半焦生產低水分熄焦工藝技術展望

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，但主要以低變質煤資源蘊藏量為主(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蒙、陜西、新疆、甘肅、山西、寧夏六個省(區)。這部分煤煤質優良，主要特點是“三低三高”，即特低灰、特低硫、特低磷、高發熱量、高揮發分、高化學活性，是國內外罕見的優質動力、液化、化工用煤[1-3]。由于這些煤沒有粘結性或者粘結性很差，通常經中低溫干餾生產半焦(俗稱“蘭炭”)。半焦可部分替代小塊冶金焦，廣泛應用于鐵合金、電石、合成氨等行業。[4]

目前半焦生產多采用內熱式直立炭化爐進行中低溫干餾，濕法出焦工藝路線，經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，經水直接熄滅后的半焦由刮板輸送機連續刮出。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境污染，但熄焦后的高溫廢水會向空氣中散發有毒有害氣體；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行烘干，不僅投資大且能耗高、污染嚴重，與國家倡導的綠色環保、節能降耗、綜合利用的發展理念相悖。[5-8]因此，如何順應行業發展趨勢、降低企業能耗成為焦化工作者急需解決的問題。經過多年發展，行業內科研院所、設計、生產等相關單位均對低水分熄焦工藝技術進行摸索和試驗。

1 幾種低水分熄焦工藝介紹與技術經濟分析

1.1 “后水封”低水分熄焦工藝

如圖1所示，將排焦箱、推焦機、刮焦機全部密封，推焦機、托焦盤用循環水冷卻，在刮焦機尾部用水封配合密封空間內噴淋熄焦水達到使半焦降溫冷卻的目的，冷卻后的蘭炭在刮焦機頭部落入出焦倉，通過出焦倉和中間倉的閥門、中間倉底部的閥門一開一關實現密封目的。

圖1 “后密封”低水分出焦示意

此種方法可使蘭炭水分達到15%左右，系統密封性較好、故障率低、運行穩定、檢修方便。缺點是將后續端頭倉需要做雙料倉，上下閥門間歇打開實現密封目的，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，改變以往推焦機結構形式，采用雙層液壓桿推動，實現三層物料密封。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作實現密封目的。

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到15%左右，系統密封性較好、運行穩定、檢修方便，后續工程量小。缺點是故障率稍高，檢修工作量大，不利于循環經濟項目使用。

1.3 “旋轉閥”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行密封，系統采用上下層閥門間隔密封技術，在密封系統下側設有噴淋水裝置，對蘭炭進行噴淋降溫產生大量蒸汽最終達到蒸汽熄焦目的。

圖3 “旋轉閥”低水分熄焦工藝

該工藝優點是密封行程較短，安全有保障，后續工程量較少，缺點是大幅度增加了動力設施，故障率高，不利于循環經濟項目使用。

1.4 “前密封”低水分熄焦工藝

如圖4所示，將排焦箱、推焦機、刮板機直段密封，在密封箱側面加裝熄焦噴頭對推焦機排除的熾熱蘭炭噴水降溫，在刮板機斜段做水封，既能起到密封作用，又能將未熄滅的蘭炭進一步冷卻降溫期間，蘭炭噴淋降溫產生的大量蒸汽上行，與熾熱蘭炭換熱，最終達到熄焦目的。

圖4 “前密封”低水分熄焦工藝

該工藝優點是密封行程較短，安全有保障，后續端頭倉及設備不用調整，工程量較少，缺點是蘭炭經刮板機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、噴水管、埋刮板機、第一料倉及開關閘、第二料倉及開關閘組成。托焦板與排焦口之間形成蘭炭堆，在每個排焦口兩側形成條形堆。在條形堆兩側上端，分別安裝噴水管兩條，間斷向蘭炭噴水，并產生蒸汽來熄焦。噴水調節裝置由自控裝置調控噴水時間、噴水量，達到既熄焦又節水的效果。熄滅的蘭炭由推焦機均勻推入大槽底部，再由刮板機卸入第一料倉。打開第一開關，蘭炭落入第二料倉。打開第二開關，蘭炭落入皮帶機，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

與傳統濕法出焦相比，在爐底增加了兩層料倉和兩層閘閥，裝置結構從爐底往下依次是集焦倉、上閘閥、出焦倉和下閘閥。出焦首先關閉下閘閥，打開上閘閥，從炭化爐底部導焦槽排除溫度500～600 ℃的半焦，經導焦槽底部推焦機均勻推出，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，產生的蒸汽一部分由下而上，進入直立炭化爐，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有溢汽管，當倉內壓力大于爐內壓力時，產生的蒸汽通過該管排出進入水封槽，維持爐內壓力穩定，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輸機。

該工藝優點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備和能源，缺點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

蘭炭為依托當地煤炭資源就地轉化的固體產物，現已發展為上接煤炭下接載能化工的重要產業環節，全國產能約1億t。蘭炭產業綠色、節能可持續發展至關重要，低水分熄焦工藝是降能減耗的重要一環。以上六種方式均可以實現低水分熄焦，同時也在行業中存在。將原有水撈焦裝置改造為蒸汽熄焦或清水熄焦，消除熄焦環節無組織排放，從而在生產源頭上保障半焦產品清潔性.從企業自身發展考慮，也需要低水分的蘭炭供后續裝置使用，從而可以節約更多的煤氣或其它能源。蘭炭生產全面完成熄焦改造、實現低水分熄焦將是本行業的發展方向。