半焦生產(chǎn)低水分熄焦工藝技術(shù)展望

趙 杰，曾明明，陳曉菲，王 樂，王睿哲，朱佛代，孫丁武

(陜西冶金設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710032)

我國煤炭資源豐富、品種齊全，但主要以低變質(zhì)煤資源蘊(yùn)藏量為主(占煤炭儲量的40%以上)，在我國煤炭資源中占有重要地位。在地域分布上，儲量大部分集中在內(nèi)蒙、陜西、新疆、甘肅、山西、寧夏六個省(區(qū))。這部分煤煤質(zhì)優(yōu)良，主要特點(diǎn)是“三低三高”，即特低灰、特低硫、特低磷、高發(fā)熱量、高揮發(fā)分、高化學(xué)活性，是國內(nèi)外罕見的優(yōu)質(zhì)動力、液化、化工用煤[1-3]。由于這些煤沒有粘結(jié)性或者粘結(jié)性很差，通常經(jīng)中低溫干餾生產(chǎn)半焦(俗稱“蘭炭”)。半焦可部分替代小塊冶金焦，廣泛應(yīng)用于鐵合金、電石、合成氨等行業(yè)。[4]

目前半焦生產(chǎn)多采用內(nèi)熱式直立炭化爐進(jìn)行中低溫干餾，濕法出焦工藝路線，經(jīng)中低溫干餾后的熾熱半焦(約600～700 ℃)直接排入爐底水封，水封水位高于炭化爐出焦口，經(jīng)水直接熄滅后的半焦由刮板輸送機(jī)連續(xù)刮出。濕法出焦存在以下明顯缺陷：采用濕法出焦方式雖然避免了煤氣泄漏造成的環(huán)境污染，但熄焦后的高溫廢水會向空氣中散發(fā)有毒有害氣體；半焦是從水封里撈出，含水率過高(有時甚至高于30%)。再利用過程中需要對半焦進(jìn)行烘干，不僅投資大且能耗高、污染嚴(yán)重，與國家倡導(dǎo)的綠色環(huán)保、節(jié)能降耗、綜合利用的發(fā)展理念相悖。[5-8]因此，如何順應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢、降低企業(yè)能耗成為焦化工作者急需解決的問題。經(jīng)過多年發(fā)展，行業(yè)內(nèi)科研院所、設(shè)計、生產(chǎn)等相關(guān)單位均對低水分熄焦工藝技術(shù)進(jìn)行摸索和試驗(yàn)。

1 幾種低水分熄焦工藝介紹與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1.1 “后水封”低水分熄焦工藝

如圖1所示，將排焦箱、推焦機(jī)、刮焦機(jī)全部密封，推焦機(jī)、托焦盤用循環(huán)水冷卻，在刮焦機(jī)尾部用水封配合密封空間內(nèi)噴淋熄焦水達(dá)到使半焦降溫冷卻的目的，冷卻后的蘭炭在刮焦機(jī)頭部落入出焦倉，通過出焦倉和中間倉的閥門、中間倉底部的閥門一開一關(guān)實(shí)現(xiàn)密封目的。

圖1 “后密封”低水分出焦示意

此種方法可使蘭炭水分達(dá)到15%左右，系統(tǒng)密封性較好、故障率低、運(yùn)行穩(wěn)定、檢修方便。缺點(diǎn)是將后續(xù)端頭倉需要做雙料倉，上下閥門間歇打開實(shí)現(xiàn)密封目的，土建工程量較大。

1.2 “三層物料密封”低水分熄焦工藝

如圖2所示，改變以往推焦機(jī)結(jié)構(gòu)形式，采用雙層液壓桿推動，實(shí)現(xiàn)三層物料密封。在第一層物料密封處噴灑水降溫，第二層物料和第三層物料間歇運(yùn)作實(shí)現(xiàn)密封目的。

圖2 “三層物料密封”低水分熄焦示意

此種方法可使蘭炭水分達(dá)到15%左右，系統(tǒng)密封性較好、運(yùn)行穩(wěn)定、檢修方便，后續(xù)工程量小。缺點(diǎn)是故障率稍高，檢修工作量大，不利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目使用。

1.3 “旋轉(zhuǎn)閥”低水分熄焦工藝

如圖3所示，利用雙層星型卸料閥對爐底部出料進(jìn)行密封，系統(tǒng)采用上下層閥門間隔密封技術(shù)，在密封系統(tǒng)下側(cè)設(shè)有噴淋水裝置，對蘭炭進(jìn)行噴淋降溫產(chǎn)生大量蒸汽最終達(dá)到蒸汽熄焦目的。

圖3 “旋轉(zhuǎn)閥”低水分熄焦工藝

該工藝優(yōu)點(diǎn)是密封行程較短，安全有保障，后續(xù)工程量較少，缺點(diǎn)是大幅度增加了動力設(shè)施，故障率高，不利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目使用。

