石化標(biāo)準(zhǔn)2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的研發(fā)設(shè)計(jì)

摘 要

摘要：介紹SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的爐體結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)、工藝流程、配套的煤氣凈化工藝，闡述了設(shè)計(jì)中采取的環(huán)境保護(hù)措施。關(guān)鍵詞：內(nèi)熱式直立炭化爐；工藝流程；煤氣凈化；環(huán)境保護(hù)
摘要：介紹SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的爐體結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)、工藝流程、配套的煤氣凈化工藝，闡述了設(shè)計(jì)中采取的環(huán)境保護(hù)措施。
關(guān)鍵詞：內(nèi)熱式直立炭化爐；工藝流程；煤氣凈化；環(huán)境保護(hù)
Research，Development and Design of SH2007 Internally Heated Vertical Retort
GA0 Wu-jun，XUE Xuan-ping，SHI Jian-peng，ZHANG Jun-qing
Abstract：The furnace body structure，main parameters and technological process of SH2007 internally heated vertical retort as well as the self-contained complete coal gas purification process are introduced. The environmental protection measures taken in the design are expounded.
Key words：internally heated vertical retort；technological process；coal gas purification；environmental protection
1 概述
    陜西榆林的神(木)府(谷)地區(qū)煤炭資源豐富，根據(jù)榆林地區(qū)煤炭深加工轉(zhuǎn)化工業(yè)的需求，我公司開(kāi)發(fā)出了一大批單座年產(chǎn)半焦(3～5)×104t的內(nèi)熱式直立炭化爐，對(duì)于推動(dòng)民營(yíng)經(jīng)濟(jì)在煤炭加工轉(zhuǎn)化工業(yè)中的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。但半焦生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、布局散而導(dǎo)致半焦生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的煤氣無(wú)法利用、占地較多等問(wèn)題日益凸現(xiàn)，成為困擾半焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)?；F(xiàn)代化的制約性因素。
    我公司于2005年抽調(diào)部分專業(yè)設(shè)計(jì)人員在總結(jié)國(guó)內(nèi)外內(nèi)熱式直立炭化爐生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)如何提高其產(chǎn)能進(jìn)行了專項(xiàng)研究。于2007年開(kāi)發(fā)出了年產(chǎn)10×104t的爐型，命名為SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐。2007年8月，由神木縣大柳塔華盛機(jī)制蘭炭廠首家投資建設(shè)的第一座SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐正式開(kāi)工。2008年9月順利投產(chǎn)，截至目前運(yùn)行良好，并取得較高經(jīng)濟(jì)效益，得到該公司的認(rèn)可和好評(píng)。實(shí)踐證明，該爐型主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)其生產(chǎn)能力最高可達(dá)到12×104t/a，是內(nèi)熱式直立炭化爐產(chǎn)能的新突破。下面以神木縣大柳塔華盛機(jī)制蘭炭廠的SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐為例，對(duì)其生產(chǎn)工藝、配套的煤氣凈化工藝等進(jìn)行介紹。
