SH2007型10萬(wàn)噸/a內(nèi)熱式直立炭化爐研發(fā)設(shè)計(jì)中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司

陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司高武軍摘要：本文重點(diǎn)介紹了本院研發(fā)設(shè)計(jì)的SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的工藝流程，爐體結(jié)構(gòu)，裝備水平等主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并闡明進(jìn)一步推廣應(yīng)用SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐，對(duì)于科學(xué)發(fā)展半焦產(chǎn)業(yè)，提高半焦產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備水平，對(duì)于打造陜北能源重化工基地，對(duì)于發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)、增加地方財(cái)政收入有著十分重要的意義。關(guān)鍵詞：SH2007型直立炭化爐研發(fā)設(shè)計(jì)1前言我院地處陜西，陜西榆林的神（木）府（谷）地區(qū)煤炭資源及其豐富，依靠我院在焦化產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、人才優(yōu)勢(shì)和十多年焦化工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)榆林地區(qū)煤炭深加工轉(zhuǎn)化工業(yè)的需求，開(kāi)拓市場(chǎng)，于2000年我院在神木縣設(shè)立了辦事處和焦化技術(shù)服務(wù)中心，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，開(kāi)發(fā)出了一大批單座年產(chǎn)3—5萬(wàn)噸的直立式炭化爐，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)和推動(dòng)作用。在開(kāi)發(fā)承建直立爐的過(guò)程中，我院十分重視科學(xué)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。2002年我院承擔(dān)的神華集團(tuán)神東電力公司焦化廠首次將機(jī)焦的備煤、篩焦、煤氣凈化設(shè)備引入到直立爐設(shè)計(jì)，逐步向規(guī)?；?、大型化發(fā)展。形成了3x5座成組上煤、出焦、建成國(guó)內(nèi)第一家年產(chǎn)15萬(wàn)噸半焦廠，同時(shí)回收1.5萬(wàn)噸中溫煤焦油和1.2X108Nm3/a煤氣，剩余煤氣用于發(fā)電，該項(xiàng)目是當(dāng)時(shí)全國(guó)最大規(guī)模的半焦廠，直到今天仍然在正常運(yùn)行。近年來(lái)我院又成功地研發(fā)了單體10萬(wàn)噸/年的直立式炭化爐，并已成功投入使用，效果良好，成為全國(guó)第一。2008年我院參與了由中國(guó)煉焦行業(yè)協(xié)會(huì)組織的對(duì)半焦行業(yè)狀況的調(diào)研工作，為新修訂的《焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件》的修訂提供了半焦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、環(huán)保等方面的資料及一些建設(shè)性意見(jiàn)，使《焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件》（2008年修訂）中將半焦的生產(chǎn)爐型納入準(zhǔn)入條件管理的爐型，產(chǎn)量及技術(shù)要求有了明確的條件和目標(biāo)。半焦各類(lèi)爐型的存在緣于其較強(qiáng)的自身資源和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，其生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)需使用優(yōu)質(zhì)煉焦煤，我省及山西、內(nèi)蒙古、新疆等地的不粘結(jié)性煤炭資源非常適合使用這種爐型，發(fā)揮了地區(qū)資源優(yōu)勢(shì)。