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Moisture 什么限制了制粉系统煤粉的水份 —制粉系统煤粉干燥的定量分析 第69章 「文前一问」： 在《GB 50607-2010 高炉喷吹粉煤工程设计规范》中，提出煤粉的水份不应该大于1.5%。生产中一般规定煤粉水份≤2%。 喷煤系统中，煤粉的水份是一个很重要的参数，决定了煤粉的流动性，对煤粉的燃烧也有一定的影响。 但是哪个温度最终确定了煤粉的水份，新旧煤粉的水份为什么不一样？值得思考。 一 煤粉内不同的水份 煤中的水份包括结晶水、内水和外水。 结晶是是一种化合水，200℃以上才可以析出来，一般不在我们考虑范围内。 内水有时候也叫空气干燥基水份（Mad）, 是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水份，这种水在制粉系统中干燥不出来，但是在化验室105℃以上的温度环境中经过一段时间中能够干燥出来；所以，如果原煤内水高，制粉系统也没有办法，但是化验室有办法。 所以数据分析时需要注意外水和内水的区别，不同的煤种内水区别比较大。 外水，是附着在煤颗粒表面的水份，是表面比较容易蒸发的水。但是也不是全部能够干燥出来。 制粉系统干燥出来的是外水，化验室出来的是全水（Mt）包括内水和外水。 二 干燥的定义 我们在分析煤粉水份之前，需要首先了解煤粉干燥比较准确的定义。 煤粉的干燥过程是煤粉的水份和空气中的水份交换的过程。高温空气的相对湿度比较低，高温空气中的煤粉中的水份扩散进入空气中，随着空气中水份增加，随着温度逐步降低（水的汽化过程是吸热的过程），空气相对湿度增加，煤粉水份扩散过程减慢，最后达到一个平衡状态。也就是煤粉的外水蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。 煤粉干燥的前提条件是煤粉表面水蒸气压力大于空气中的水蒸气压力。 所以，布袋收尘器内部干燥煤粉空气的相对湿度决定了煤粉的干燥程度。 三 制粉系统中煤粉的干燥 在制粉系统中，煤粉在磨机和管道内停留的时间很短，管道内的流速18m/s左右，在中速煤内，原煤变成煤粉后，很快就会随着气流出来。估计总的停留的时间在10秒范围内，但是当煤粉进入布袋收尘器以后，速度就明显降低，布袋的过滤风速一般≤0.8m/min。估算停留时间在10分钟左右，所以煤粉的干燥效果和布袋内的温度关联性更强。 所以为了保证干燥效果，相关的设计规范（GB 50607）提出，主排风机出口（布袋出口）介质最低温度，应保证无水份凝结和煤粉粘附，温度比露点温度高5℃，且不低于60℃。 但是根据《GB16543-2008 高炉喷吹烟煤系统防爆安全规程》磨机出口温度不应该超过80℃。 在实际生产中，同时满足两条规范很难达到。 一般是为了保证安全，限制磨机出口温度，放弃对布袋出口温度的要求。 但是布袋出口温度决定了空气对水份的携带能力，决定了煤粉的干燥效果，决定了煤粉的最终水份。 实际生产中，为了降低煤粉水份，采取以下几方面措施。 1. 最大限度提高系统的风量，提高风煤比，提高布袋出口温度； 2. 降低磨机的产能，减少给煤量，提高风煤比，提高布袋出口温度； 以上两个措施实施的范围有限，改善的能力和作用有限。 实际上最简单直接的办法是提高磨机出口温度，通过提高磨机出口温度提高布袋出口温度。 布袋出口温度为什么要求不低于60℃（实际上很难达到） 因为在60℃左右，空气的饱和水含量，随着温度的提高大幅度提高，见下表。
