兰炭掺烧技术的研究与应用

辛收良

【摘 要】简述了兰炭掺烧技术的研究背景；介绍了掺烧实验的主要过程及工艺操作指标,阐明了兰炭掺烧技术的关键点和创新点.应用效果表明:①掺烧兰炭后吨氨煤耗降低20 kg,每月可降低生产成本21.4万元；②掺烧兰炭的价格差价约为148元/t,每月可降低生产成本约32.6万元. 【期刊名称】《化肥设计》 【年(卷),期】2013(051)001 【总页数】3页(P53-55)

【关键词】兰炭;无烟煤;掺烧;研究;应用 【作 者】辛收良

【作者单位】兖矿峄山化工有限公司,山东邹城273500 【正文语种】中 文 【中图分类】TQ113.241

1 研究背景

(1)国内无烟煤市场的变化。2009年以来，国内主要无烟煤生产企业晋城煤业集团在山东、河北、安徽、湖北等省收购了55家以无烟煤为原料的尿素企业，其氨醇年产量已达到1000万t，但其开采的无烟块煤仅能满足其控股企业用煤量的60%～70%，致使无烟煤市场供应日趋紧张，无烟煤价格逐步攀升，以无烟煤为

主要原料的化肥企业面临严重的生存危机。

(2)兖矿峄山化工有限公司用煤现状。该公司目前使用的无烟块煤，到厂价格已达到1 500元/t，而且煤种杂，吨氨成本比晋煤集团的尿素企业高出300～400元，无烟煤的费用已占到峄化尿素制造成本的57%，2011年1月尿素的边际贡献为-202.3元。随着晋煤集团控股化工企业的持续发展和其自身无烟煤用量的不断增加，其无烟煤的对外供应将会越来越少，如果峄化继续保持单纯以无烟煤作为尿素装置的原料煤，则将无法摆脱严重亏损的局面。因此，想要改变这一现状，就要采取措施以降低日益紧缺的无烟煤对公司生产经营的制约。

(3)兰炭的物化特性。兰炭，早期又称半焦，因其在燃烧时产生蓝色的火焰而得名。兰炭是以侏罗纪不粘煤和弱粘煤为原料，采用中低温干馏工艺生产的一种高固定碳含量的固体物质，广泛应用于电石、铁合金、化肥造气、高炉喷吹和城市居民洁净用煤等生产、生活领域。但同时兰炭的强度和抗碎性比较差，灰熔点通常在1 300℃左右。质量标准为固定碳≥80%，挥发分≤4%，灰分≤6%，硫≤0.3%，水分≤18%，矸石≤5%，煤末＜8%，粒度20～30 mm。

(4)兰炭部分替代白煤的可能性。氮肥生产对半水煤气中的各种成分有严格的要求，因此要求原料中的挥发分的含量不能太高，水分也不能太高。兰炭与一般焦炭相比具有固定炭高、比电阻率高、化学活性高、灰分低、硫低、磷低、水分低等“三高四低”的特点，而且，目前兰炭的市场价格为1 280元/t，相比无烟煤有明显的价格优势，可以作为替代白煤的低价原料。

(5)研究重点。因兰炭灰熔点较低(1 300℃左右)，而造气炉内部气化层温度在1 100℃左右，极易造成兰炭流化，所以研究的重点之一是兰炭与白煤的掺烧比例，掺烧比例的确定关系到节能降耗的实施效果，具有很大意义。因原料的改变，试烧期间可能会造成造气炉运行工况发生一定的变化，进而影响后系统生产的稳定性，因此采取何种应对措施以保证系统稳定运行，这亦是兰炭掺烧技术的研究重点之一。

2 研究目标

(1)选择合适的掺烧比例和掺烧方法，以满足供气需求，达到有效降低生产成本的目的。

(2)制定合适的工艺操作指标，以保证操作稳定。 3 掺烧实验

(1)第1步按兰炭与原料煤体积比1∶3开始试烧，待炉况稳定后调至体积比1∶2试烧，最终调至体积比1∶1试烧，整个过程不断跟踪各项工艺指标并及时进行调整，最终达到最优。

(2)实验期间:①查看、分析试烧造气炉疤块、下灰情况;②探火检查炉内各层分布及反应情况;③分析半水煤气气体成分，在保证入炉风压、风量不变的情况下，分析气体成分与之前的变化，并根据CO2含量增加的情况，不断调整炭层高度和工艺指标。

(3)试烧稳定后，制定相应的工艺操作指标，包括蒸汽压力、空气总管压力、循环各阶段百分比、空层高度等，同时制定相应的工艺考核指标，包括上下行炉温、灰仓温度、灰渣含炭量、CO2含量等。 4 改造工艺设备