2 爐體結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)
2.1 爐體結(jié)構(gòu)
    SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的爐體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。該爐型由3孔炭化室、12個(gè)排焦口組成，爐體從里往外分別由內(nèi)部耐火磚布?xì)饣▔?、中心隔墻、耐火磚內(nèi)墻、保溫隔熱層和紅磚外墻組成。炭化室從上至下分為預(yù)熱段、干餾段和冷卻段；干餾段采用高鋁磚砌筑，耐火磚錯(cuò)縫排布。在干餾段外側(cè)設(shè)置燃燒室，煤氣與空氣在燃燒室內(nèi)燃燒生成高溫廢氣，高溫廢氣經(jīng)燃燒室和炭化室干餾段間隔墻的布?xì)饪走M(jìn)入炭化室。該爐型有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
   ① 爐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，高效內(nèi)燃，低溫干餾，半焦、中溫煤焦油和煤氣質(zhì)量有保障。耐火材料用量少，爐體主要選用黏土質(zhì)和高鋁質(zhì)致密性耐火材料，對(duì)于局部摩擦阻力較大部位則采用鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注材料。
   ② 爐頂部安裝有集氣罩，起到布料均勻、集氣的作用。
    ③ 爐上、中、下部和排焦口均裝有測(cè)溫裝置。
    ④ 供給爐內(nèi)的加熱煤氣和空氣均設(shè)有計(jì)量裝置和燃?xì)饣旌涎b置。
    ⑤ 單座產(chǎn)量10×104t/a，設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留超產(chǎn)2×104t/a的余量。
⑥ 采用連續(xù)上煤定時(shí)自動(dòng)布料、水封密閉排焦，環(huán)保效果好。
 
2.2 主要參數(shù)
   SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐火材料用量少，爐體主要選用黏土質(zhì)和高鋁質(zhì)致密性耐火材料，單座爐體所需主要耐火材料數(shù)量見(jiàn)表1，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。
表1 單座爐體所需主要耐火材料數(shù)量
名稱
異型高鋁磚瞬型黏土磚
高鋁火泥
黏土火泥
使用量/t
28.0
308.0
3.7
38.3
表2 SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的主要技術(shù)參數(shù)
名稱
爐高/mm
爐長(zhǎng)/mm
爐寬/mm
有效容積/m3
炭化爐孔數(shù)量/孔
排焦口數(shù)量/個(gè)
運(yùn)行周期/h
參數(shù)
8000
16780
4320
262
3
12
10
3 工藝流程
   SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的工藝流程見(jiàn)圖2。經(jīng)篩分后的合格入爐煤(粒徑為20～150mm的塊煤)用膠帶機(jī)卸入爐組上部的煤塔，經(jīng)帶有卸料車的膠帶機(jī)、煤閥和輔助煤箱裝入直立爐內(nèi)。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，每30min打開(kāi)煤閥向直立爐內(nèi)自動(dòng)加煤1次。加入直立爐的塊煤自上而下移落，與高溫氣體逆流接觸。炭化室的上部為預(yù)熱段，塊煤在此段被預(yù)熱到360～400℃；接著進(jìn)入炭化室中部的干餾段，塊煤在此段被加熱到680～720℃，并被干餾為半焦；半焦通過(guò)炭化室下部的冷卻段時(shí)，經(jīng)排焦口與爐底刮焦槽內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣換熱冷卻至160～200℃；最后落入爐底刮焦槽內(nèi)，與刮焦槽內(nèi)的水直接接觸冷卻至50℃左右，再由刮焦機(jī)刮出。通過(guò)刮焦機(jī)尾部時(shí)經(jīng)烘干裝置干燥后，進(jìn)行篩分、入庫(kù)。刮焦槽中的水是污水處理站處理后的中水。
