石化标准2007型内热式直立炭化炉的研发设计_技术研究

摘要

摘要：介绍SH2007型内热式直立炭化炉的炉体结构、主要参数、工艺流程、配套的煤气净化工艺，阐述了设计中采取的环境保护措施。关键词：内热式直立炭化炉；工艺流程；煤气净化；环境保护

摘要：介绍SH2007型内热式直立炭化炉的炉体结构、主要参数、工艺流程、配套的煤气净化工艺，阐述了设计中采取的环境保护措施。

关键词：内热式直立炭化炉；工艺流程；煤气净化；环境保护

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

陕西榆林的神(木)府(谷)地区煤炭资源丰富，根据榆林地区煤炭深加工转化工业的需求，我公司开发出了一大批单座年产半焦(3～5)×10⁴t的内热式直立炭化炉，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作用。但半焦生产企业规模小、布局散而导致半焦生产过程产生的煤气无法利用、占地较多等问题日益凸现，成为困扰半焦产业发展规模化、现代化的制约性因素。

我公司于2005年抽调部分专业设计人员在总结国内外内热式直立炭化炉生产操作经验的基础上，对如何提高其产能进行了专项研究。于2007年开发出了年产10×10⁴t的炉型，命名为SH2007型内热式直立炭化炉。2007年8月，由神木县大柳塔华盛机制兰炭厂首家投资建设的第一座SH2007型内热式直立炭化炉正式开工。2008年9月顺利投产，截至目前运行良好，并取得较高经济效益，得到该公司的认可和好评。实践证明，该炉型主要技术指标均达到了设计要求，在保证产品质量的同时其生产能力最高可达到12×10⁴t/a，是内热式直立炭化炉产能的新突破。下面以神木县大柳塔华盛机制兰炭厂的SH2007型内热式直立炭化炉为例，对其生产工艺、配套的煤气净化工艺等进行介绍。

2 炉体结构及主要技术参数

2.1 炉体结构

SH2007型内热式直立炭化炉的炉体结构见图1。该炉型由3孔炭化室、12个排焦口组成，炉体从里往外分别由内部耐火砖布气花墙、中心隔墙、耐火砖内墙、保温隔热层和红砖外墙组成。炭化室从上至下分为预热段、干馏段和冷却段；干馏段采用高铝砖砌筑，耐火砖错缝排布。在干馏段外侧设置燃烧室，煤气与空气在燃烧室内燃烧生成高温废气，高温废气经燃烧室和炭化室干馏段间隔墙的布气孔进入炭化室。该炉型有如下结构特点。

① 炉体结构简单，造价低，高效内燃，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，炉体主要选用黏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材料。

② 炉顶部安装有集气罩，起到布料均匀、集气的作用。

③ 炉上、中、下部和排焦口均装有测温装置。

④ 供给炉内的加热煤气和空气均设有计量装置和燃气混合装置。

⑤ 单座产量10×10⁴t/a，设计时预留超产2×10⁴t/a的余量。

⑥ 采用连续上煤定时自动布料、水封密闭排焦，环保效果好。

2.2 主要参数

SH2007型内热式直立炭化炉结构简单，耐火材料用量少，炉体主要选用黏土质和高铝质致密性耐火材料，单座炉体所需主要耐火材料数量见表1，主要技术参数见表2。

表1 单座炉体所需主要耐火材料数量

名称	异型高铝砖瞬型黏土砖		高铝火泥	黏土火泥
使用量/t	28.0	308.0	3.7	38.3

表2 SH2007型内热式直立炭化炉的主要技术参数

名称	炉高/mm	炉长/mm	炉宽/mm	有效容积/m³	炭化炉孔数量/孔	排焦口数量/个	运行周期/h
参数	8000	16780	4320	262	3	12	10

3 工艺流程

SH2007型内热式直立炭化炉的工艺流程见图2。经筛分后的合格入炉煤(粒径为20～150mm的块煤)用胶带机卸入炉组上部的煤塔，经带有卸料车的胶带机、煤阀和辅助煤箱装入直立炉内。根据生产工艺的要求，每30min打开煤阀向直立炉内自动加煤1次。加入直立炉的块煤自上而下移落，与高温气体逆流接触。炭化室的上部为预热段，块煤在此段被预热到360～400℃；接着进入炭化室中部的干馏段，块煤在此段被加热到680～720℃，并被干馏为半焦；半焦通过炭化室下部的冷却段时，经排焦口与炉底刮焦槽内产生的水蒸气换热冷却至160～200℃；最后落入炉底刮焦槽内，与刮焦槽内的水直接接触冷却至50℃左右，再由刮焦机刮出。通过刮焦机尾部时经烘干装置干燥后，进行筛分、入库。刮焦槽中的水是污水处理站处理后的中水。

煤料炭化过程中产生的荒煤气经上升管、桥管进入集气槽，120℃左右的荒煤气在桥管和集气槽内经循环氨水喷洒被冷却至80℃左右。粗煤气和冷凝液送至煤气净化工段。

炉体加热依靠净化后的一部分煤气和由空气风机鼓入的助燃空气燃烧产生的高温废气通过布气孔进入炭化室，利用高温废气的热量将煤料干馏；烘干装置由一部分煤气和空气燃烧产生的热量直接烘干从刮焦槽中刮出的半焦。