根据上表，我们可以看出，随着温度的提高，空气携带水份（干燥）能力大幅度提高。 在制粉系统中，布袋四周或者粉仓等局部温度的降低，如果达到露点以下，本来跑到空气中的水份由于温度变低又会析出来，我们常见的有布袋箱体内部的结露，煤粉随着温度降低水份的升高等，都是这种现象。 干燥后的煤粉中的水份是从哪里来的 我们从布袋锥体取的煤粉样和分配器取的煤粉样 粉仓内的煤粉中的水份会随着温度的变化水份发生变化吗，实际上是会的。 煤粉储存的时候堆密度为0.6t/m³左右，随着时间的推移堆密度会增加。煤的真密度一般为1.4 t/h左右，粉仓内空气和煤粉的重量比例为1:950左右。 随着煤粉温度的降低，煤粉周围空气的相对湿度增加，会造成煤粉平衡水份的增加。 如果按照煤粉温度是60℃来考虑，如果温度降低20℃，在同样的相对湿度条件下，水份能够析出22克左右，根据以上的比例，煤粉的水份就会增加2个点左右。所以，不同温度的煤粉状态不同。 煤粉放的时间长了，煤粉结团，流动性差，主要原因包括以下几方面： 煤粉静电减少，煤粉堆密度增加 煤粉内水份增加，煤粉堆角增加，流动性变差。 煤粉干燥的理论分析（可以跳过去直接看结论） 前面提到，外水干燥时，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了，下面为干燥的理论分析阶段，可以跳过去直接看见后面的结构。 煤粉中剩余的水份就是干燥过程中的平衡水份，也就是在一定环境下无法再去除的水份。 平衡水份和 环境温度、空气的相对湿度、物料的性质（煤粉对水的吸附性） 在制粉系统的干燥过程中，我们的目的是降低煤粉中的平衡水份，一方面需要提高干燥温度，另一方面，降低空气的相对湿度。 由于煤粉粒度比较小，干燥速度由水的表面汽化速度所控制,可以忽略扩算速度对干燥的影响，和干燥时间关系不大。 中速磨里面温度高，但是原煤颗粒大，水份的扩散速度决定了干燥的效果，所以，干燥的效果受到时间的限制，和温度关系比较小。 系统按照HP1103磨机相关参数，设计下煤量60吨计算如下：  按照煤粉干燥时2%时候对应的空气相对湿度小于50%计算，则布袋出口温度应达到55℃。如果出口温度为45℃，则水份的相对湿度为73%，很难把煤粉干燥到2%以下。 粉仓内煤粉温度的降低会造成粉仓内空气相对湿度的增加，仍然按照煤粉平衡水份条件下相对湿度50%计算，则由于温度降低，空气中水份转移到煤粉中的量如下表：  根据以上表格，40℃析出水份为22.47克，按照1:950计算，会增加2.3个百分点的水份。 如果是50℃，则析出水份为6.67克，会增加0.7个百分点的水份。 如果煤粉温度保持在55摄氏度，析出水份为负数，代表没有析出，或者相对湿度低于50%。 结论 1. 布袋出口温度是决定煤粉水份的重要参数。 烟气干燥能力取决于空气的相对湿度和煤粉的平衡含水量。布袋收尘器内部干燥煤粉空气的相对湿度决定了煤粉的干燥程度。为了保证煤粉的干燥效果，布袋出口温度尽量高出55℃（这时候空气对煤粉干燥能力是32g/kg,空气携带水份能力是47 g/kg，其中12 g/kg为设定的原始空气中的水份），空气干燥季节可以低一些，雨季温度高一些。 原煤水份高（超过9%）则高一些，反之可以低一些。 单位风量携带煤粉设计为 460g/kg(80℃的时候空气密度为1kg/m³,这时候也可以认为是460g/m³)。如果单位空气携带煤粉少，则温度可以低一些，反之升高； 2. 煤粉温度降低后水份会增加 煤粉温度降到一定地步后会有部分空气中的水份进入煤粉，有时候会影响煤粉1~2个百分点的水份，我们常说的的返潮，建议喷吹罐温度尽量控制在50℃以上。 备注：干燥过程影响因素很多，本文计算过程包含了很多前提条件和原始设定。仅仅是一个粗略定量的分析，不能代表所有的状态。 3. 空气中的水份对煤粉干燥效果也有影响 南方的潮湿天气（或者雨天）、北方的干燥天气对布袋出口温度要求不同，天气比较潮湿时应该适当提高布袋出口温度。 |
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