SH型10万吨a内热式直立炭化炉研发设计说明

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SH2007型10万吨/a热式直立炭化炉研发设计中国重型机械研究院冶金设计研究院 高武军摘要：本文重点介绍了本院研发设计的SH2007型热式直立炭化炉的工艺流程,炉体结构，装备水平等主要设计数据并说明进一步推广应用SH2007型热式直立炭化炉，对于科学发展半焦产业，提高半焦产业技术装备水平，对于打造陕北能源重化工基地，对于发展地方经济、增加地方财政收入有着十分重要的意义。关键词：SH2007型 直立炭化炉 研发设计1 前言我院地处，的神（木）府（谷）地区煤炭资源与其丰富，依靠我院在焦化产业的技术、人才优势和十多年焦化工程设计的经验，根据地区煤炭深加工转化工业的需求，开拓市场，于2000年我院在神木县设立了办事处和焦化技术服务中心，通过市场调查，开发出了一大批单座年产35万吨的直立式炭化炉，对于推动民营经济在煤炭加工转化工业中的发展起到了极大的促进和推动作用。在开发承建直立炉的过程中， 我院十分重视科学创新和技术进步。2002年我院承当的集团神东电力公司焦化厂首次将机焦的备煤、筛焦、煤气净化设备引入到直立炉设计，逐步向规模化、大型化发展。形成了3x5座成组上煤、出焦、建成国第一家年产15万吨半焦厂，同时回收15万吨中温煤焦油和1.2108Nm3/a煤气，剩余煤气用于发电，该项目是当时全国最大规模的半焦厂，直到今天仍然在正常运行。近年来我院又成功地研发了单体10万吨/年的直立式炭化炉，并已成功投入使用，效果良好，成为全国第一。2008年我院参与了由中国炼焦行业协会组织的对半焦行业状况的调研工作，为新修订的焦化行业准入条件的修订提供了半焦设计、生产、环保等方面的资料与一些建设性意见，使焦化行业准入条件（2008年修订）中将半焦的生产炉型纳入准入条件管理的炉型，产量与技术要求有了明确的条件和目标。半焦各类炉型的存在缘于其较强的自身资源和市场优势，其生产过程中，无需使用优质炼焦煤，我省与、等地的不粘结性煤炭资源非常适合使用这种炉型，发挥了地区资源优势。此外，半焦与副产中温煤焦油、煤气产品成本较低，其较低的市场价格和较好的使用性能在铁合金、电石冶炼、化肥制气、高炉喷吹等企业中占据了一定的市场份额，但近年来，半焦炉布局分散，其副产品无法集中使用，焦炉煤气大量放散，造成的环境污染问题严重，产业无法健康有序发展，对此，省发改委、省环保局高度重视，我院也积极的协同政府部门开展调研，提出改进措施，使半焦生产企业的产业升级有较快的提升。自2006年起我院设计投产建设的一批较高技术装备水平的60万吨/年规模的半焦生产装置已有9家，采用了我院开发设计的5、6、7.5万吨/a单体直立炉炉型。自2007年设计的第一套610万吨/a的半焦生产装置2008年9月投产运行后，全国已经先后有7家企业选择了该种新炉型，同时，对于备煤装置的大型化、自动化，以与焦炭脱水、干燥等装置，我院也在循序渐进的探索中提升其档次。并对企业规模化生产后能耗的降低，焦化副产品的综合利用，走循环经济的各类工艺产品的开发、配套，使半焦行业走向良性循环，提高装备水平，走向持续、健康、稳定的发展道路作出我们最大的贡献。下面，我以神木县大柳塔华盛公司的SH2007型热式直立炭化炉为例，介绍一下当前中国半焦主流生产工艺技术装备情况。