    煤料炭化過(guò)程中產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)上升管、橋管進(jìn)入集氣槽，120℃左右的荒煤氣在橋管和集氣槽內(nèi)經(jīng)循環(huán)氨水噴灑被冷卻至80℃左右。粗煤氣和冷凝液送至煤氣凈化工段。
    爐體加熱依靠?jī)艋蟮囊徊糠置簹夂陀煽諝怙L(fēng)機(jī)鼓入的助燃空氣燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣通過(guò)布?xì)饪走M(jìn)入炭化室，利用高溫廢氣的熱量將煤料干餾；烘干裝置由一部分煤氣和空氣燃燒產(chǎn)生的熱量直接烘干從刮焦槽中刮出的半焦。
 
4 煤氣凈化工藝流程及主要設(shè)備配置
4.1 煤氣凈化工藝流程
SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐配套的煤氣凈化工段采用間一直冷相結(jié)合的工藝，流程見(jiàn)圖3。從爐頂來(lái)的80℃左右的粗煤氣，經(jīng)氣液分離器，進(jìn)入初冷塔底部。冷卻后的煤氣從初冷塔上部進(jìn)入橫管冷卻器上段，用循環(huán)水冷卻至40～45℃；再進(jìn)入橫管冷卻器下段，用低溫循環(huán)水冷卻至25～30℃。再進(jìn)入電捕焦油器，脫除焦油霧后的煤氣用羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓。一部分回直立炭化爐供爐體加熱；一部分送至刮焦機(jī)端部的烘干裝置，與空氣混合燃燒烘干半焦；剩余煤氣送往發(fā)電廠作為燃料。
 
    從氣液分離器分離出來(lái)的焦油、氨水混合液自流到熱環(huán)氨水焦油分離池。從熱環(huán)氨水焦油分離池內(nèi)出來(lái)的循環(huán)氨水用熱環(huán)氨水循環(huán)泵送回橋管、集氣槽噴灑冷卻煤氣。熱環(huán)氨水焦油分離池底部的焦油用焦油中間泵送至焦油儲(chǔ)槽。
    在初冷塔內(nèi)煤氣由下向上流動(dòng)，與噴淋下來(lái)的氨水密切接觸而得到冷卻。聚集在塔底的噴灑液及冷凝液自流回冷環(huán)氨水焦油分離池。從冷環(huán)氨水焦油分離池內(nèi)出來(lái)的澄清氨水用冷環(huán)氨水循環(huán)泵送往初冷塔頂部噴灑。分離池底部的焦油和熱環(huán)氨水焦油分離池分離出的焦油一起經(jīng)焦油中間泵送至焦油儲(chǔ)槽。
    初步冷卻后的煤氣從初冷塔上部進(jìn)入橫管冷卻器，煤氣由橫管冷卻器頂部進(jìn)入其內(nèi)的管間流道，與管內(nèi)冷卻水(循環(huán)水、低溫循環(huán)水)逆向流動(dòng)(冷卻水冷卻后再循環(huán)使用)，經(jīng)冷卻后自橫管冷卻器底部排出。煤氣冷卻時(shí)生成的冷凝液集于橫管冷卻器底部，排入橫管冷卻器水封槽中。
4.2 煤氣凈化工段主要設(shè)備選型
    配套的煤氣凈化工藝首次將冶金焦化工藝中的間接冷卻技術(shù)引入到半焦生產(chǎn)中，較傳統(tǒng)直接冷卻工藝(高溫煤氣與水長(zhǎng)時(shí)間直接接觸)相比，一方面減少了有毒氣體的產(chǎn)生量，另一方面節(jié)約了用水量。表3給出了煤氣凈化工段采用間接冷卻工藝配套的主要設(shè)備及參數(shù)。
表3 煤氣凈化212藝主要設(shè)備
名稱
初冷塔
橫管冷卻器
電捕焦油器
羅茨鼓風(fēng)機(jī)
數(shù)量/臺(tái)
4
4
4
6
主要參數(shù)
DN 3400mm
換熱面積：4000m2
DN 4600mm
轉(zhuǎn)速：580r/min
流量：691m3/min
5 設(shè)計(jì)中采用的環(huán)境保護(hù)措施
   半焦生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的煙、塵、渣、廢水、廢氣，為了減輕廢水中的酚和氰化物等有害物質(zhì)以及CO、SO2、NxOy、HCN、BaP等有害氣體的危害，在設(shè)計(jì)中采取控制措施，最大可能地消除或減少污染物對(duì)環(huán)境的影響。