此外，半焦及副產(chǎn)中溫煤焦油、煤氣產(chǎn)品成本較低，其較低的市場(chǎng)價(jià)格和較好的使用性能在鐵合金、電石冶煉、化肥制氣、高爐噴吹等企業(yè)中占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額，但近年來(lái)，半焦?fàn)t布局分散，其副產(chǎn)品無(wú)法集中使用，焦?fàn)t煤氣大量放散，造成的環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重，產(chǎn)業(yè)無(wú)法健康有序發(fā)展，對(duì)此，陜西省發(fā)改委、陜西省環(huán)保局高度重視，我院也積極的協(xié)同政府部門(mén)開(kāi)展調(diào)研，提出改進(jìn)措施，使半焦生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)有較快的提升。自2006年起我院設(shè)計(jì)投產(chǎn)建設(shè)的一批較高技術(shù)裝備水平的60萬(wàn)噸/年規(guī)模的半焦生產(chǎn)裝置已有9家，采用了我院開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的5、6、7.5萬(wàn)噸/a單體直立爐爐型。自2007年設(shè)計(jì)的第一套6X10萬(wàn)噸/a的半焦生產(chǎn)裝置2008年9月投產(chǎn)運(yùn)行后，全國(guó)已經(jīng)先后有7家企業(yè)選擇了該種新?tīng)t型，同時(shí)，對(duì)于備煤裝置的大型化、自動(dòng)化，以及焦炭脫水、干燥等裝置，我院也在循序漸進(jìn)的探索中提升其檔次。并對(duì)企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)后能耗的降低，焦化副產(chǎn)品的綜合利用，走循環(huán)經(jīng)濟(jì)的各類(lèi)工藝產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、配套，使半焦行業(yè)走向良性循環(huán)，提高裝備水平，走向持續(xù)、健康、穩(wěn)定的發(fā)展道路作出我們最大的貢獻(xiàn)。下面，我以神木縣大柳塔華盛公司的SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐為例，介紹一下當(dāng)前中國(guó)半焦主流生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備情況。2SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐概述SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐為3孔12門(mén)，單座公稱(chēng)生產(chǎn)能力10萬(wàn)噸/年，該爐型的研發(fā)設(shè)計(jì)充分考慮到神府煤田長(zhǎng)焰煤煤質(zhì)特點(diǎn)，在總結(jié)我院SH2005型和SH2006型內(nèi)熱式直立炭化爐基礎(chǔ)上進(jìn)行爐體改進(jìn)完善，同時(shí)選擇工藝技術(shù)先進(jìn)可靠的生產(chǎn)流程、裝備水平較高的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行配套。SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐單座產(chǎn)能10萬(wàn)噸/a(生產(chǎn)時(shí)間按300天/a計(jì)算，同時(shí)考慮到單座循環(huán)間修等因素)，設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留有超產(chǎn)2萬(wàn)噸/a的富余量，為了布料均勻，加熱均衡每座爐設(shè)計(jì)為孔12門(mén)。爐組布置根據(jù)總規(guī)模及地形來(lái)確定，年生產(chǎn)規(guī)模120萬(wàn)噸采取每6座為1組(2X6)；年生產(chǎn)規(guī)模60萬(wàn)噸采取每3座為1組(2X3)或6座為1組，(1X6)。儲(chǔ)煤塔布置在兩爐組中間上部。3生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介神木縣大柳塔華盛機(jī)制半焦廠配套建設(shè)有洗煤車(chē)間由煤礦運(yùn)來(lái)的20—150啞塊煤經(jīng)洗選篩分除去小花0啞的碎料后為合格入爐煤。合格的原料用膠帶機(jī)卸入爐組上部的儲(chǔ)煤倉(cāng)經(jīng)帶有卸料車(chē)的帶式輸送機(jī)再經(jīng)放煤旋塞和輔助煤箱裝入炭化爐內(nèi)懷艮據(jù)生產(chǎn)工藝要求，每30分鐘打開(kāi)放煤旋塞向炭化爐內(nèi)自動(dòng)加煤一次加入炭化爐的塊煤自上而下移落，與燃燒室送入的高溫氣體逆流接觸。