2 SH2007型热式直立炭化炉概述SH2007型热式直立炭化炉为3孔12门，单座公称生产能力10万吨/年，该炉型的研发设计充分考虑到神府煤田长焰煤煤质特点，在总结我院SH2005型和 SH2006型热式直立炭化炉基础上进行炉体改进完善，同时选择工艺技术先进可靠的生产流程、装备水平较高的机械设备进行配套。SH2007型热式直立炭化炉单座产能10万吨/a（生产时间按300天/a计算，同时考虑到单座循环间修等因素），设计时预留有超产2万吨/a的富余量，为了布料均匀，加热均衡每座炉设计为3孔12门。炉组布置根据总规模与地形来确定，年生产规模120万吨采取每6座为1组（26）；年生产规模60万吨采取每3座为1组（23）或6座为1组，（16）。储煤塔布置在两炉组中间上部。3 生产工艺流程简介神木县大柳塔华盛机制半焦厂配套建设有洗煤车间，由煤矿运来的20150块煤经洗选筛分除去小于20的碎料后为合格入炉煤。合格的原料用胶带机卸入炉组上部的储煤仓，经带有卸料车的带式输送机再经放煤旋塞和辅助煤箱装入炭化炉。根据生产工艺要求，每30分钟打开放煤旋塞向炭化炉自动加煤一次。加入炭化炉的块煤自上而下移落，与燃烧室送入的高温气体逆流接触。炭化室的上部为预热段，块煤在此段被预热到360-400左右；接着进入炭化室中部的炭化段，块煤在此段被加热到680-720左右，并被炭化为半焦；半焦通过炭化室下部的冷却段时，经排焦箱与炉底水封槽产生的水蒸气换热冷却至200-160左右，最后被推焦机推入炉底水封槽被冷却到50左右由刮焦机连续刮出，通过刮焦机尾部时经烘干装置烘干后落入半焦料仓后进入筛焦运焦系统。煤料炭化过程中产生的荒煤气与进入炭化室的高温废气混合后，经上升管、桥管进入集气槽，120左右的混合气体在桥管和集气槽经循环氨水喷洒被冷却至80左右。混合气体和冷凝液送至煤气净化工段。详见工艺流程简图 图一。图1 工艺流程简图SH2007型热式直立炭化炉的加热系统。回炉煤气是经煤气净化工段净化和冷却后的煤气，助燃空气是由离心风机鼓入，两种气体在砖煤气道经混合燃烧器后进入直立炉燃烧系统，燃烧产生的高温废气，通过燃烧室两侧的进气孔进入炭化室，利用高温废气的热量将煤料进行炭化。4 炉体结构与主要技术参数SH2007型热式直立炭化炉的炉体结构与主要技术参数详见以下图 图二（2-1、2-2、2-3）。图 2-1图 2-2图 2-3图中：1. 炉顶煤仓，2. 电液动平板闸门，3. 防爆装置，4. 辅助煤箱，5. 护炉铁件，6. 直立炭化炉炉体，7. 测温孔，8. 燃烧室，9. 布气孔，10. 排焦箱，11. 炉底水封槽，12. 推焦机，13. 刮焦机，14. 空气风机，15. 集气罩，16. 上升管，17. 桥管，18. 集气槽。SH2007型热式直立炭化炉的炉体主要技术参数如下：（1）炭化炉高 8000mm（2）炭化炉宽 4320mm（3）炭化炉长 16780mm（4）炭化炉孔数 3孔（5）炭化炉排焦门数 12门（6）炭化炉有效容积 262.59 m3（7）炉料周转时间（炉料入炉至出炉） 10 h5 炉体结构特点与耐火材料用量5.1炉体结构与主要特点（1）炉体结构简单，造价低；高效燃；低温干馏；半焦、中温煤焦油和煤气质量有保障；耐火材料用量少，并且考虑到停炉检修等因素，所以，炉体主要选用粘土质和高铝质致密性耐火材料，对于局部摩擦阻力较大部位则采用钢纤维增强耐火浇注料。（2）炉体结构由部的耐火砖布气花墙、耐火砖墙、中心隔墙、保温隔热层和炉外墙组成。（3）炉顶部安装有布料集气装置。（4）炉上、中、下部和出焦口均装有测温装置。