單小勇

（華電重工股份有限公司，北京 100070）

新型高效外熱式直立爐末煤熱解技術(shù)開發(fā)

單小勇

（華電重工股份有限公司，北京 100070）

開發(fā)先進(jìn)末煤熱解技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)低階煤分質(zhì)分級利用、促進(jìn)我國煤炭高效清潔轉(zhuǎn)化具有重要意義。本文介紹了500kg/h新型高效外熱式直立爐的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及熱解產(chǎn)品性能指標(biāo)，分析了熱解爐內(nèi)溫度的分布，闡述了末煤顆粒分布對熱解工藝的影響。相比于其他末煤熱解技術(shù)，本文開發(fā)外熱式直立爐末煤技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，動設(shè)備少，煤氣及焦油品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)。

末煤熱解；外熱式；直立爐；分級利用

煤炭的高效清潔利用是當(dāng)前我國能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要任務(wù)，也是從實(shí)際出發(fā)、尊重我國能源特點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)選擇?；诂F(xiàn)代煤化工發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，短流程的高效低排放煤熱解——焦油加氫——半焦燃燒（發(fā)電）的煤炭轉(zhuǎn)化工藝路線因投資少、水耗低、環(huán)境危害輕、能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)煤的高效、高質(zhì)、清潔利用，被業(yè)界認(rèn)為是未來煤化工行業(yè)可持續(xù)、健康發(fā)展的重要方向。

煤炭低溫?zé)峤馐巧鲜雒禾糠仲|(zhì)高效利用轉(zhuǎn)化工藝的核心。目前國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的還是內(nèi)熱式直立爐熱解工藝。該爐型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，投資小，然而這種爐型對進(jìn)料的要求十分嚴(yán)格，需采用30～80mm的塊煤。隨著機(jī)械化采煤的發(fā)展，<15mm末煤產(chǎn)率逐漸增高。以我國新疆哈密地區(qū)為例，其煤礦產(chǎn)出的末煤最高可達(dá)40%(包括運(yùn)輸過程造成的塊煤破碎)，而這部分末煤無法采用傳統(tǒng)直立爐工藝處理，造成了資源的大量浪費(fèi)。

本文開發(fā)的外熱式直立爐末煤熱解技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，動設(shè)備少，焦油及煤氣品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)。

1 外熱式熱解工藝流程

粒徑<15mm末煤經(jīng)皮帶機(jī)輸送、轉(zhuǎn)運(yùn)后送至本外熱式直立爐爐頂原煤緩沖倉。末煤經(jīng)煤倉進(jìn)入到炭化室中，依靠自身重力自上而下移動，與燃燒室的高溫?zé)煔忾g接接觸，被加熱到500~650℃后進(jìn)入到熄焦系統(tǒng)。燃燒室的高溫?zé)煔庥勺酝廨斔投鴣淼拿簹馀c空氣在火道里燃燒得到。煙氣從燃燒室底部進(jìn)入，頂部排出。干餾產(chǎn)生的煤氣和焦油橫向穿過煤層，進(jìn)入到設(shè)置在炭化室兩側(cè)的導(dǎo)氣通道中，經(jīng)氨水初步冷卻后進(jìn)入煤氣直冷塔，在氨水的噴灑下降溫使焦油與煤氣分離。煤氣隨后進(jìn)入電捕焦油器進(jìn)一步分離出焦油后通過引風(fēng)機(jī)送至火炬處理。不同部位收集下來的焦油均送至焦油池進(jìn)行靜置分離。

2 外熱式直立爐熱解產(chǎn)品特點(diǎn)

以新疆淖毛湖地區(qū)<15mm末煤為原料開展試驗(yàn)，出焦溫度控制在500～650℃時，測試得到的技術(shù)指標(biāo)如下。

熱解煤氣熱值3800～4500大卡；有效氣成分約為80%,氫氣含量30～45vol.%，甲烷含量28～45vol.%，一氧化碳含量約為13%；熱解煤氣組成可根據(jù)出焦溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

熱解工藝焦油收率>80%；焦油幾乎為水上油，密度比現(xiàn)有技術(shù)液體產(chǎn)品低20kg/m3左右；焦油中含塵1wt.%以下。

熱解半焦噸煤受到基熱值提高14.0～22.4%，空干基熱值提高25.2～33.2%；以收到基單位發(fā)熱量計的全硫含量可降低達(dá)3.8～44.7%，可燃硫含量降低達(dá)46.2～80.1%，汞含量降低達(dá)51.1～75.8%。

3 外熱式直立爐溫度分布

本熱解爐中用來加熱煤的熱量來自外輸送來的煤氣在火道內(nèi)的燃燒，熱量輸送介質(zhì)為燃燒后的煙氣。煙氣從燃燒室底部進(jìn)入，向上經(jīng)過一系列氣體分布器后從燃燒室頂部排出。在煙氣自下而上通過燃燒室的過程中，煙氣攜帶的熱量通過燃燒室與炭化室連接的鋼板傳遞給炭化室內(nèi)的末煤，使依靠自重下落的末煤溫度逐漸升高，進(jìn)而在爐內(nèi)發(fā)生一系列物理及化學(xué)變化過程，從而實(shí)現(xiàn)末煤的熱解。