炭化室的上部為預(yù)熱段，塊煤在此段被預(yù)熱到360-400°C左右；接著進(jìn)入炭化室中部的炭化段，塊煤在此段被加熱到680-720C左右，并被炭化為半焦；半焦通過(guò)炭化室下部的冷卻段時(shí)，經(jīng)排焦箱與爐底水封槽內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣換熱冷卻至200T60°C左右，最后被推焦機(jī)推入爐底水封槽內(nèi)被冷卻到50C左右由刮焦機(jī)連續(xù)刮出通過(guò)刮焦機(jī)尾部時(shí)經(jīng)烘干裝置烘干后落入半焦料倉(cāng)后進(jìn)入篩焦運(yùn)焦系統(tǒng)。煤料炭化過(guò)程中產(chǎn)生的荒煤氣與進(jìn)入炭化室的高溫廢氣混合后，經(jīng)上升管、橋管進(jìn)入集氣槽，120C左右的混合氣體在橋管和集氣槽內(nèi)經(jīng)循環(huán)氨水噴灑被冷卻至80C左右?；旌蠚怏w和冷凝液送至煤氣凈化工段。詳見(jiàn)工藝流程簡(jiǎn)圖圖一。圖1工藝流程簡(jiǎn)圖SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的加熱系統(tǒng)?；貭t煤氣是經(jīng)煤氣凈化工段凈化和冷卻后的煤氣，助燃空氣是由離心風(fēng)機(jī)鼓入，兩種氣體在磚煤氣道內(nèi)經(jīng)混合燃燒器后進(jìn)入直立爐燃燒系統(tǒng)，燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣，

通過(guò)燃燒室兩側(cè)的進(jìn)氣孔進(jìn)入炭化室內(nèi)利用高溫廢氣的熱量將煤料進(jìn)行炭化。4爐體結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的爐體結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)下圖圖二（2-1、2-2、2-3）。15681568來(lái)自集氣軸工股婀款圖2-2圖2-3圖中：1.爐頂煤倉(cāng)，2.電液動(dòng)平板閘門(mén)，3.防爆裝置，4.輔助煤箱，5.護(hù)爐鐵件，6.直立炭化爐爐體，7.測(cè)溫孔，8.燃燒室，9.布?xì)?/p>

孔，10.排焦箱，11.爐底水封槽，12.推焦機(jī)，13.刮焦機(jī)，14.空氣風(fēng)機(jī)，15.集氣罩，16.上升管，17.橋管，18.集氣槽。SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐的爐體主要技術(shù)參數(shù)如下:（1）炭化爐高8000mm（2）炭化爐寬4320mm（3）炭化爐長(zhǎng)16780mm（4）炭化爐孔數(shù)孔（5）炭化爐排焦門(mén)數(shù)12門(mén)（6）炭化爐有效容積262.593n（7）爐料周轉(zhuǎn)時(shí)間（爐料入爐至出爐）10h5爐體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及耐火材料用量5.1爐體結(jié)構(gòu)及主要特點(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，并且考慮到停爐檢修等因素，所以，爐體主要選用粘土質(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)耐火澆注料。（2）爐體結(jié)構(gòu)由內(nèi)部的耐火磚布?xì)饣▔?、耐火磚內(nèi)墻、中心隔墻、保溫隔熱層和爐外墻組成。（3）爐頂部安裝有布料集氣裝置。（4）爐上、中、下部和出焦口均裝有測(cè)溫裝置。（5）供給爐內(nèi)的加熱煤氣和空氣均設(shè)計(jì)有計(jì)量裝置和燃?xì)饣旌掀餮b置。（6）單座產(chǎn)能10萬(wàn)噸/a，設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留有超產(chǎn)2萬(wàn)噸/a的富余量，采取提高炭化溫度改變周轉(zhuǎn)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。規(guī)模效益明顯；（7）采用連續(xù)上煤定時(shí)自動(dòng)布料、水封密閉出焦，環(huán)保效果好；采用多項(xiàng)密封隔熱保溫措施，保證直立炭化爐爐體嚴(yán)密性，既可防止高溫?zé)煔馔庖?又可提高炭化爐熱工效率并改善職工生產(chǎn)操作環(huán)境。5.2單座爐體所需用主要耐火材料數(shù)量如下：TOC\o"1-5"\h\z異型高鋁磚28噸異型粘土磚308噸高鋁火泥3."屯粘土火泥38.3屯6煤氣凈化工藝流程及主要設(shè)備配置SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐采用間接冷卻工藝流程。