1.4 “前密封”低水分熄焦工藝

如圖4所示，將排焦箱、推焦機(jī)、刮板機(jī)直段密封，在密封箱側(cè)面加裝熄焦噴頭對推焦機(jī)排除的熾熱蘭炭噴水降溫，在刮板機(jī)斜段做水封，既能起到密封作用，又能將未熄滅的蘭炭進(jìn)一步冷卻降溫期間，蘭炭噴淋降溫產(chǎn)生的大量蒸汽上行，與熾熱蘭炭換熱，最終達(dá)到熄焦目的。

圖4 “前密封”低水分熄焦工藝

該工藝優(yōu)點(diǎn)是密封行程較短，安全有保障，后續(xù)端頭倉及設(shè)備不用調(diào)整，工程量較少，缺點(diǎn)是蘭炭經(jīng)刮板機(jī)前端的水封浸濕后蘭炭含水率上升，大約在15%左右。

1.5 水霧熄焦工藝

蘭炭的水霧熄焦裝置由熄焦大槽、托焦板、排焦機(jī)、噴水管、埋刮板機(jī)、第一料倉及開關(guān)閘、第二料倉及開關(guān)閘組成。托焦板與排焦口之間形成蘭炭堆，在每個排焦口兩側(cè)形成條形堆。在條形堆兩側(cè)上端，分別安裝噴水管兩條，間斷向蘭炭噴水，并產(chǎn)生蒸汽來熄焦。噴水調(diào)節(jié)裝置由自控裝置調(diào)控噴水時間、噴水量，達(dá)到既熄焦又節(jié)水的效果。熄滅的蘭炭由推焦機(jī)均勻推入大槽底部，再由刮板機(jī)卸入第一料倉。打開第一開關(guān)，蘭炭落入第二料倉。打開第二開關(guān)，蘭炭落入皮帶機(jī)，送到蘭炭堆場。

圖5 水霧熄焦工藝

1.6 雙閘閥低水分熄焦工藝

圖6 雙閘閥低水分熄焦工藝

與傳統(tǒng)濕法出焦相比，在爐底增加了兩層料倉和兩層閘閥，裝置結(jié)構(gòu)從爐底往下依次是集焦倉、上閘閥、出焦倉和下閘閥。出焦首先關(guān)閉下閘閥，打開上閘閥，從炭化爐底部導(dǎo)焦槽排除溫度500～600 ℃的半焦，經(jīng)導(dǎo)焦槽底部推焦機(jī)均勻推出，依次落入集焦倉和出焦倉，同時在水夾套、集焦倉和出焦倉上部噴灑適量的水，產(chǎn)生的蒸汽一部分由下而上，進(jìn)入直立炭化爐，使半焦溫度從爐子冷卻段開始至出焦倉呈梯度下降，最后降溫至100 ℃。集焦倉和出焦倉壁上均設(shè)有溢汽管，當(dāng)倉內(nèi)壓力大于爐內(nèi)壓力時，產(chǎn)生的蒸汽通過該管排出進(jìn)入水封槽，維持爐內(nèi)壓力穩(wěn)定，起安全防爆作用。推焦0.5 h或1 h以后或者看物位計指示，關(guān)閉上閘閥，打開下閘閥，半焦從出焦倉底部直接落至爐底刮板運(yùn)輸機(jī)。

該工藝優(yōu)點(diǎn)是出焦過程適量噴水，不僅解決半焦高溫問題，還可以控制半焦的含水率，所得半焦幾乎不含外在水分，可直接燃燒利用，省去了烘干工藝所需設(shè)備和能源，缺點(diǎn)是增加了料倉和閘閥，炭化工段裝置整體高度增加，對閥門裝置密封性要求高。

2 展 望

蘭炭為依托當(dāng)?shù)孛禾抠Y源就地轉(zhuǎn)化的固體產(chǎn)物，現(xiàn)已發(fā)展為上接煤炭下接載能化工的重要產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，全國產(chǎn)能約1億t。蘭炭產(chǎn)業(yè)綠色、節(jié)能可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，低水分熄焦工藝是降能減耗的重要一環(huán)。以上六種方式均可以實(shí)現(xiàn)低水分熄焦，同時也在行業(yè)中存在。將原有水撈焦裝置改造為蒸汽熄焦或清水熄焦，消除熄焦環(huán)節(jié)無組織排放，從而在生產(chǎn)源頭上保障半焦產(chǎn)品清潔性.從企業(yè)自身發(fā)展考慮，也需要低水分的蘭炭供后續(xù)裝置使用，從而可以節(jié)約更多的煤氣或其它能源。蘭炭生產(chǎn)全面完成熄焦改造、實(shí)現(xiàn)低水分熄焦將是本行業(yè)的發(fā)展方向。