橫管式褐煤低溫干餾爐的小規模試驗研究

馬曉飛

（新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

橫管式褐煤低溫干餾爐的小規模試驗研究

馬曉飛

（新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

通過橫管式褐煤干餾爐的結構設計、阻力計算搭建小規模試驗臺，經三個回程的干餾，得到重量產率28.84%的半焦產品。該半焦產品在干餾過程中揮發分下降明顯，但與標準煤相比較，其收到基低位發熱量有一定提高，且干餾過程中產生了可作為單獨燃料使用的高純煤氣。半焦產品近80.23%的粒度大于8mm，很大程度上避免了細微粒度的懸浮半焦粉末給后續煤氣提純和焦油捕集造成的困難，同時由燃燒特性指數看出半焦燃燒特性較提質前得到了明顯的改善。

褐煤；低溫干餾；試驗

褐煤是低階煤中煤化程度最低、也是可開采潛力較大的煤種，對其進行提質方面的研究意義重大。低溫干餾也稱為低溫熱解，是將褐煤在與空氣隔絕的條件下，受熱分解生成煤氣、焦油、焦炭的過程。傳統靠外部傳熱式的干餾工藝存在熱量利用率低、原料內熱量分布不均、焦油產率低的缺點。

經過對多種傳統低溫干餾設備、原理的比較和論證，最終提出橫管式干餾爐。該提質系統依托全新的橫管式干燥塔、橫管式干餾塔來完成褐煤低溫干餾的小規模試驗，目的是得到半焦、焦油和高純煤氣。

褐煤自中儲式煤倉，由螺旋料斗送入干餾爐內。經爐頂的均布板，均勻自設備頂部灑落。首先，原料與防磨瓦接觸，以降低下落速度。原料在爐內下落過程中，不間斷的與高溫加熱管接觸換熱，同時接受到輻射換熱。爐內溫度為450～750℃。在換熱過程中隨著揮發分的析出，高純煤氣的含量逐漸增加。通過設備尾部引風機的出力調節，即可調整爐內的煤氣流動速度。該爐為避免爐墻與最外側加熱橫管間的“氣體走廊”現象，安裝了多排梳形管。該梳形管可有效將偏離加熱橫管的原料重新引導回爐內，保證提質產品質量。

1 爐型參數與設計

1.1 干餾爐主要參數

（1）爐腔有效尺寸為0.5×3m，橫截面積為1.5m2；干餾段煙氣水平引入，經過3回程干餾空間由引風機排出；橫管尺寸為φ42×3×3000mm，上下節距為25mm，左右節距為30mm。單管有效傳熱面積為0.395m2；單管通徑為0.00101736m2，每層橫管排列7根, 爐膛干餾段有效高度6.03m, 排列管90層。出料斗高0.895m、出料口離地高度0.9m，進料倉高1.5m、給料機長度為1m、爐本體總高度為12m。

（2）第一回程高度2.68m，設計橫管280根，每根有效長度為3m。該回程有效換熱總長度為840m，有效傳熱面積為110.78m2；單管通徑為0.00101736m2，煙氣流速設計為20m/s，煙氣流量5.70m3/s。

第二、第三回程設計參數與第一回程相同。經計算，試驗臺有效受熱面積249.25m2，三個回程流量和流速基本平衡。

（3）干餾爐煤氣從第二、第三兩個回程出口引出，引出窗口高度0.5m，寬度2.8m，公稱通流面積4.2m2。按最大煤氣產出量2000m3/h計算，引出口煤氣流速為0.13m/s。

經計算，需不銹鋼管2500m，即7.26t。

1.2 干餾管道阻力計算

干餾爐第一回程煙管阻力計算結果如表1所示。

表1 橫管式干餾爐第一回程煙管阻力計算

2 試驗過程

試驗選取新疆哈密東部褐煤，煤質分析結果見表2。為了提高提質產品中煤氣的純度，避免原料水分造成干擾，用于該試驗的原煤在105℃下采用橫管式干燥爐干燥2h以除去水分。

試驗用原煤呈黑褐色，塊度為120mm左右，采用破碎機將原煤破碎至粒度30mm左右。經105℃橫管式干燥爐干燥2h，減重46.7%。原煤成網狀龜裂蹦碎至10mm左右。

褐煤的低溫干餾適宜溫度區間為450～750℃，將橫管式低溫干餾爐煙氣側溫度控制在700℃，試驗用原煤在爐內完成干餾過程，最終獲得干餾產物。

表2 煤樣的工業分析和元素分析

3 干餾結果與分析

3.1 半焦成分分析

表3 橫管式干餾爐半焦產品性能表

表4 橫管式干餾爐半焦產品粒度分布表

由表3可見，橫管式干餾爐半焦產品在干餾過程中揮發分下降58.4%，但與此同時收到基低位發熱量與標準煤發熱量29307kJ/kg相比較，提高了2.66%，且由揮發分聚集產生的煤氣在其他提純設備凈化提純后可以作為單獨的燃料繼續使用。

由表4可見，80.23%的半焦產品粒度在8～1.5mm，細微顆粒的半焦產品僅占到半焦產品重量比的10.01%，很大程度上避免了懸浮半焦給后續煤氣提純和焦油捕集造成的困難，原料品質得到了明顯提升。

3.2 綜合燃燒特性指數

為了評價半焦燃燒特性的優劣，孫學信提出用燃燒特性指數S來反映半焦的燃燒性能，即：

(dw/dt)T=Ti為著火溫度下的燃燒速度，%·min-1；

Ti和Tb分別為著火溫度和燃盡溫度，℃。

在這一指數中，各項的乘積涵蓋了燃燒反應從開始至結束的主要特征量，綜合反映出半焦的燃燒特性，指數值越大，表明半焦的燃燒特性越佳。

與試驗用原煤同一產地的標準褐煤在空氣氧濃度環境中得到的燃燒特性指數S為5.1×10-8，試驗得到的半焦在相同氧濃度環境中得到的燃燒特性指數S為7.3×10-8，優于原料褐煤，結果印證了采用該干餾爐得到的半焦燃燒特性較提質前得到了明顯的改善。

4 結語

通過橫管式褐煤干餾爐的結構設計、阻力計算搭建小規模試驗臺，將橫管式低溫干餾爐煙氣側溫度控制在700℃，經三級干餾，得到重量產率28.84%的半焦產品。該半焦產品在干餾過程中揮發分下降58.4%，但與此同時收到基低位發熱量與標準煤發熱量29307kJ/kg相比較，提高了2.66%，且產生了可作為單獨燃料使用的高純煤氣。半焦產品近80.23%的粒度大于8mm，很大程度上避免了細微粒度的懸浮半焦粉末給后續煤氣提純和焦油捕集造成的困難，同時計算得到半焦燃燒特性指數較提質前得到了明顯的改善。

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[2]Fan Yuesheng, Zou Zheng, Cao Zidong, et al. Ignition characteristics of pulverized coal under high oxygen concentrations[J]. Energy & Fuels, 2008, 22(2):892-897.

TK16

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1671-0711（2017）06（下）-0076-02