兰炭生产技术简明教程

兰炭生产技术简明教程教程编写组编西安科技大学2008年9月-1-第一章陕北60万吨兰炭生产工艺神东煤田地处陕西北部内蒙古南部，探明储量达2300多亿吨，占全国已探明储量的1/4，属世界八大煤田之一。这里煤质优良，开采条件优越，是我国特大型能源后备基地。1985年神府东胜煤矿开始建设，由于运输困难，采挖的煤卖不出去，当地老百姓发明了堆烧生产兰炭的方法，这种方法由于生产方法简单，产品物美价廉，到1987年以后，土法兰炭厂得到了迅猛发展。但是，随之而来的是严重的资源浪费和环境污染问题。到上世纪90年代中后期，通过技术改造和新工艺新方法的应用，陕北的土法兰炭生产逐步被干馏炉炼焦工艺替代，但是干馏炉生产工艺虽然提高了焦油和兰炭的产率，但是，小型的兰炭企业在煤气利用和污水处理的方面还存在很大的问题，因此，2007年陕北榆林地区计划关闭所有小型兰炭企业，取而代之的是年产60万吨以上的大型兰炭企业，建成之后，可以大幅提高资源的综合利用和环保水平。以神木县为例，用60万吨以上兰炭生产线替代小兰炭炉以后，可使全县每年节水200万吨，省电1.1亿度，节约原煤50万吨，折合人民币1.7亿元。同时，每年可减少二氧化硫排放量1万吨。如果产生的100亿立方米煤气全部用来发电，每年可发电40亿度，创造产值10亿元。目前，60万吨兰炭生产工艺已在神木县四海煤化工有限公司建成一期工程，该工艺采用12座SJ-Ⅶ型低温干馏方炉组合生产线，总设计生产能力为年产60万吨半焦，6万吨煤焦油以及5.94亿立方米煤气。1.1SJ-Ⅶ型低温干馏炉SJ低温干馏炉是1996年成立的三江煤化工研究所在复热立式炉和山西晋城三八方炉的基础上设计完成的。目前已在陕北榆林地区和内蒙的东胜地区设计并建造超过500台SJ型低温干馏炉,炉型也由开始的SJ-Ⅰ型发展到现在的SJ-Ⅶ型。SJ-Ⅶ型低温干馏炉是目前兰炭生产的优良炉型，不但投资少、产量大而且好操作，另外，在提高了焦油收率的同时，也解决了喷孔结疤和炉内挂渣的问题。1.1.1SJ-Ⅶ型低温干馏炉的结构SJ-Ⅶ型低温干馏炉基本构造见图1.1。-2-1．辅助煤箱；2.集气阵伞；3.爬梯；4.花墙；5.炉体；6.小拱墙；7.排焦箱；8.炉底平台；9.推焦盘；10.刮板机；11.水封箱图1.1SJ-Ⅶ型低温干馏炉基本构造图炉子截面：3000×5900mm，干馏段高（即花墙喷孔至阵伞边的距离)为7020mm，炉子有效容积91.1m3。距炉项1.1m处设置集气阵伞，采用5条布气墙(四条完整花墙、二条半花墙)，花墙总高3210mm。考虑花墙太高稳定性不好，除了用异型砖砌筑外，厚度也从350mm加大至590mm。花墙间距为590mm，中心距为1180mm。花墙顶部之间设置有小拱桥。干馏炉炉体采用粘土质异型砖和标准砖砌筑，硅酸铝纤维毡保温。采用工字钢护炉柱和护炉钢板结构，加强炉体强度并使炉体密封。1.1.2SJ-Ⅶ型低温干馏炉的特点（1）炉内花墙顶部之间设置小拱桥；通过小拱桥的支撑作用，可以增加花墙的强度，防止花墙坍塌。（2）拉焦盘浸入水封内；SJ-Ⅶ型低温干馏炉的花墙下面是水冷排焦箱和出焦漏斗，出焦漏斗下面又设置有拉焦盘，最下面是出焦刮板机。拉焦盘和刮板机均泡在水封内，这样的好处是不但拉焦盘不会变形，保证了炉子的均匀出焦，而且在没有冷却煤气的情况下也可以正常运转，同时还可以避免半焦堵馏子。-3-（3）取消了冷却煤气冷却段，改为炉底水冷夹套式冷却排焦箱；老式方炉中给冷却煤气的主要作用是为了保护拉焦盘。并回收半焦的显热，但通冷却煤气会增加循环煤气量，因而增加电耗，加大成本。把拉焦盘浸入水封后，可不需要用冷却煤气来保护。另外，能够从半焦中回收的热量也较少，经济意义不是很大，因此取消冷却煤气是比较合理的。（4）文丘里塔选用11根文丘里管；文丘里管的作用是增加气液之间的接触，达到提高焦油回收率的目的。选用11根文丘里管不但可以简化文丘里塔的结构，而且只需用一台水泵进行热水循环。