兰炭掺烧技术在我公司的应用

翟玉伟，刘道文

（兖矿峄山化工有限公司，山东邹城 273500）

1 兰炭掺烧的必要性、目的及意义

2009年以来国内主要无烟煤生产企业晋城煤业集团，在山东、河北、安徽、湖北等省收购了55家以无烟煤为原料的尿素企业，其氨醇年产量已达到10Mt，使国内氮肥市场进一步饱和，市场竞争更加激烈，导致化肥企业一直面临的高能耗、低收益问题变得更加严竣。而且晋煤集团生产的无烟块煤仅能满足其控股企业用量的60%～70%，致使无烟煤市场日趋紧张，煤炭价格逐步攀升，以无烟煤为主要原料的企业面临严重的生存危机。

我公司目前使用的无烟块煤，到厂价格已达到每吨1 600元，而且煤种比较杂，晋煤集团供给下属企业的无烟块煤内部价格为1 100元左右，因此我公司吨氨成本比晋煤集团的下属企业高600～800元。随着晋煤集团控股化工企业的持续发展和自身无烟煤用量的不断增加，无烟煤的对外供应量将会越来越少，同时，无烟煤的费用已占到峄化尿素制造成本的57%。在化肥市场价格不甚理想的形势下，企业要生存、要发展，节能降耗、降低成本是必然的选择。

由于氮肥生产对半水煤气中的各种成分有严格的要求，因此要求原料中的挥发分不能太高，另外要稳定操作，原料中的水分也不能太高。经过前期调研，发现与一般焦炭相比，兰炭具有固定碳高、比电阻率高、化学活性高、灰分低、硫低、磷低、水分低等 “三高四低”的特点，是最有可能作为替代白煤的低价原料。相比无烟煤，目前兰炭市场价格有很大的优势，所以掺烧兰炭对于降低生产成本、节能降耗，具有很大意义。

2 兰炭掺烧技术应用过程需注意的问题

兰炭，早期又称半焦，因其在燃烧时产生蓝色的火焰而得名。兰炭是以侏罗纪不粘煤和弱粘煤为原料，采用中低温干馏工艺生产的一种高固定碳含量的固体物质，广泛应用于电石、铁合金、化肥造气、高炉喷吹和城市居民洁净用煤等生产、生活领域。但兰炭的强度和抗碎性比较差，灰熔点通常在1 300℃左右。掺烧兰炭需考虑以下问题。

（1）首先根据造气炉的生产特性，要求入炉兰炭要符合一定的质量要求。

（2）因兰炭灰熔点较低（1 300℃左右），而造气炉使用的无烟煤灰熔点大于1 500℃。由于灰熔点的不同，成渣性也不同，要求保证掺烧入炉时两种煤能够混合均匀，避免块煤与兰炭的层次分明，给造气操作增加难度，进而影响到造气炉的产气质量。

（3）由于兰炭的粒度小，因此要求对造气炉排灰口进行技术改造，防止发生淌炉事故。

（4）最后的关键在于兰炭与块煤的掺烧比例及掺烧方法。在掺烧过程中要遵循先少后多，循序渐进的原则，先按兰炭与原料煤体积比1∶3开始试烧，待炉况稳定后调至1∶2试烧，最终调至1∶1试烧。

（5）在整个掺烧过程中，最重要的就是工艺指标的调节。无论烧哪种煤，以及什么比例，都有一个最优的工艺指标。通过不断的摸索，形成自己的一套具有数据依据的丰富理论知识，是掺烧能够成功的关键。

3 采取的措施

（1）兰炭主要产地集中在山西、陕西和内蒙古等地，通过分析和考察，一致认为陕西神木的兰炭在强度、挥发分和水分方面都要优于别地兰炭。考虑其化学成分对生产工艺条件的制约，选取了粒度为18～30mm的中料兰炭。质量符合要求的兰炭特性为，固定碳≥82%，挥发分≤4%，灰分≤6%，硫≤0.3%，水分≤18%，矸石≤5%，煤末＜8%。

（2）先筛分块煤，去除大块，保证块煤的均匀，然后采用机械输送方式保证两种原料混合均匀。

①改变用铲车来掺烧兰炭的方式，增加一条皮带，专门用于输送兰炭。避免出现一条皮带导致的混合不均匀，料罐内的块煤和兰炭层次分明的情况。

② 新增两个煤仓，对白煤进行初步的筛分，去除大块和煤末。

③ 在二级白煤料仓的上部新增一个振动筛，进一步去除大块和煤末，保证白煤能够匀速送出。

④为保证兰炭掺烧效果，使白煤能够充分燃烧，改变原料过筛机筛网分级粒度，改为8cm ×8cm。

（3）对型煤厂房进行改造，储存兰炭。

①拆除厂房内的煤球制作系统，保留烘干系统。

②入炉煤经掺和均匀后存入厂房。在雨雪天气时使用，防止雨雪天造成兰炭水分高的问题。

（4）将造气炉排灰口内防流高度由纯块煤时的320mm调整为290mm，其他保持不变，有效防止发生淌炉。

4 相关的工艺指标改进

以块煤作为床层的骨架（兰炭、块煤体积各50%）。在气化过程中因兰炭的灰熔点低，固定碳含量高（高于块煤10个百分点），其气化成渣性差，而块煤灰熔点高、成渣性好，构成稳定的反应层，阻力均匀，气化剂扩散速度均匀。

但当兰炭比例超过50%（体积比）时，气化层骨架中低灰熔点且成渣性差的兰炭就成为主力，所有工艺调整变成以兰炭气化的要求为主，影响产气量。因此，混合均匀1∶1（体积比）是掺烧成功的关键。

因混合后的兰炭与块煤总体粒度偏小，床层阻力比全烧水洗中块增加2～3kPa，而且兰炭的堆比重小，同样的炭层高度混合煤种的质量要轻许多，极易造成床层吹翻。为此，提高炭层高度，使空程由1.8m降至1.7m，降低风压2 kPa，增加吹风时间1～2s，同时加大上吹蒸汽流速和流量，气化层厚度由30cm增加到35cm左右。风机电流基本保持不变，确保单位时间内的空气量不减小，使单位时间内单炉发气量有所上升，单炉每个循环总发气量不降低。

当掺烧的体积比例达到50%（质量比30%）并稳定后，车间对各项工艺指标进行了明确，制定了兰炭掺烧的工艺操作法，由车间考核，技术部监督执行。

5 掺烧状况及效益分析

我们于2011年7月开始试烧，9月份正式掺烧，掺烧效果不错。

5.1 掺烧后的状况

（1）兰炭掺烧质量比例达30%后，在不增加开炉数的前提下，能够满足供气需求，圆满完成了平均吨氨煤耗小于1250kg的初步目标。

（2）掺烧时把纯白煤造气炉控制的1.8m空程降到1.7m，并重新调整循环百分比，由于炭层的提高和循环各阶段时间的改变，增加了气化层厚度，增加了造气炉的蓄热能力，降低了炉渣含碳量，提高了单炉发气量。

（3）上下行炉温各降低40℃，减少了气体带出热量，增加了原料的有效利用率。

（4）通过均匀配合，使白煤充分燃烧，灰渣含碳量进一步降低，多次检测，均没有超过18%。

5.2 效益分析

经测算，一个年产300kt合成氨企业，假设吨氨耗煤1 250kg，则每年消耗白煤共需375kt，按照30%的质量比例掺烧，共掺烧兰炭112.5kt。每吨兰炭与白煤的差价为150元，则全年掺烧兰炭可降低总成本1 687.5万元。