從直立炭化爐頂部出來(lái)的粗煤氣經(jīng)過(guò)上升管、橋管后進(jìn)入集氣槽。在橋管、集氣槽處用氨水噴嘴噴灑循環(huán)氨水，將120°C左右的粗煤氣冷卻至80C左右。橋管、集氣槽處的氨水焦油冷凝液通過(guò)設(shè)在集氣槽底部的管道自流回焦油氨水澄清分離槽(熱環(huán)池)內(nèi)。煤氣則匯入荒煤氣總管，經(jīng)氣液分離器分離出來(lái)的焦油、氨水進(jìn)入熱氨水循環(huán)池內(nèi)，澄清分離出來(lái)的氨水進(jìn)入氨水中間槽，用循環(huán)氨水泵打回焦?fàn)t爐頂，噴灑冷卻從橋管、集氣槽來(lái)的粗氣，循環(huán)使用。從直立爐集氣管來(lái)的80C的粗氣，經(jīng)氣液分離器，進(jìn)入橫管式間冷器一段，用循環(huán)冷卻水冷卻至45C，再進(jìn)入橫管式間冷器二段，用冷卻水循環(huán)水冷卻至30?35C，再進(jìn)入電捕焦油器，脫除焦油霧的煤氣用羅茨風(fēng)機(jī)加壓，部分送至刮板烘干機(jī)端部烘干裝置，與空氣混合燃燒烘干半焦，部分送回直立炭化爐供爐體加熱，剩余部分煤氣送往本廠配套建設(shè)的發(fā)電車(chē)間。煤氣凈化工藝流程主要設(shè)備選型。橫管冷卻器FN=4000tf4臺(tái)電捕焦油器DN46004臺(tái)

羅茨鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)：羅茨鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)：L105WD升壓：19.6KPa6臺(tái)轉(zhuǎn)速：580r/min流量：691m3/min進(jìn)入冷卻塔內(nèi)的煤氣經(jīng)間接冷卻冷降溫，90%以上大部分的焦油、氨氣、水蒸汽被冷凝下來(lái)，從塔體底部通過(guò)冷環(huán)回流管自流到冷環(huán)池內(nèi)。詳見(jiàn)以下煤氣凈化工藝流程圖圖三循?環(huán)水下木質(zhì)卬木上水低殖水下水615剩余氮水去黔釵污水翹站15割余景氣她戶頊分巢御干裝置-循?環(huán)水下木質(zhì)卬木上水低殖水下水615剩余氮水去黔釵污水翹站15割余景氣她戶頊分巢御干裝置-部枷苦風(fēng)爐加熱圖中：1.氣液分離器，2.橫管冷卻器，3.電捕焦油器，4.煤氣鼓風(fēng)機(jī)，5.氨水循環(huán)池，6.剩余氨水泵，7.循環(huán)氨水泵，8.焦油中間泵，9.橫管冷卻器水封槽，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.電捕焦油器水封槽，15.地下放空槽，16.地下放空槽液下泵，17.鼓風(fēng)機(jī)水封槽，18.剩余氨水槽，19.氨水泵，20.焦油貯槽，21.焦油泵。7設(shè)計(jì)中采用的環(huán)境保護(hù)措施7.1概述半焦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生污染環(huán)境的煙、塵、液、渣及噪聲等，廢水中含有酚和氤化物等有害物質(zhì)，廢氣中主要有害物質(zhì)有CO、SO2、NOy、HCN、BaP等。為了減輕或消除其危害程度，在設(shè)計(jì)中將采取各種可行的控制措施，使污染物的排放符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，最大可能消除或減少對(duì)環(huán)境的污染程度。7.2污染源及其控制7.2.1廢氣、粉塵半焦車(chē)間廢氣、粉塵污染源治理措施：一是防止廢氣、粉塵產(chǎn)生；二是避免廢氣、粉塵飛揚(yáng)。煤、焦堆場(chǎng)配有噴灑水系統(tǒng)，減少粉塵排放。在堆場(chǎng)周?chē)藿?0米高的擋風(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)范設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布置。半焦的排出采用濕法刮板出焦，徹底解決出焦時(shí)粉塵外冒。煤、焦破碎、篩分室設(shè)有布袋除塵器進(jìn)行機(jī)械除塵。采取上述主要措施后，可有效控制粉塵污染，改善操作環(huán)境。7.2.2廢水半焦車(chē)間工藝中采用清水、熱環(huán)、冷環(huán)、三個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，冷環(huán)系統(tǒng)采用冷水間接冷卻。生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的污水送往本廠配套的污水處理站，生產(chǎn)系統(tǒng)無(wú)外排水。各水封槽、管道的冷凝水集中收集排入焦油氨水循環(huán)池處理出水在廠內(nèi)閉路循環(huán)。