   ① 廢氣、粉塵
   煤、焦堆場(chǎng)配有噴灑水系統(tǒng)，以減少粉塵排放；在堆場(chǎng)周圍修建高10m的擋風(fēng)抑塵墻，防止大風(fēng)揚(yáng)塵；設(shè)計(jì)選用熱穩(wěn)定性較好的塊煤入爐，采用皮帶通廊、轉(zhuǎn)運(yùn)站等封閉建筑上煤，既防止粉塵產(chǎn)生，又避免粉塵飛揚(yáng)；煤氣管道及工藝管道嚴(yán)格按規(guī)范要求設(shè)計(jì)，不允許有泄漏；半焦的排出采用濕法刮板排焦，徹底解決出焦時(shí)粉塵外冒的問(wèn)題；煤、焦破碎、篩分室設(shè)有布袋除塵器進(jìn)行機(jī)械除塵。
    ② 廢水
    生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的污廢水送往本廠配套的污水處理站，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后，供刮焦槽補(bǔ)水、備煤工段、篩焦工段除塵和廠區(qū)綠化、道路噴灑等。整個(gè)廠區(qū)實(shí)現(xiàn)污廢水零排放。
    ③ 廢渣
    半焦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的少量焦油渣集中存放在渣池中，然后送發(fā)電廠作燃料或外售給免燒磚、型焦等企業(yè)用作粘結(jié)劑。
    ④ 噪聲
    噪聲污染源主要為風(fēng)機(jī)、水泵、皮帶機(jī)、振動(dòng)篩等設(shè)備?？刂拼胧涸谠O(shè)備選型中優(yōu)先選用低噪聲設(shè)備；將高噪聲設(shè)備置于室內(nèi)(如水泵設(shè)在水泵房中，可有效防止噪聲的擴(kuò)散與傳播)；對(duì)振動(dòng)較大的設(shè)備設(shè)單獨(dú)基礎(chǔ)或在設(shè)備底座上采取減振措施；在廠區(qū)的總平面布置中，根據(jù)地形、聲源方向性、建筑物的屏蔽作用和綠化植物的吸納作用等因素合理進(jìn)行布局，以減輕噪聲的危害；羅茨鼓風(fēng)機(jī)、各種泵類除了選取低噪聲產(chǎn)品外，在煤氣鼓風(fēng)機(jī)房、氨水泵房、供水泵房均設(shè)置有隔聲操作室。
   ⑤ 廠區(qū)綠化
綠化對(duì)于美化廠區(qū)環(huán)境、減輕粉塵污染、搞好文明生產(chǎn)有著積極作用，廠區(qū)綠化可結(jié)合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)、氣候條件等選擇耐旱、抗風(fēng)、抗塵的樹種，車間周圍及重點(diǎn)綠化景點(diǎn)可間植灌木綠籬。采用分散和重點(diǎn)相結(jié)合的布置方式，綠化占地約為全廠總面積的20%。
6 結(jié)語(yǔ)
   ① SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐單爐產(chǎn)量高，單爐產(chǎn)能為10×104L/a，設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留超產(chǎn)2×104t/a的富余量，為目前生產(chǎn)半焦的最大爐型。
   ② 企業(yè)規(guī)模大，布局集中，占地較少，工程造價(jià)低，投資額約220元/t。
   ③ 配套的煤氣凈化系統(tǒng)首次將冶金焦化企業(yè)中的間-直冷卻相結(jié)合的工藝流程引入到半焦生產(chǎn)中，較傳統(tǒng)直接冷卻工藝可節(jié)約用水量約20%，提高煤焦油回收率約10%，循環(huán)氨水池面積也有所減小，降低了有害氣體排放量。
   ④ SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的投產(chǎn)成功標(biāo)志著我國(guó)半焦行業(yè)的發(fā)展跨上了一個(gè)嶄新的臺(tái)階，有利于半焦產(chǎn)業(yè)沿著節(jié)能環(huán)保、資源合理利用的軌道健康發(fā)展，對(duì)于實(shí)現(xiàn)半焦生產(chǎn)規(guī)?；?、現(xiàn)代化具有重要意義。
 
(本文作者：高武軍 薛選平 史劍鵬 張峻青 中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司 陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西西安 710032)