新型高效外熱式直立爐末煤熱解技術開發

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開發

單小勇

（華電重工股份有限公司，北京 100070）

開發先進末煤熱解技術，對實現低階煤分質分級利用、促進我國煤炭高效清潔轉化具有重要意義。本文介紹了500kg/h新型高效外熱式直立爐的工作原理、結構特點及熱解產品性能指標，分析了熱解爐內溫度的分布，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，本文開發外熱式直立爐末煤技術具有結構簡單、操作方便，動設備少，煤氣及焦油品質高等優點。

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前我國能源轉型發展的重要任務，也是從實際出發、尊重我國能源特點的現實選擇。基于現代煤化工發展的經驗教訓，短流程的高效低排放煤熱解——焦油加氫——半焦燃燒（發電）的煤炭轉化工藝路線因投資少、水耗低、環境危害輕、能夠最大程度的實現煤的高效、高質、清潔利用，被業界認為是未來煤化工行業可持續、健康發展的重要方向。

煤炭低溫熱解是上述煤炭分質高效利用轉化工藝的核心。目前國內應用較為廣泛的還是內熱式直立爐熱解工藝。該爐型結構簡單，操作方便，投資小，然而這種爐型對進料的要求十分嚴格，需采用30～80mm的塊煤。隨著機械化采煤的發展，<15mm末煤產率逐漸增高。以我國新疆哈密地區為例，其煤礦產出的末煤最高可達40%(包括運輸過程造成的塊煤破碎)，而這部分末煤無法采用傳統直立爐工藝處理，造成了資源的大量浪費。

本文開發的外熱式直立爐末煤熱解技術具有結構簡單、操作方便，動設備少，焦油及煤氣品質高等優點。

1 外熱式熱解工藝流程

粒徑<15mm末煤經皮帶機輸送、轉運后送至本外熱式直立爐爐頂原煤緩沖倉。末煤經煤倉進入到炭化室中，依靠自身重力自上而下移動，與燃燒室的高溫煙氣間接接觸，被加熱到500~650℃后進入到熄焦系統。燃燒室的高溫煙氣由自外輸送而來的煤氣與空氣在火道里燃燒得到。煙氣從燃燒室底部進入，頂部排出。干餾產生的煤氣和焦油橫向穿過煤層，進入到設置在炭化室兩側的導氣通道中，經氨水初步冷卻后進入煤氣直冷塔，在氨水的噴灑下降溫使焦油與煤氣分離。煤氣隨后進入電捕焦油器進一步分離出焦油后通過引風機送至火炬處理。不同部位收集下來的焦油均送至焦油池進行靜置分離。

2 外熱式直立爐熱解產品特點

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

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出焦溫度進行調節。

熱解工藝焦油收率>80%；焦油幾乎為水上油，密度比現有技術液體產品低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%；以收到基單位發熱量計的全硫含量可降低達3.8～44.7%，可燃硫含量降低達46.2～80.1%，汞含量降低達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的燃燒，熱量輸送介質為燃燒后的煙氣。煙氣從燃燒室底部進入，向上經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的末煤，使依靠自重下落的末煤溫度逐漸升高，進而在爐內發生一系列物理及化學變化過程，從而實現末煤的熱解。

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熱解爐高度方向上的變化。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。煤的熱解通常認為分為三個階段：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℃，主要發生煤的脫水過程。干餾階段煤的溫度一般在200~600℃,主要發生揮發分的脫除過程。干餾后的縮聚階段開始的溫度約在600℃，主要發生半焦的熱縮聚及焦油的二次分解反應。圖1中炭化室溫度發生劇烈變化的兩個點也分別在100℃和450℃左右，這說明炭化室不同高度正經歷不同的熱解過程。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分。上述結果表明，干燥段幾乎占整個熱解空間的一半。如果要進一步提高熱解爐的產能，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，將末煤干燥后進入熱解爐內干餾。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，干燥過程中爐內發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，那么在干餾段產生的廢水量將大大降低，這將有助于實現該項目工業化時廢水的零排放。

4 與其他熱解技術的對比

與國內外現有技術或工藝相比，本文開發的外熱式直立爐具有以下特點。

本熱解爐炭化室內設置大量導氣通道及內構件，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外熱式熱解爐寬度，使得炭化室內溫度的分布更加均勻，熱解時間也大大縮短，一方面提高了系統出力，另一方面也抑制焦油的二次分解，提高焦油產率。

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

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

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

5 結語

500kg/h中試驗結果表明，本文開發的外熱式直立爐可有效解決低階末煤的干餾問題。熱解爐具有結構簡單、操作方便、動設備少、煤氣及焦油品質高等優點。以新疆淖毛湖地區<15mm煤為原料，出焦溫度控制在600℃左右時，1噸末煤可產生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化放大時采用末煤干燥與干餾有機耦合 技術，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 解爐內壓力越高，當末煤中<0.85mm的煤粉比例升至24.8%時，建議本技術工業化時增加 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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TQ520.5

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1671-0711（2017）07（上）-0111-02

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