陕煤国富炉低阶煤热解技术烟气、煤气平衡控制

陕煤国富炉低阶煤热解技术烟气、煤气平衡控制

郑锦涛  王立坤

（陕西陕北乾元能源化工有限公司，陕西 榆林  719000）

[摘要]我国陕西兰炭产能约6000万吨/年，热解装置都存在原料适应性窄、产品附加值低、焦油回收率低、节能环保水平低等问题，陕煤国富炉历经8年的研究试验，实际解决兰炭生产中存在的这些问题，为兰炭产业的技术升级、清洁分质利用奠定技术基础，为国内大型煤炭分质转化项目提供条件。结合SM-GF国富炉试验、煤热解技术、环保政策等方面，探讨国富炉热解技术烟气、煤气系统平衡试验，实现低阶煤热解真正意义上的清洁生产。

[关键词]低阶煤  陕煤国富炉 清洁环保 无组织排放 

一、SM-GF技术试验项目

为了响应《国家“十三五”规划纲要》、《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》、《国家“十四五”规划纲要》等“以低阶煤热解为龙头的分质利用列为国家重点任务”的要求，在推动陕煤集团煤炭分质利用产业化进程，助力集团零碳转型，引领行业发展的背景下，由陕煤集团陕西陕北乾元能源化工有限公司与北京国电富通科技发展有限责任公司合作开发了煤气热载体分段多层低阶煤热解成套工业化技术（SM-GF）。

2015年9月6日开工建设50万吨/年的工业示范装置，2017年3月工程建设完工转入试生产，2017年10月完成第一阶段无加热炉工况下的试生产，取得相关试验数据。2018年3月开始在加热炉工况下的试生产，2018年7月50万吨/年低阶煤国富炉热解工业试验项目通过了由中国石油和化学工业联合会组织的技术鉴定，取得了阶段性成果，具备技术成果转化及推广条件。

二、陕煤国富炉试验

陕煤SM-GF技术试验装置经过8年的努力，克服市场多变、资金短缺困难，历经多次技术优化改造，基本解决了技术瓶颈，完成了从技术开发、工业化试验、试生产、生产阶段性的工作，并先后获得中国石油和化学工业联合会科学技术一等奖、中国煤炭工业协会科学技术一等奖、陕西省科学技术进步一等奖、陕西石化科学技术一等奖。

在试运行过程中暴露出“三段”串气、煤气和烟气管道堵塞、环保等问题，组织各专家多方论证，2019年12月开始技术改造；2020年7月31日完成技术改造点火试运行，再次出现干馏段传热效率低，半焦产品质量不稳定、焦油收率低、煤气产量低等问题。为了进一步验证国富炉原料煤种适应性，提高炉内换热效率，降低能耗，2021年6月1日再次对国富炉项目进行技术改造，2022年2月15日点火成功，并转入试验运行。截至2023年7月，全系统满负荷连续试运行130多天，半焦固定碳达到88%以上，挥发分小于4%，吨煤产焦率73%，高于同行业的65%，吨焦产油率高达10.15%，焦油含水率小于3%，产品回收率远超国内同类型热解炉。

三、烟气煤气平衡控制试验

装置采用外燃内热式分段多层立式矩形结构热解炉，分为干燥段、干馏段、冷却段等。

（一）流程

原料煤从炉顶煤斗进入干燥段被自下而上的气体(来自冷却段的热烟气)热载体加热，回收烟气中的余热，提高系统的热效率。干燥段温度120～150℃之间，能够脱除煤中水分且不会发干馏反应。

干燥烟气随气体热载体一起从干燥段顶部集气阵伞引出，干燥段顶部压力控制在-50 ～0Pa，经喷淋洗涤后进入风机引至冷却段冷却半焦。干燥后的煤料进入干馏段，和来自于加热炉的富氢煤气换热，发生热解反应，去除煤中的内在水、结晶水和化合水，并脱除干燥煤的部分挥发份，将原料煤转化成半焦。生成的干馏煤气随气体热载体一起从干馏段顶部集气方箱引出，去往煤气净化系统。

半焦自干馏段下降到冷却段，被干燥段引出的低温冷烟气冷却到约100℃，冷却段底部压力控制30～-50Pa。成品半焦从国富炉冷却段进入刮板机到出焦皮带时，半焦的温度降至80℃左右。

（二）烟气煤气平衡控制

1.干燥、干馏、冷却之间的过渡通过物料隔离分段，不是严格意义物理隔断，依靠床层物料缝隙产生的阻力和烟气、煤气风机调整压力，控制三段气体之间的平衡：

（1）干馏上部压力P5＞过渡段压力P4＞干燥下部压力P3，控制干燥段烟气不要被干馏风机3收集走；

调整操控：通过调整降低风机3转动频率，P14压力上升；增加风机1转动频率，P2压力下降；同时微调阀1开度。

（2）冷却段进气压力P12≥冷却上部压力P9≥干馏-冷却过渡段压力P7≥干馏下部压力P6，降低干馏热气串至冷却量，减少干馏热损失；

调整操控：通过调整阀1开度减小，P12压力上升；同时增加风机3转动频率，P14压力下降。

（3）炉顶P1、炉底P10控制微负压，烟气系统氧含量≤1.5%;

调整操控：通过调整增加或降低风机1、风机2的转动频率，控制P1、P10压力-100-+50pa之间；同时增加风机3转动频率，富余气外送。

2.炉内各段床层压力分布如下：

国富炉热态工况下炉内压力监测情况，汇总分析：干燥-过渡段炉内床层阻力29-33pa/m；干馏段炉内床层阻力58-63pa/m，干馏-过渡段炉内床层阻力28-33pa/m。

3.炉底出焦无组织排放控制，兰炭直立方炉底部压力测点在推焦机下部料仓或刮板机位置，生产过程中底部压力为1.5-2.0Kpa，即使双仓双阀出焦时也有大量可燃性气体和VOCs气体，污染较大。国富炉底部压力测点在推焦机上部分料斗位置，底部压力200-300pa，生产出焦过程中少量水气；底部压力-30-30pa时，只有焦自身挥发溢散的水气（50℃）。

相较直立方炉底部喷热解水实现低水分熄焦，陕煤国富炉三段结构，烟气在干燥-冷却循环热量回收利用，在冷却段喷入的热解水，经600℃高温焦加热分解产生的氨气、有机气体，随循环烟气带出燃烧处理可实现达标排放，产品焦无污染源携带至下游市场，产品环保方面能得到有效保证。

四、结论

随着经济发展国家对环保要求的进一步提高，目前兰炭企业均开始进入清洁生产、循环利用的新阶段。SJ-Ⅲ型干馏炉是榆林地区的主力炉型，占到热解市场80%左右。兰炭企业无组织排放和废水处理两大难题还没有彻底解决，生产过程中普遍采用热解水熄焦的方法来冷却兰炭，传统的生产工艺存在明显热浪费、耗水量大、环境污染严重等问题。作为我国主要兰炭生产基地，榆林地区兰炭现有6000万吨/年的生产装置面临转型升级，迫切需要开发可处理混煤、处理量更大、更加环保、产品品质更高的技术和装备。

陕煤国富炉多年的研究试验，开发的SM-GF技术已完成试验任务，技术已经成熟，而且具有较强的盈利能力，如果规模扩大后，市场竞争力将更强。目前该技术各项实验任务、试验数据收集均已完成，SM-GF技术的工业化推广应用，将对区域经济发展产生积极地推动作用，对相关产业产生较大贡献。

参 考 文  献

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