一般，文丘里文氏管的喉管气速取15-20m/s为宜。喷头安装位置距喉管200mm，喷头的水压14.7Pa(1.5Kg/)，每个文丘里管的喷水量5.2m3/h。通过生产实践证明，在文丘里管塔内大约80%焦油被洗脱。1.2陕北60万吨兰炭生产工艺1.2.1工艺流程陕北60万吨兰炭生产工艺包括备煤工段、炭化工段、筛焦工段、煤气净化工段和污水处理工段。总工艺流程及一期30万吨兰炭厂三维效果图分别见图1.2和图1.3。原料煤通过二级破碎后，块度20-80mm，通过运煤皮带送入位于干馏炉上方的除储煤仓，由加煤工按照干馏炉的处理量添加加煤，加入的量以炉顶不亏料为原则。原料煤在干馏炉内逐渐下降，依次经过干燥段、干馏段和冷却段，最后经推焦机推落至熄焦池内，经刮扳机将兰炭送至烘干机内进行干燥，干燥后经皮带运输机送至筛分机，筛分得兰炭成品。焦炉煤气从干馏炉顶部上升管和桥管进入煤气集气箱，在桥管设有热环喷淋水，将煤气进行初冷，初冷后煤气从塔顶进入文丘里塔，来自热水循环系统热循环水从塔顶喷淋而下，煤气与下降的热循环水在文丘里管充分接触，大约80%的焦油被冷却水带入塔底，冷却并除去大部分焦油的煤气从文丘里塔底导出，进入旋流板塔。在旋流板塔内，来自冷水循环系统的冷循环水与煤气逆流接触，煤气被继续冷却并除去其中所含焦油。经过两级冷却和除焦油处理的煤气继续下行，进入电捕焦油器，进一步除去煤气中的焦油后进入煤气风机。通过煤气风机，一部分煤气被送至干馏炉，一部分被送至兰炭烘干机，剩余部分至事故火炬放空或送至发电厂发电。配送到煤气烘干机和干馏炉的煤气总量与送至事故火炬煤气量之比大约为4:6。-4-图1.2陕北60万吨兰炭生产工艺总流程图该工艺中各部分去除的焦油在各循环池内静止分层后，通过焦油泵送入焦油储罐。具体操作规程见第三章。空气风机煤气烘干机成品兰炭循环水流程焦油回收流程加热外售SJ低温干馏炉煤气风机文氏管塔焦油储罐熄焦池电捕焦油器旋流塔板塔焦油焦炉煤气筛煤楼污水处理达标废水循环水循环水凉水塔清水水原料煤清水池换热器热环水池冷环水池焦油事故火炬生产主流程焦炉煤气流程清水水清水循环池备煤场清水水-5-1.备煤楼；2.干馏炉；3.文丘里塔；4.旋流板塔；5.电捕焦油器；6.煤气风机；7.煤气烘干机；8.剩余煤气总管；9.列管式换热器；10.主控制室图1.3一期30万吨兰炭厂三维效果图1.2.2各工段简介1.2.2.1备煤工段1.备煤工段主要设施和设备：备煤场、装载机、受煤地坑、输送皮带、筛煤楼、除尘设备、面煤仓、皮带计量称、料斗、可逆式皮带、地磅。2.备煤工段的工序和特点：原料煤经由煤地坑下皮带机输送到筛煤楼，在滚筛中进行筛选。筛下的面煤由皮带送到面煤仓密封储存，通过放料装置装车外运。大于80mm的块煤送破碎机破碎，块度在20-150mm的块煤由皮带机送到干馏炉顶的轨道可逆式皮带，操作可逆式皮带对6座炉定时加料，确保炉顶辅助煤箱常满和煤斗存煤不低于设定的料位最低线。皮带全高架走廊式封闭，筛煤楼采用封闭式，设置除尘设施。1.2.2.2炭化工段1.炭化工段主要设施和设备-6-SJ-Ⅶ低温干馏方炉、集气阵伞、钢结构炉顶盖、辅助煤箱、上升管、桥管、煤气水封箱、排焦箱、推焦机、刮板机、水封槽、回炉加热设施、熄焦清水池、清水泵。2.炭化工段的工序和特点陕北60万吨兰炭生产采用12座SJ-Ⅶ型低温干馏炉组合工艺，其中每6座炉为一组轴线布置，如图1.3所示。每台单炉均为连续式生产，原料煤在干馏炉内逐渐下降，依次经过干燥段，干馏段和冷却段。热解形成的兰炭通过炉底水冷夹套式排焦箱冷却后，经导焦口通过推焦机作用，下落至熄焦池内，用清水熄焦，浸泡在水封内的拉焦盘和刮板机在变速机作用下，将兰炭送至煤气烘干机内进行干燥，至含水量15~20%。兰炭经由皮带运输机送至筛分机进行筛分，获得不同等级产品，分类在焦场堆放。产生的焦炉煤气通过集气阵伞至干馏炉顶部上升管，经由桥管喷淋初步冷却分离后进入煤气集气管，然后送至文丘里塔，煤气流动动力来自流程中设置的煤气风机的吸力。