,产生的滤饼经过焚烧炉生产出蒸汽而被再利用,最终达到减量化、稳定化、无害化、资源化的目的。在实施本项目之前,需要分析料浆干化过程所消耗的能量,以及滤饼焚烧过程所释放的能量,通过比较二者的能量大小来确定本项目的可行性。鉴于篇幅限制,本文仅针对料浆干化过程所消耗的能量进行分析研究。2 料浆干化过程的能量平衡分析料浆干化系统中涉及的主要物料情况,如表1所示。料浆干化系统的能量平衡关系如图1所示。2.1 料浆干化系统能量平衡方程9-12对于料浆干化系统,其能量平衡关系为Qst=Qmst+Qad+Qs+Qhw+Qf(1)式中:Qst进入干化机的热水所带热量,kJ;Qmst料浆中水分蒸
9、发所消耗的能量,kJ;Qad载气带走的显热,kJ;Qs干化料浆(滤饼)带走的显热,kJ;Qhw热水放热后变成冷水所带热量,kJ;Qf干化系统损失的热量,kJ;(1)计算Qmst料浆干化机需蒸发水分的质量为Wmst=Ws11-1-Ms01-Ms1(2)式中:Wmst料浆干化机需蒸发水分的质量,t;Ws1进入干化系统的料浆质量,t;Ms0、Ms1分别为料浆干燥前后的含水率。蒸发这些水分所需要的能量(kJ)为Qmst=1000Wmstw+()Ts1-T cw(3)式中:T环境温度,C;Ts1干化机出口料浆(滤饼)温度,C;w水的汽化潜热,kJ/kg;cw水的比热容,kJ/()kgC。(2)计算Qad
10、料浆干化过程载气的用量与排气温度、排气湿度有关,排气空气中要控制其湿度不会在管道中结露,则干燥所需载气的量(t)为Wad0=Wmstdad1-dad0(4)式中:Wad0干燥所需载气的量,t;dad0 干 化 机 入 口 载 气 含 湿 量,kg水/kg干空气;dad1 干 化 机 出 口 载 气 含 湿 量,kg水/kg干空气。其中,载气含湿量为d=0.622ep-0.378e(5)式中:e对应温度下的蒸汽压,Pa;p大气压,Pa;查表得,当Ta0=40C时,e=7.3814103Pa,p=101.325103Pa,dad0=0.0466;当Ta1=90C时,e=84.529103Pa,da
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