（5）供给炉的加热煤气和空气均设计有计量装置和燃气混合器装置。（6）单座产能10万吨/a，设计时预留有超产2万吨/a的富余量，采取提高炭化温度改变周转时间来实现。规模效益明显；（7）采用连续上煤定时自动布料、水封密闭出焦，环保效果好；（8）采用多项密封隔热保温措施，保证直立炭化炉炉体严密性，既可防止高温烟气外逸，又可提高炭化炉热工效率并改善职工生产操作环境。5.2单座炉体所需用主要耐火材料数量如下：异型高铝砖 28吨异型粘土砖 308吨高铝火泥 3.7吨粘土火泥 38.3吨6 煤气净化工艺流程与主要设备配置SH2007型热式直立炭化炉采用间接冷却工艺流程。从直立炭化炉顶部出来的粗煤气经过上升管、桥管后进入集气槽。在桥管、集气槽处用氨水喷嘴喷洒循环氨水，将120左右的粗煤气冷却至80左右。桥管、集气槽处的氨水焦油冷凝液通过设在集气槽底部的管道自流回焦油氨水澄清分离槽（热环池）。煤气则汇入荒煤气总管，经气液分离器分离出来的焦油、氨水进入热氨水循环池，澄清分离出来的氨水进入氨水中间槽，用循环氨水泵打回焦炉炉顶，喷洒冷却从桥管、集气槽来的粗气，循环使用。从直立炉集气管来的80的粗气，经气液分离器，进入横管式间冷器一段，用循环冷却水冷却至45，再进入横管式间冷器二段，用冷却水循环水冷却至3035，再进入电捕焦油器，脱除焦油雾的煤气用罗茨风机加压，部分送至刮板烘干机端部烘干装置，与空气混合燃烧烘干半焦，部分送回直立炭化炉供炉体加热，剩余部分煤气送往本厂配套建设的发电车间。煤气净化工艺流程主要设备选型。横管冷却器FN=4000 4台电捕焦油器 DN4600 4台罗茨鼓风机 6台型号：L105WD 转速：580r/min 升压：19.6KPa 流量：691m3/min进入冷却塔的煤气经间接冷却冷降温，90%以上大部分的焦油、氨气、水蒸汽被冷凝下来，从塔体底部通过冷环回流管自流到冷环池。详见以下煤气净化工艺流程图 图三 图3 煤气净化工艺流程图图中：1. 气液分离器，2. 横管冷却器，3. 电捕焦油器，4. 煤气鼓风机，5. 氨水循环池，6. 剩余氨水泵，7. 循环氨水泵，8. 焦油中间泵，9. 横管冷却器水封槽，10. 上段冷凝液槽，11. 上段冷凝液泵，12. 下段冷凝液槽，13. 下段冷凝液泵，14. 电捕焦油器水封槽，15. 地下放空槽，16. 地下放空槽液下泵，17. 鼓风机水封槽，18. 剩余氨水槽，19. 氨水泵，20. 焦油贮槽，21.焦油泵。7 设计中采用的环境保护措施7.1 概述半焦生产过程中产生污染环境的烟、尘、液、渣与噪声等，废水中含有酚和氰化物等有害物质，废气中主要有害物质有CO、SO2、NxOy、HCN、BaP等。为了减轻或消除其危害程度，在设计中将采取各种可行的控制措施，使污染物的排放符合国家有关标准的要求，最大可能消除或减少对环境的污染程度。7.2污染源与其控制7.2.1废气、粉尘半焦车间废气、粉尘污染源治理措施：一是防止废气、粉尘产生；二是避免废气、粉尘飞扬。煤、焦堆场配有喷洒水系统，减少粉尘排放。在堆场周围修建10米高的挡风抑尘墙，防止大风扬尘。设计选用热稳定性较好的块煤入炉，采用皮带通廊、转运站等封闭建筑上煤，既防止粉尘产生，又避免粉尘飞扬。煤气管道与工艺管道严格按规设计要求进行布置。半焦的排出采用湿法刮板出焦，彻底解决出焦时粉尘外冒。煤、焦破碎、筛分室设有布袋除尘器进行机械除尘。采取上述主要措施后，可有效控制粉尘污染，改善操作环境。7.2.2废水半焦车间工艺中采用清水、热环、冷环、三个循环系统，冷环系统采用冷水间接冷却。