4 煤气净化工艺流程及主要设备配置

4.1 煤气净化工艺流程

SH2007型内热式直立炭化炉配套的煤气净化工段采用间一直冷相结合的工艺，流程见图3。从炉顶来的80℃左右的粗煤气，经气液分离器，进入初冷塔底部。冷却后的煤气从初冷塔上部进入横管冷却器上段，用循环水冷却至40～45℃；再进入横管冷却器下段，用低温循环水冷却至25～30℃。再进入电捕焦油器，脱除焦油雾后的煤气用罗茨鼓风机加压。一部分回直立炭化炉供炉体加热；一部分送至刮焦机端部的烘干装置，与空气混合燃烧烘干半焦；剩余煤气送往发电厂作为燃料。

从气液分离器分离出来的焦油、氨水混合液自流到热环氨水焦油分离池。从热环氨水焦油分离池内出来的循环氨水用热环氨水循环泵送回桥管、集气槽喷洒冷却煤气。热环氨水焦油分离池底部的焦油用焦油中间泵送至焦油储槽。

在初冷塔内煤气由下向上流动，与喷淋下来的氨水密切接触而得到冷却。聚集在塔底的喷洒液及冷凝液自流回冷环氨水焦油分离池。从冷环氨水焦油分离池内出来的澄清氨水用冷环氨水循环泵送往初冷塔顶部喷洒。分离池底部的焦油和热环氨水焦油分离池分离出的焦油一起经焦油中间泵送至焦油储槽。

初步冷却后的煤气从初冷塔上部进入横管冷却器，煤气由横管冷却器顶部进入其内的管间流道，与管内冷却水(循环水、低温循环水)逆向流动(冷却水冷却后再循环使用)，经冷却后自横管冷却器底部排出。煤气冷却时生成的冷凝液集于横管冷却器底部，排入横管冷却器水封槽中。

4.2 煤气净化工段主要设备选型

配套的煤气净化工艺首次将冶金焦化工艺中的间接冷却技术引入到半焦生产中，较传统直接冷却工艺(高温煤气与水长时间直接接触)相比，一方面减少了有毒气体的产生量，另一方面节约了用水量。表3给出了煤气净化工段采用间接冷却工艺配套的主要设备及参数。

表3 煤气净化212艺主要设备

名称	初冷塔	横管冷却器	电捕焦油器	罗茨鼓风机
数量/台	4	4	4	6
主要参数	DN 3400mm	换热面积：4000m²	DN 4600mm	转速：580r/min 流量：691m³/min

5 设计中采用的环境保护措施

半焦生产过程中会产生污染环境的烟、尘、渣、废水、废气，为了减轻废水中的酚和氰化物等有害物质以及CO、SO₂、N_xO_y、HCN、BaP等有害气体的危害，在设计中采取控制措施，最大可能地消除或减少污染物对环境的影响。

① 废气、粉尘

煤、焦堆场配有喷洒水系统，以减少粉尘排放；在堆场周围修建高10m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；煤气管道及工艺管道严格按规范要求设计，不允许有泄漏；半焦的排出采用湿法刮板排焦，彻底解决出焦时粉尘外冒的问题；煤、焦破碎、筛分室设有布袋除尘器进行机械除尘。

② 废水

生产、生活中产生的污废水送往本厂配套的污水处理站，经处理达标后，供刮焦槽补水、备煤工段、筛焦工段除尘和厂区绿化、道路喷洒等。整个厂区实现污废水零排放。

③ 废渣

半焦生产过程中产生的少量焦油渣集中存放在渣池中，然后送发电厂作燃料或外售给免烧砖、型焦等企业用作粘结剂。

④ 噪声

噪声污染源主要为风机、水泵、皮带机、振动筛等设备。控制措施：在设备选型中优先选用低噪声设备；将高噪声设备置于室内(如水泵设在水泵房中，可有效防止噪声的扩散与传播)；对振动较大的设备设单独基础或在设备底座上采取减振措施；在厂区的总平面布置中，根据地形、声源方向性、建筑物的屏蔽作用和绿化植物的吸纳作用等因素合理进行布局，以减轻噪声的危害；罗茨鼓风机、各种泵类除了选取低噪声产品外，在煤气鼓风机房、氨水泵房、供水泵房均设置有隔声操作室。

⑤ 厂区绿化

绿化对于美化厂区环境、减轻粉尘污染、搞好文明生产有着积极作用，厂区绿化可结合当地土质、气候条件等选择耐旱、抗风、抗尘的树种，车间周围及重点绿化景点可间植灌木绿篱。采用分散和重点相结合的布置方式，绿化占地约为全厂总面积的20%。

6 结语

① SH2007型内热式直立炭化炉单炉产量高，单炉产能为10×10⁴L/a，设计时预留超产2×10⁴t/a的富余量，为目前生产半焦的最大炉型。

② 企业规模大，布局集中，占地较少，工程造价低，投资额约220元/t。

③ 配套的煤气净化系统首次将冶金焦化企业中的间-直冷却相结合的工艺流程引入到半焦生产中，较传统直接冷却工艺可节约用水量约20%，提高煤焦油回收率约10%，循环氨水池面积也有所减小，降低了有害气体排放量。

④ SH2007型内热式直立炭化炉的投产成功标志着我国半焦行业的发展跨上了一个崭新的台阶，有利于半焦产业沿着节能环保、资源合理利用的轨道健康发展，对于实现半焦生产规模化、现代化具有重要意义。

(本文作者：高武军薛选平史剑鹏张峻青中国重型机械研究院有限公司陕西冶金设计研究院有限公司陕西西安 710032)