蘭炭摻燒技術在我公司的應用

翟玉偉，劉道文

（兗礦嶧山化工有限公司，山東鄒城 273500）

1 蘭炭摻燒的必要性、目的及意義

2009年以來國內主要無煙煤生產企業晉城煤業集團，在山東、河北、安徽、湖北等省收購了55家以無煙煤為原料的尿素企業，其氨醇年產量已達到10Mt，使國內氮肥市場進一步飽和，市場競爭更加激烈，導致化肥企業一直面臨的高能耗、低收益問題變得更加嚴竣。而且晉煤集團生產的無煙塊煤僅能滿足其控股企業用量的60%～70%，致使無煙煤市場日趨緊張，煤炭價格逐步攀升，以無煙煤為主要原料的企業面臨嚴重的生存危機。

我公司目前使用的無煙塊煤，到廠價格已達到每噸1 600元，而且煤種比較雜，晉煤集團供給下屬企業的無煙塊煤內部價格為1 100元左右，因此我公司噸氨成本比晉煤集團的下屬企業高600～800元。隨著晉煤集團控股化工企業的持續發展和自身無煙煤用量的不斷增加，無煙煤的對外供應量將會越來越少，同時，無煙煤的費用已占到嶧化尿素制造成本的57%。在化肥市場價格不甚理想的形勢下，企業要生存、要發展，節能降耗、降低成本是必然的選擇。

由于氮肥生產對半水煤氣中的各種成分有嚴格的要求，因此要求原料中的揮發分不能太高，另外要穩定操作，原料中的水分也不能太高。經過前期調研，發現與一般焦炭相比，蘭炭具有固定碳高、比電阻率高、化學活性高、灰分低、硫低、磷低、水分低等 “三高四低”的特點，是最有可能作為替代白煤的低價原料。相比無煙煤，目前蘭炭市場價格有很大的優勢，所以摻燒蘭炭對于降低生產成本、節能降耗，具有很大意義。

2 蘭炭摻燒技術應用過程需注意的問題

蘭炭，早期又稱半焦，因其在燃燒時產生藍色的火焰而得名。蘭炭是以侏羅紀不粘煤和弱粘煤為原料，采用中低溫干餾工藝生產的一種高固定碳含量的固體物質，廣泛應用于電石、鐵合金、化肥造氣、高爐噴吹和城市居民潔凈用煤等生產、生活領域。但蘭炭的強度和抗碎性比較差，灰熔點通常在1 300℃左右。摻燒蘭炭需考慮以下問題。

（1）首先根據造氣爐的生產特性，要求入爐蘭炭要符合一定的質量要求。

（2）因蘭炭灰熔點較低（1 300℃左右），而造氣爐使用的無煙煤灰熔點大于1 500℃。由于灰熔點的不同，成渣性也不同，要求保證摻燒入爐時兩種煤能夠混合均勻，避免塊煤與蘭炭的層次分明，給造氣操作增加難度，進而影響到造氣爐的產氣質量。

（3）由于蘭炭的粒度小，因此要求對造氣爐排灰口進行技術改造，防止發生淌爐事故。

（4）最后的關鍵在于蘭炭與塊煤的摻燒比例及摻燒方法。在摻燒過程中要遵循先少后多，循序漸進的原則，先按蘭炭與原料煤體積比1∶3開始試燒，待爐況穩定后調至1∶2試燒，最終調至1∶1試燒。

（5）在整個摻燒過程中，最重要的就是工藝指標的調節。無論燒哪種煤，以及什么比例，都有一個最優的工藝指標。通過不斷的摸索，形成自己的一套具有數據依據的豐富理論知識，是摻燒能夠成功的關鍵。

3 采取的措施

（1）蘭炭主要產地集中在山西、陜西和內蒙古等地，通過分析和考察，一致認為陜西神木的蘭炭在強度、揮發分和水分方面都要優于別地蘭炭。考慮其化學成分對生產工藝條件的制約，選取了粒度為18～30mm的中料蘭炭。質量符合要求的蘭炭特性為，固定碳≥82%，揮發分≤4%，灰分≤6%，硫≤0.3%，水分≤18%，矸石≤5%，煤末＜8%。

