山西原平化学工业集团有限责任公司焦化车间135万t/a焦化项目始建于2008年,由18台7.5万t/a内热式直立炉组成,原设计采用传统湿法熄焦方式,公司2013年开始着手对1#炭化炉进行改造,熄焦方式改为低水分法熄焦。
低水分法熄焦是目前国内外广泛应用的一项节能技术,合格原料煤经辅助煤箱到炭化炉预热段、干馏段,产出的红热兰炭被冷却段雾化水或低压蒸汽冷却后,经拨料阀、星形卸料器、皮带输送机进行分级后出售。该技术是在整个熄焦过程中,通过安装在导焦箱上方的喷嘴喷水雾达到熄焦的目的。其原理是:熄焦过程中,水通过专门设计的喷嘴喷出,大量水流迅速穿过兰炭层,在短暂时间内产生大量的水蒸气,瞬间充满和覆盖整个兰炭层,使得红焦与空气隔绝,达到均匀熄灭兰炭的目的。在相同操作条件下,低水分法熄焦不仅喷水均匀,而且喷水冲击力大,与蒸汽混合冷却效果好,使溢出的蒸汽量大为减少,相应也就减少了补水量,剩余的喷水仅用于兰炭降温和调整水分,因此熄焦时间可以缩短,兰炭水分可以长期稳定在工艺指标范围内。
低水分熄焦是相对于湿法熄焦而言的一种新型熄焦方法。湿法熄焦在我国焦化厂普遍使用,但在湿法熄焦过程中会产生大量含污染物(含有HCN、H2S、NH3、酚类、粉尘等有害物质)的湿蒸汽排入大气中,不仅严重污染环境,浪费大量的热能,消耗大量的水与煤气,而且影响兰炭的质量。而低水分熄焦工艺不仅能够明显控制熄焦后的兰炭水分,获得含水量较低且相对稳定的兰炭,而且熄焦过程中使兰炭温度迅速下降,缩短生成水煤气和H2S的反应时间,使外排蒸汽中的CO和H2S等有害成分明显减少。
改造实施
在原来的导焦箱上安装8个专用喷嘴(前面5个、后面3个),在导焦箱下方安装拨料阀、星形卸料器,兰炭经过降温后,通过拨料阀均匀地旋转拨下去,通过星形卸料阀送到输送机上。
改造后的指标
(1)煤气成分
通过对煤气进行269次的采样分析,煤气成分平均值为:CO2 12.40%、C2H4 0.09%、C2H6 0.34%、O2 0.13%、N2 40.29%、CH4 5.84%、CO 10.8%、H2 30.10%,热值6988 kJ/m3。可见,煤气中的有效成分(CO+H2)≥40%。
(2)兰炭指标
通过对兰炭进行130次的取样分析,分析数据平均结果为:全水分9.99%、干基灰分7.74%、干基挥发分3.78%、干基固定碳88.48%。
(3)能耗比较
改造前,采用湿法熄焦工艺,年耗煤气1.08×107 m3,年耗水26496 t,年耗电 118800 kW·h,无压缩空气消耗,污染物排放较大,年维护费50万元,年费用合计约280万元。改造后,采用低水分熄焦工艺,无煤气消耗,年耗水10800 t,年耗电 126000 kW·h,年耗压缩空气61200 m3,污染物排放较少,年维护费10万元,年费用合计约20万元(计算中煤气按0.2元/m3、工业水按3元/t、压缩空气按 0.13元/m3、电按0.46元/kW·h计)。
经济效益和社会效益
单台内热式直立炭化炉采用低水分熄焦工艺比采用传统湿法工艺每年节约费用200多万元,但建设成本上低水分熄焦工艺比传统湿法工艺要高出约60万。在节能环保方面,低水分熄焦工艺较传统湿法工艺先进,通过内部喷洒水来冷却半焦,有效降低了半焦含水率,节省了烘干煤气消耗,并且减少了污染物的排放,有效保护了环境。
下一步需改进的地方
单台内热式直立炭化炉采用低水分熄焦工艺后,还存在以下不足之处:低水分熄焦传动设备较多,设备故障率较高;兰炭破损增加;排料口还有少许熄焦蒸汽与废气泄漏。这些不足还需要在今后的生产过程中逐步改进。