圖1給出了在正常工況條件下，燃燒室中心與炭化室中心溫度沿?zé)峤鉅t高度方向上的變化。燃燒室中心溫度4.8m以上部分自上而下幾乎呈線性增加，4.8～6m部分緩慢增加。炭化室中煤層在3.6m以上部分溫度變化平緩，在3.6～4.8m部分溫度急劇升高，在4.8～6.0m部分溫度升高又趨于平緩。

圖1 燃燒室中心與炭化室中心溫度沿高度方向的分布

燃燒室與炭化室沿高度方向溫度的變化與煤的熱解過程有關(guān)。煤的熱解通常認(rèn)為分為三個階段：干燥階段、干餾階段、干餾后的縮聚階段。在干燥階段煤的溫度在100~200℃，主要發(fā)生煤的脫水過程。干餾階段煤的溫度一般在200~600℃,主要發(fā)生揮發(fā)分的脫除過程。干餾后的縮聚階段開始的溫度約在600℃，主要發(fā)生半焦的熱縮聚及焦油的二次分解反應(yīng)。圖1中炭化室溫度發(fā)生劇烈變化的兩個點(diǎn)也分別在100℃和450℃左右，這說明炭化室不同高度正經(jīng)歷不同的熱解過程。炭化室3.6米以上基本都在100℃左右，說明其處的熱解階段是干燥段；炭化室3.6～4.8米位置溫度急劇上升到450℃，說明其處的熱解階段是干餾段，在該階段煤中的揮發(fā)分大量析出；在4.8～6米部分溫度緩慢上升，在該階段主要析出煤中較難分解的揮發(fā)分。上述結(jié)果表明，干燥段幾乎占整個熱解空間的一半。如果要進(jìn)一步提高熱解爐的產(chǎn)能，一個可行的辦法就是降低干燥時間。具體的方案是將干燥與熱解分開，將末煤干燥后進(jìn)入熱解爐內(nèi)干餾。按照這種方案，單臺爐的出力將可提高至兩倍左右。另一方面，干燥過程中爐內(nèi)發(fā)生的變化是水蒸汽的移出。如果將這部分水分先行收集起來，那么在干餾段產(chǎn)生的廢水量將大大降低，這將有助于實(shí)現(xiàn)該項目工業(yè)化時廢水的零排放。

4 與其他熱解技術(shù)的對比

與國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)或工藝相比，本文開發(fā)的外熱式直立爐具有以下特點(diǎn)。

本熱解爐炭化室內(nèi)設(shè)置大量導(dǎo)氣通道及內(nèi)構(gòu)件，提高了煤層的透氣性，可以0～15mm末煤為熱解原料。

本炭化室的有效寬度小于傳統(tǒng)外熱式熱解爐寬度，使得炭化室內(nèi)溫度的分布更加均勻，熱解時間也大大縮短，一方面提高了系統(tǒng)出力，另一方面也抑制焦油的二次分解，提高焦油產(chǎn)率。

熱解爐本身不含高溫轉(zhuǎn)動設(shè)備，末煤完全依靠自重緩慢從上而下升溫進(jìn)行熱解，裝置的可靠性高，便于連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)；末煤在下落過程中不翻滾，不攪動，不混合，自產(chǎn)煤氣在導(dǎo)出過程中帶出的焦粉或煤粉量少，進(jìn)而使得焦油從煤氣中冷卻時灰含量較低，化產(chǎn)管道不易堵塞。

煤氣品質(zhì)高，熱值高。本熱解爐燃燒室產(chǎn)生的煙氣并不與炭化室產(chǎn)生的煤氣混合，使得熱解產(chǎn)生的煤氣中N2、CO2等非燃料氣含量顯著降低，煤氣的熱值是傳統(tǒng)內(nèi)熱式直立爐熱值的2倍以上。

本熱解爐采用燃燒室與炭化室交替布置的形式，易于模塊化設(shè)計，且不存在放大效應(yīng)。

5 結(jié)語

500kg/h中試驗(yàn)結(jié)果表明，本文開發(fā)的外熱式直立爐可有效解決低階末煤的干餾問題。熱解爐具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、動設(shè)備少、煤氣及焦油品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)。以新疆淖毛湖地區(qū)<15mm煤為原料，出焦溫度控制在600℃左右時，1噸末煤可產(chǎn)生472kg半焦、200kg煤氣、88kg焦油、240kg水。末煤干燥過程是決定本爐型出力的限制步驟，建議本熱解爐在工業(yè)化放大時采用末煤干燥與干餾有機(jī)耦合 技術(shù)，以盡可能提高單臺爐的出力。末煤中<0.85mm的煤粉比例越大，本熱 解爐內(nèi)壓力越高，當(dāng)末煤中<0.85mm的煤粉比例升至24.8%時，建議本技術(shù)工業(yè)化時增加 洗煤步驟，將1mm以下的煤粉盡可能洗掉，然后將洗過的末煤用于熱解原料。

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1671-0711（2017）07（上）-0111-02

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