（2）先篩分塊煤，去除大塊，保證塊煤的均勻，然后采用機械輸送方式保證兩種原料混合均勻。

①改變用鏟車來摻燒蘭炭的方式，增加一條皮帶，專門用于輸送蘭炭。避免出現一條皮帶導致的混合不均勻，料罐內的塊煤和蘭炭層次分明的情況。

② 新增兩個煤倉，對白煤進行初步的篩分，去除大塊和煤末。

③ 在二級白煤料倉的上部新增一個振動篩，進一步去除大塊和煤末，保證白煤能夠勻速送出。

④為保證蘭炭摻燒效果，使白煤能夠充分燃燒，改變原料過篩機篩網分級粒度，改為8cm ×8cm。

（3）對型煤廠房進行改造，儲存蘭炭。

①拆除廠房內的煤球制作系統，保留烘干系統。

②入爐煤經摻和均勻后存入廠房。在雨雪天氣時使用，防止雨雪天造成蘭炭水分高的問題。

（4）將造氣爐排灰口內防流高度由純塊煤時的320mm調整為290mm，其他保持不變，有效防止發生淌爐。

4 相關的工藝指標改進

以塊煤作為床層的骨架（蘭炭、塊煤體積各50%）。在氣化過程中因蘭炭的灰熔點低，固定碳含量高（高于塊煤10個百分點），其氣化成渣性差，而塊煤灰熔點高、成渣性好，構成穩定的反應層，阻力均勻，氣化劑擴散速度均勻。

但當蘭炭比例超過50%（體積比）時，氣化層骨架中低灰熔點且成渣性差的蘭炭就成為主力，所有工藝調整變成以蘭炭氣化的要求為主，影響產氣量。因此，混合均勻1∶1（體積比）是摻燒成功的關鍵。

因混合后的蘭炭與塊煤總體粒度偏小，床層阻力比全燒水洗中塊增加2～3kPa，而且蘭炭的堆比重小，同樣的炭層高度混合煤種的質量要輕許多，極易造成床層吹翻。為此，提高炭層高度，使空程由1.8m降至1.7m，降低風壓2 kPa，增加吹風時間1～2s，同時加大上吹蒸汽流速和流量，氣化層厚度由30cm增加到35cm左右。風機電流基本保持不變，確保單位時間內的空氣量不減小，使單位時間內單爐發氣量有所上升，單爐每個循環總發氣量不降低。

當摻燒的體積比例達到50%（質量比30%）并穩定后，車間對各項工藝指標進行了明確，制定了蘭炭摻燒的工藝操作法，由車間考核，技術部監督執行。

5 摻燒狀況及效益分析

我們于2011年7月開始試燒，9月份正式摻燒，摻燒效果不錯。

5.1 摻燒后的狀況

（1）蘭炭摻燒質量比例達30%后，在不增加開爐數的前提下，能夠滿足供氣需求，圓滿完成了平均噸氨煤耗小于1250kg的初步目標。

（2）摻燒時把純白煤造氣爐控制的1.8m空程降到1.7m，并重新調整循環百分比，由于炭層的提高和循環各階段時間的改變，增加了氣化層厚度，增加了造氣爐的蓄熱能力，降低了爐渣含碳量，提高了單爐發氣量。

（3）上下行爐溫各降低40℃，減少了氣體帶出熱量，增加了原料的有效利用率。

（4）通過均勻配合，使白煤充分燃燒，灰渣含碳量進一步降低，多次檢測，均沒有超過18%。

5.2 效益分析

經測算，一個年產300kt合成氨企業，假設噸氨耗煤1 250kg，則每年消耗白煤共需375kt，按照30%的質量比例摻燒，共摻燒蘭炭112.5kt。每噸蘭炭與白煤的差價為150元，則全年摻燒蘭炭可降低總成本1 687.5萬元。