(1)增加和改造相应的筛分输送设备:①白煤料仓上部新增1个振动筛，对用于掺烧的白煤进行初步筛分，去除大块，保证白煤能够匀速送出。②为保证兰炭与白煤混合均匀及掺烧效果，减小原料过筛机筛网分级粒度，由原来的100 mm×100 mm改为80 mm×80 mm，控制白煤粒度不能大于80 mm。③在原有筛分白煤设备的基础上增加1台皮带机，专门用于输送兰炭，通过调节皮带机转速，控制皮带机输送量，将白煤与兰炭按照一定比例输送至第3台皮带机上，再输送至二级筛分装置，筛分掉煤末，也可对2种原料起到混合作用，最后将混合后的块煤输送至储罐储存待用。

(2)增加兰炭储存厂房。由于兰炭吸水性强，需增加兰炭储存厂房，防止雨天造成兰炭水分高的问题。

(3)调整造气炉排灰口内防流高度。将造气炉排灰口内防流高度由320 mm调整到290 mm，防止淌炉事故发生。内防流宽度保持不变，将造气炉仰息角降低至50°。 5 确定主要工艺指标

造气炉改造完成后，按兰炭与原料煤体积比1∶3开始试烧，先保证入炉风压、风量不变的情况下，分析气体成分并与之前作比较，根据CO2含量增加情况，调整炭层高度和工艺指标，炉况稳定后掺烧比例由1∶3调至1∶2试烧，工况稳定后，最终调至体积比1∶1试烧，稳定炉况。调整后的主要工艺操作指标如下。 (1)灰渣含碳量≤20%，半水煤气中CO2含量≤11%。

(2)180℃≤上行炉温≤260℃，200℃≤下行炉温≤280℃，灰仓温度≤300℃。 (3)入炉兰炭的要求:固定碳≥80%，挥发分≤4%，灰分≤6%，硫≤0.3%，水分≤18%，矸石≤5%，煤末＜8%，粒度20～30 mm。 (4)入炉白煤粒度要求:20 mm≤粒度≤80 mm。 6 兰炭掺烧技术的关键点

(1)因兰炭的粒度小，需对造气炉排灰口进行改造，否则极易淌炉。排灰口内防流高度由320 mm调整到290 mm，内防流宽度保持不变，将造气炉仰息角降低至50°。

(2)增加皮带机、改变振动筛筛网分级粒度，保证兰炭掺烧均匀。

(3)将纯白煤造气炉控制的1.8 m空程提高到掺烧时的1.7 m，并根据空程变化延长吹风时间。由于炭层的提高，上下行炉温各降低40℃，减少气体带出热量，增加原料的有效利用率。 7 兰炭掺烧技术的创新点

(1)块煤与兰炭的粒度决定了各自气化速度不同，用20～40 mm的兰炭(稍大于小

籽煤的粒度)进行对比实验，其气化反应到成渣的时间基本接近。

(2)以块煤为床层反应的骨架(体积比各50%)，在气化过程中兰炭因灰熔点低，固定碳含量高(高于块煤10%)，将首先气化且成渣性差，而块煤灰熔点高且成渣性好，构成稳定的反应层，阻力均匀，气化剂扩散速度均匀。当兰炭比例超过50%以上时，导致气化层骨架中低灰熔点且成渣性差的兰炭成为主力，所有工艺调整变成以兰炭气化的要求为主，影响单位时间的产气量，因此混合均匀1∶1的体积比是掺烧成功的关键。

(3)因混合后的兰炭与块煤总体粒度偏小，床层阻力达到28 kPa，极易造成床层的吹翻，需降低风压2 kPa，增加吹风时间1～2 s，同时加大上吹蒸汽流速和流量，气化层厚度由300 mm增加到350 mm～400 mm左右。风机电流基本保持不变，确保空气量不减少，使单位时间产气量不降低。 (4)用兰炭和白煤掺烧，通过调节使之达到最佳配比。 8 掺烧效果

掺烧兰炭后，造气炉上下行温度有所降低，由原来的300℃左右下降到240℃，有效降低了热损失。在不增加开炉数和入炉煤量的前提下，能够满足供气需求，吨合成氨降低煤耗20 kg，有效降低了生产成本。造气炉灰渣中的含炭量有所下降，控制在18%左右。 9 经济效益

(1)我公司白煤价格为1 428.57元/t，兰炭价格为1 280元/t。在现行生产状态下，每月掺烧兰炭共2 200 t，则每月因掺烧兰炭的差价可降低成本326 854元。 (2)吨氨降低煤耗20 kg，公司每月共产合成氨7 500 t，每月可降低煤耗150 t。每月煤耗降低节约成本:150×1428.57=214 285.5元。 (3)合计每月降低总生产成本约54万元。 10 结语

兰炭掺烧技术的开发与应用，标志着固定层煤气化技术的进步，无论从节约成本，还是从节能降耗，无一不体现出较强的技术发展优势，在原料煤短缺，煤种复杂多样的今天，兰炭掺烧技术为企业的生存发展开辟了一条新境，在固定层煤气化技术中，有着极大的推广价值。 参考文献:

［1］中研华泰研究院.2012～2016年中国兰炭市场营运动态及投资前景研究报告［R］.2012，08.