7.2.3廢渣半焦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的少量焦油渣集中存放渣池集中處理。焦油渣可作燃料供燒磚使用或用作型煤、型焦粘結(jié)劑。7.2.4噪聲噪聲污染源主要為風(fēng)機(jī)、水泵、皮帶機(jī)、振動(dòng)篩等運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備?？刂拼胧┦强諝怙L(fēng)機(jī)和煤氣風(fēng)機(jī)采用封閉進(jìn)出口系統(tǒng)采用消音設(shè)備減少噪聲外逸；水泵及煤氣風(fēng)機(jī)等分置室內(nèi)，以建筑物隔聲；皮帶運(yùn)輸機(jī)采用電動(dòng)滾筒傳動(dòng)減少噪音。7.2.5廠區(qū)綠化綠化可以起到凈化空氣、吸附有害氣體、減塵滯塵、消弱噪聲等環(huán)境保護(hù)的作用，并能美化環(huán)境、改善小氣候?？倛D布置執(zhí)行《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-90)，保證本工程不對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生影響。本工程在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)周?chē)h(huán)境有一定的影響，在廠區(qū)空地、護(hù)坡、道路兩側(cè)及煤焦等堆場(chǎng)周?chē)M(jìn)行綠化。綠化系數(shù)取20%。8小結(jié)按照中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部“總量控制、調(diào)整結(jié)構(gòu)、節(jié)約能(資)源、保護(hù)環(huán)境、合理布局”的文件要求我院在提高單爐生產(chǎn)能力，提高技術(shù)、裝備水平，提高產(chǎn)品附加值，降低污染排放，降低能耗方面做了一些初步的具體工作，SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐實(shí)驗(yàn)裝置由神木縣大柳塔華盛機(jī)制半焦廠首家投資建設(shè)于2007年8月正式開(kāi)工建設(shè)，2008年9月16日順利投產(chǎn)，經(jīng)調(diào)試后主要技術(shù)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。與國(guó)內(nèi)幾種直立式炭化爐來(lái)比較，其優(yōu)點(diǎn)為單爐產(chǎn)量高；爐體結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，異型磚數(shù)量少；工程造價(jià)低，噸焦投資約220元左右；建設(shè)周期短，60萬(wàn)噸/a的半焦廠包括環(huán)保設(shè)施在內(nèi)10-12個(gè)月可建成投產(chǎn)；爐體采用的耐火材料數(shù)量少，均為高鋁磚和粘土磚，外墻全部采取民用建筑工程普通紅磚砌筑，60萬(wàn)噸/a的半焦廠耐火材料總用量為2684.42噸（包括耐火土）；配套的煤氣凈化系統(tǒng)采用間接冷卻工藝流程，相比直接冷卻工藝可節(jié)約新水用量20%，煤焦油回收率可提高10%，同時(shí)循環(huán)氨水池面積的面積也有所減小，降低了有害氣體污染量；對(duì)于節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境具有一定意義，SH2007型內(nèi)熱式直立炭化爐可以在半焦生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。9炭化爐相關(guān)技術(shù)研發(fā)信息9.1直立式炭化爐干法出焦裝置根據(jù)直立式炭化爐的生產(chǎn)實(shí)踐，結(jié)合鐵合金和電石生產(chǎn)對(duì)半焦水分含量要求小的特點(diǎn)，我院正在研發(fā)半焦干法出焦裝置。該裝置已經(jīng)確定在山東信發(fā)集團(tuán)新疆五家渠農(nóng)六師蘭炭有限公司60萬(wàn)噸/年半焦項(xiàng)目中進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。采用干法出焦裝置處理后的半焦水份含量可控制在2%以下，直接供給密閉式電石爐車(chē)間應(yīng)用，能滿足其密閉式電石爐工藝技術(shù)要求。該工藝裝置在原工程總投資的基礎(chǔ)上增加費(fèi)用約600-800萬(wàn)元，可以減少電石爐車(chē)間的原料烘干裝置。同時(shí)，每噸半焦可以節(jié)約生產(chǎn)補(bǔ)充新水230kg左右。9.2SH-2009型隧道窯低溫干餾工藝“采用隧道窯燒制工藝，