干馏炉采用内热式，干馏炉内温度通过调节加热煤气和空气的比例来控制。空气供给采用6座炉统一总管供风方案，支管均安装流量计，压力计和调控阀门。空气风机选用2用1备方案，每座炉用风量单独进行调控。煤气风机单台单炉调控。煤气系统设置压力、温度、流量测控仪表，对煤气系统进行监控。3.干馏炉操作注意事项1）干馏炉顶不能亏料。如果亏料可使炉顶温度升高，严重时易着火爆炸。处理方法：及时补料，并减慢推焦机的出焦速度。如果亏料时间较长，则需同时减小煤气和空气的输入量。2）推焦机应维持正常。如果推焦机停止或速度减慢，可导致炉顶温度升高，严重时易爆炸。如果发生机械故障或停电，应尽快恢复。平时注意经常加润滑油维护。如果推焦机速度过快，会使炉顶温度过低，影响半焦及焦油产量和品质。3）空气和煤气配比严格控制在1:1.8~2.0。过高，炉顶温度下降；过低，炉顶温度升高，特别是当低于1:1.2~1.4，会引起干馏炉花墙内着火，甚至爆炸。因此，需要调火工经常通过观测孔观察，一旦着火，可通过加大煤气量的方法进行降温。4）煤炭日处理量严格控制在设计允许范围。以5万吨/年的干馏炉为例，每小时煤炭处理量为11吨。小于设计量时会引起炉顶温度升高，而超过设计量又会影响干馏效果，故需加煤工严格控制加料速度，一般每半小时加一斗煤。-7-5）烘干机严格执行正确点火程序。点火时需先放明火，再通煤气。另外，注意平时巡查，保持正常燃烧状态。6）保持出焦振动筛正常运行。平时注意对机器进行维护，保证出焦顺畅。为防止振动筛故障导致出焦受阻，也可设计事故皮带，先行出焦。7）其它机械设备注意平时的保养和维护。例如刮板机，烘干机，出焦机皮带等，如不注意经常维护，发生故障时均可能导致事故发生。总而言之，只要按照操作规程严格要求每位员工，就可以避免事故的发生。兰炭厂操作规程见第三章。1.2.2.3净化工段1.净化工段主要设施和设备文丘里塔、旋流板塔、电捕焦油器、煤气风机、空气风机、循环水泵、焦油泵、清水循环池，热循环水池，冷循环水池、管式换热器、玻璃钢冷却塔、焦油贮槽、焦油中间槽、配电控制柜、仪表柜、测试压力温度流量仪表、循环水泵房、焦油泵房、配电仪表室。2.净化工段工序和特点初冷后煤气进入文丘里塔，与来自热水循环系统的60℃的热循环水逆向（按照年产60万吨兰炭计，冷却氨水的用量为600m3/h）在塔内充分接触，进行换热和洗涤，大约80%的焦油被冷却水带入塔底，冷却至45~50℃。从旋流板塔的塔底进入旋流板塔。在旋流板塔内，来自冷水循环系统的40℃的冷循环水与从塔底旋转上升的煤气逆流接触，煤气被继续冷却并除去其中所含焦油，出塔煤气温度为45℃左右。经过两级冷却和除焦油处理的煤气进入电捕焦油器，进一步除去煤气中的焦油后，进入煤气风机。经过煤气风机后，一部分煤气被送回干馏炉作为加热煤气，一部分被送至兰炭烘干机作为燃料。该工段设置三个循环水池，包括热循环水池、冷循环水池和清水循环水池，均按地下钢筋混凝土防渗结构设计。热循环水提供桥管和文丘里初冷塔喷淋用水。冷循环水提供旋流板终冷塔喷淋用水。对收集的冷凝液进行油水静置分离后，煤焦油（重油）用焦油泵抽到焦油贮槽。循环水继续循环使用（具体循环流程见4.3节）。三套供水系统均设置压力、温度、流量测控仪表，对水系统进行监控。1.2.2.4筛焦工段1.筛焦工段主要设施和设备-8-皮带机、缓冲仓、筛焦楼、振动筛、除尘器、卸焦皮带、焦场、地磅、装载机。2.筛焦工段工序和特点通过烘干机烘干后的兰炭由出焦皮带机输送到缓冲仓。缓冲仓内可储存3小时兰炭生产量，缓冲仓下设置B800皮带将兰炭输送到筛焦楼，筛焦楼设置振动筛，把兰炭筛分成四种粒度等级，储存在筛焦楼底4个储仓，底仓下设置B800出焦皮带，分别把4个焦仓的料送到卸焦皮带机上。卸焦皮带机设置在焦场，高度13米，不同规格的兰炭分别堆放，由装载机装车外售。全部皮带机均设置皮带走廊封闭运行。筛焦楼封闭运行设置除尘器。1.2.2.5污水处理工段1.污水处理工段主要设施和设备沉淀除油罐、气浮除油槽