生产、生活中产生的污水送往本厂配套的污水处理站，生产系统无外排水。各水封槽、管道的冷凝水集中收集排入焦油氨水循环池处理，出水在厂闭路循环。7.2.3废渣半焦生产过程中产生的少量焦油渣集中存放渣池，集中处理。焦油渣可作燃料供烧砖使用或用作型煤、型焦粘结剂。7.2.4噪声噪声污染源主要为风机、水泵、皮带机、振动筛等运转设备。控制措施是空气风机和煤气风机采用封闭进出口系统，采用消音设备减少噪声外逸；水泵与煤气风机等分置室，以建筑物隔声；皮带运输机采用电动滚筒传动减少噪音。7.2.5厂区绿化绿化可以起到净化空气、吸附有害气体、减尘滞尘、消弱噪声等环境保护的作用，并能美化环境、改善小气候。总图布置执行工业企业厂界噪声标准（GB12348-90），保证本工程不对周围环境产生影响。本工程在生产过程中对周围环境有一定的影响，在厂区空地、护坡、道路两侧与煤焦等堆场周围进行绿化。绿化系数取20%。8小结按照中华人民国工业和信息化部“总量控制、调整结构、节约能（资）源、保护环境、合理布局”的文件要求我院在提高单炉生产能力，提高技术、装备水平，提高产品附加值，降低污染排放，降低能耗方面做了一些初步的具体工作，SH2007型热式直立炭化炉实验装置由神木县大柳塔华盛机制半焦厂首家投资建设，于2007年8月正式开工建设，2008年9月16日顺利投产，经调试后主要技术指标基本达到设计要求。与国几种直立式炭化炉来比较，其优点为单炉产量高；炉体结构形式简单，异型砖数量少；工程造价低，吨焦投资约220元左右；建设周期短，60万吨/a的半焦厂包括环保设施在10-12个月可建成投产；炉体采用的耐火材料数量少，均为高铝砖和粘土砖，外墙全部采取民用建筑工程普通红砖砌筑，60万吨/a的半焦厂耐火材料总用量为2684.42吨（包括耐火土）；配套的煤气净化系统采用间接冷却工艺流程，相比直接冷却工艺可节约新水用量20%，煤焦油回收率可提高10%，同时循环氨水池面积的面积也有所减小，降低了有害气体污染量；对于节约能源和保护环境具有一定意义，SH2007型热式直立炭化炉可以在半焦生产中推广应用。9 炭化炉相关技术研发信息9.1直立式炭化炉干法出焦装置根据直立式炭化炉的生产实践，结合铁合金和电石生产对半焦水分含量要求小的特点，我院正在研发半焦干法出焦装置。该装置已经确定在信发集团五家渠农六师兰炭60万吨/年半焦项目中进行工业性试验。采用干法出焦装置处理后的半焦水份含量可控制在2%以下，直接供给密闭式电石炉车间应用，能满足其密闭式电石炉工艺技术要求。该工艺装置在原工程总投资的基础上增加费用约600-800万元，可以减少电石炉车间的原料烘干装置。同时，每吨半焦可以节约生产补充新水230kg左右。9.2 SH-2009型隧道窑低温干馏工艺“采用隧道窑烧制工艺，低温干馏小于6颗粒粉状物料回收烟气中的油成分”。我院研发的国首套5.5万吨/a装置将在省青川县盛富沥青矿开发#公司沥青页岩综合利用工程项目中进行工业性试验。本项目干馏炉工艺采用新开发的SH-2009型隧道窑式低温干馏工艺，年加工沥青原页岩5.5万吨，生产页岩油1.0万吨，沥青半焦4.50万吨。建设容包括炼油单元、油回收单元、脱硫单元等生产设施，以与配套的公用辅助设施。工程投资额约2380万元。该工业性试验项目成功后对于深加工神府矿区粉煤并回收煤焦油和煤气，具有一定的实用性和创造性，有必要时选择有条件的建设单位进行进一步试验，成功后推广应用。（完稿时间：2009年8月12日）14 / 14