半焦生产低水分熄焦工艺技术展望

赵 杰，曾明明，陈晓菲，王 乐，王睿哲，朱佛代，孙丁武

(陕西冶金设计研究院有限公司，陕西 西安 710032)

我国煤炭资源丰富、品种齐全，但主要以低变质煤资源蕴藏量为主(占煤炭储量的40%以上)，在我国煤炭资源中占有重要地位。在地域分布上，储量大部分集中在内蒙、陕西、新疆、甘肃、山西、宁夏六个省(区)。这部分煤煤质优良，主要特点是“三低三高”，即特低灰、特低硫、特低磷、高发热量、高挥发分、高化学活性，是国内外罕见的优质动力、液化、化工用煤[1-3]。由于这些煤没有粘结性或者粘结性很差，通常经中低温干馏生产半焦(俗称“兰炭”)。半焦可部分替代小块冶金焦，广泛应用于铁合金、电石、合成氨等行业。[4]

目前半焦生产多采用内热式直立炭化炉进行中低温干馏，湿法出焦工艺路线，经中低温干馏后的炽热半焦(约600～700 ℃)直接排入炉底水封，水封水位高于炭化炉出焦口，经水直接熄灭后的半焦由刮板输送机连续刮出。湿法出焦存在以下明显缺陷：采用湿法出焦方式虽然避免了煤气泄漏造成的环境污染，但熄焦后的高温废水会向空气中散发有毒有害气体；半焦是从水封里捞出，含水率过高(有时甚至高于30%)。再利用过程中需要对半焦进行烘干，不仅投资大且能耗高、污染严重，与国家倡导的绿色环保、节能降耗、综合利用的发展理念相悖。[5-8]因此，如何顺应行业发展趋势、降低企业能耗成为焦化工作者急需解决的问题。经过多年发展，行业内科研院所、设计、生产等相关单位均对低水分熄焦工艺技术进行摸索和试验。

1 几种低水分熄焦工艺介绍与技术经济分析

1.1 “后水封”低水分熄焦工艺

如图1所示，将排焦箱、推焦机、刮焦机全部密封，推焦机、托焦盘用循环水冷却，在刮焦机尾部用水封配合密封空间内喷淋熄焦水达到使半焦降温冷却的目的，冷却后的兰炭在刮焦机头部落入出焦仓，通过出焦仓和中间仓的阀门、中间仓底部的阀门一开一关实现密封目的。

图1 “后密封”低水分出焦示意

此种方法可使兰炭水分达到15%左右，系统密封性较好、故障率低、运行稳定、检修方便。缺点是将后续端头仓需要做双料仓，上下阀门间歇打开实现密封目的，土建工程量较大。

1.2 “三层物料密封”低水分熄焦工艺

如图2所示，改变以往推焦机结构形式，采用双层液压杆推动，实现三层物料密封。在第一层物料密封处喷洒水降温，第二层物料和第三层物料间歇运作实现密封目的。

图2 “三层物料密封”低水分熄焦示意

此种方法可使兰炭水分达到15%左右，系统密封性较好、运行稳定、检修方便，后续工程量小。缺点是故障率稍高，检修工作量大，不利于循环经济项目使用。

1.3 “旋转阀”低水分熄焦工艺

如图3所示，利用双层星型卸料阀对炉底部出料进行密封，系统采用上下层阀门间隔密封技术，在密封系统下侧设有喷淋水装置，对兰炭进行喷淋降温产生大量蒸汽最终达到蒸汽熄焦目的。

图3 “旋转阀”低水分熄焦工艺

该工艺优点是密封行程较短，安全有保障，后续工程量较少，缺点是大幅度增加了动力设施，故障率高，不利于循环经济项目使用。

1.4 “前密封”低水分熄焦工艺

如图4所示，将排焦箱、推焦机、刮板机直段密封，在密封箱侧面加装熄焦喷头对推焦机排除的炽热兰炭喷水降温，在刮板机斜段做水封，既能起到密封作用，又能将未熄灭的兰炭进一步冷却降温期间，兰炭喷淋降温产生的大量蒸汽上行，与炽热兰炭换热，最终达到熄焦目的。

图4 “前密封”低水分熄焦工艺

该工艺优点是密封行程较短，安全有保障，后续端头仓及设备不用调整，工程量较少，缺点是兰炭经刮板机前端的水封浸湿后兰炭含水率上升，大约在15%左右。

1.5 水雾熄焦工艺

兰炭的水雾熄焦装置由熄焦大槽、托焦板、排焦机、喷水管、埋刮板机、第一料仓及开关闸、第二料仓及开关闸组成。托焦板与排焦口之间形成兰炭堆，在每个排焦口两侧形成条形堆。在条形堆两侧上端，分别安装喷水管两条，间断向兰炭喷水，并产生蒸汽来熄焦。喷水调节装置由自控装置调控喷水时间、喷水量，达到既熄焦又节水的效果。熄灭的兰炭由推焦机均匀推入大槽底部，再由刮板机卸入第一料仓。打开第一开关，兰炭落入第二料仓。打开第二开关，兰炭落入皮带机，送到兰炭堆场。

图5 水雾熄焦工艺

1.6 双闸阀低水分熄焦工艺

图6 双闸阀低水分熄焦工艺

与传统湿法出焦相比，在炉底增加了两层料仓和两层闸阀，装置结构从炉底往下依次是集焦仓、上闸阀、出焦仓和下闸阀。出焦首先关闭下闸阀，打开上闸阀，从炭化炉底部导焦槽排除温度500～600 ℃的半焦，经导焦槽底部推焦机均匀推出，依次落入集焦仓和出焦仓，同时在水夹套、集焦仓和出焦仓上部喷洒适量的水，产生的蒸汽一部分由下而上，进入直立炭化炉，使半焦温度从炉子冷却段开始至出焦仓呈梯度下降，最后降温至100 ℃。集焦仓和出焦仓壁上均设有溢汽管，当仓内压力大于炉内压力时，产生的蒸汽通过该管排出进入水封槽，维持炉内压力稳定，起安全防爆作用。推焦0.5 h或1 h以后或者看物位计指示，关闭上闸阀，打开下闸阀，半焦从出焦仓底部直接落至炉底刮板运输机。

该工艺优点是出焦过程适量喷水，不仅解决半焦高温问题，还可以控制半焦的含水率，所得半焦几乎不含外在水分，可直接燃烧利用，省去了烘干工艺所需设备和能源，缺点是增加了料仓和闸阀，炭化工段装置整体高度增加，对阀门装置密封性要求高。

2 展 望

兰炭为依托当地煤炭资源就地转化的固体产物，现已发展为上接煤炭下接载能化工的重要产业环节，全国产能约1亿t。兰炭产业绿色、节能可持续发展至关重要，低水分熄焦工艺是降能减耗的重要一环。以上六种方式均可以实现低水分熄焦，同时也在行业中存在。将原有水捞焦装置改造为蒸汽熄焦或清水熄焦，消除熄焦环节无组织排放，从而在生产源头上保障半焦产品清洁性.从企业自身发展考虑，也需要低水分的兰炭供后续装置使用，从而可以节约更多的煤气或其它能源。兰炭生产全面完成熄焦改造、实现低水分熄焦将是本行业的发展方向。