蘭炭摻燒技術(shù)在我公司的應(yīng)用

翟玉偉，劉道文

（兗礦嶧山化工有限公司，山東鄒城 273500）

1 蘭炭摻燒的必要性、目的及意義

2009年以來國(guó)內(nèi)主要無煙煤生產(chǎn)企業(yè)晉城煤業(yè)集團(tuán)，在山東、河北、安徽、湖北等省收購(gòu)了55家以無煙煤為原料的尿素企業(yè)，其氨醇年產(chǎn)量已達(dá)到10Mt，使國(guó)內(nèi)氮肥市場(chǎng)進(jìn)一步飽和，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，導(dǎo)致化肥企業(yè)一直面臨的高能耗、低收益問題變得更加嚴(yán)竣。而且晉煤集團(tuán)生產(chǎn)的無煙塊煤僅能滿足其控股企業(yè)用量的60%～70%，致使無煙煤市場(chǎng)日趨緊張，煤炭?jī)r(jià)格逐步攀升，以無煙煤為主要原料的企業(yè)面臨嚴(yán)重的生存危機(jī)。

我公司目前使用的無煙塊煤，到廠價(jià)格已達(dá)到每噸1 600元，而且煤種比較雜，晉煤集團(tuán)供給下屬企業(yè)的無煙塊煤內(nèi)部?jī)r(jià)格為1 100元左右，因此我公司噸氨成本比晉煤集團(tuán)的下屬企業(yè)高600～800元。隨著晉煤集團(tuán)控股化工企業(yè)的持續(xù)發(fā)展和自身無煙煤用量的不斷增加，無煙煤的對(duì)外供應(yīng)量將會(huì)越來越少，同時(shí)，無煙煤的費(fèi)用已占到嶧化尿素制造成本的57%。在化肥市場(chǎng)價(jià)格不甚理想的形勢(shì)下，企業(yè)要生存、要發(fā)展，節(jié)能降耗、降低成本是必然的選擇。

由于氮肥生產(chǎn)對(duì)半水煤氣中的各種成分有嚴(yán)格的要求，因此要求原料中的揮發(fā)分不能太高，另外要穩(wěn)定操作，原料中的水分也不能太高。經(jīng)過前期調(diào)研，發(fā)現(xiàn)與一般焦炭相比，蘭炭具有固定碳高、比電阻率高、化學(xué)活性高、灰分低、硫低、磷低、水分低等 “三高四低”的特點(diǎn)，是最有可能作為替代白煤的低價(jià)原料。相比無煙煤，目前蘭炭市場(chǎng)價(jià)格有很大的優(yōu)勢(shì)，所以摻燒蘭炭對(duì)于降低生產(chǎn)成本、節(jié)能降耗，具有很大意義。

2 蘭炭摻燒技術(shù)應(yīng)用過程需注意的問題

蘭炭，早期又稱半焦，因其在燃燒時(shí)產(chǎn)生藍(lán)色的火焰而得名。蘭炭是以侏羅紀(jì)不粘煤和弱粘煤為原料，采用中低溫干餾工藝生產(chǎn)的一種高固定碳含量的固體物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于電石、鐵合金、化肥造氣、高爐噴吹和城市居民潔凈用煤等生產(chǎn)、生活領(lǐng)域。但蘭炭的強(qiáng)度和抗碎性比較差，灰熔點(diǎn)通常在1 300℃左右。摻燒蘭炭需考慮以下問題。

（1）首先根據(jù)造氣爐的生產(chǎn)特性，要求入爐蘭炭要符合一定的質(zhì)量要求。

（2）因蘭炭灰熔點(diǎn)較低（1 300℃左右），而造氣爐使用的無煙煤灰熔點(diǎn)大于1 500℃。由于灰熔點(diǎn)的不同，成渣性也不同，要求保證摻燒入爐時(shí)兩種煤能夠混合均勻，避免塊煤與蘭炭的層次分明，給造氣操作增加難度，進(jìn)而影響到造氣爐的產(chǎn)氣質(zhì)量。

（3）由于蘭炭的粒度小，因此要求對(duì)造氣爐排灰口進(jìn)行技術(shù)改造，防止發(fā)生淌爐事故。

（4）最后的關(guān)鍵在于蘭炭與塊煤的摻燒比例及摻燒方法。在摻燒過程中要遵循先少后多，循序漸進(jìn)的原則，先按蘭炭與原料煤體積比1∶3開始試燒，待爐況穩(wěn)定后調(diào)至1∶2試燒，最終調(diào)至1∶1試燒。

（5）在整個(gè)摻燒過程中，最重要的就是工藝指標(biāo)的調(diào)節(jié)。無論燒哪種煤，以及什么比例，都有一個(gè)最優(yōu)的工藝指標(biāo)。通過不斷的摸索，形成自己的一套具有數(shù)據(jù)依據(jù)的豐富理論知識(shí)，是摻燒能夠成功的關(guān)鍵。

3 采取的措施

（1）蘭炭主要產(chǎn)地集中在山西、陜西和內(nèi)蒙古等地，通過分析和考察，一致認(rèn)為陜西神木的蘭炭在強(qiáng)度、揮發(fā)分和水分方面都要優(yōu)于別地蘭炭?？紤]其化學(xué)成分對(duì)生產(chǎn)工藝條件的制約，選取了粒度為18～30mm的中料蘭炭。質(zhì)量符合要求的蘭炭特性為，固定碳≥82%，揮發(fā)分≤4%，灰分≤6%，硫≤0.3%，水分≤18%，矸石≤5%，煤末＜8%。

（2）先篩分塊煤，去除大塊，保證塊煤的均勻，然后采用機(jī)械輸送方式保證兩種原料混合均勻。

①改變用鏟車來摻燒蘭炭的方式，增加一條皮帶，專門用于輸送蘭炭。避免出現(xiàn)一條皮帶導(dǎo)致的混合不均勻，料罐內(nèi)的塊煤和蘭炭層次分明的情況。

② 新增兩個(gè)煤倉(cāng)，對(duì)白煤進(jìn)行初步的篩分，去除大塊和煤末。

③ 在二級(jí)白煤料倉(cāng)的上部新增一個(gè)振動(dòng)篩，進(jìn)一步去除大塊和煤末，保證白煤能夠勻速送出。

④為保證蘭炭摻燒效果，使白煤能夠充分燃燒，改變?cè)线^篩機(jī)篩網(wǎng)分級(jí)粒度，改為8cm ×8cm。

（3）對(duì)型煤廠房進(jìn)行改造，儲(chǔ)存蘭炭。

①拆除廠房?jī)?nèi)的煤球制作系統(tǒng)，保留烘干系統(tǒng)。

②入爐煤經(jīng)摻和均勻后存入廠房。在雨雪天氣時(shí)使用，防止雨雪天造成蘭炭水分高的問題。

（4）將造氣爐排灰口內(nèi)防流高度由純塊煤時(shí)的320mm調(diào)整為290mm，其他保持不變，有效防止發(fā)生淌爐。

4 相關(guān)的工藝指標(biāo)改進(jìn)

以塊煤作為床層的骨架（蘭炭、塊煤體積各50%）。在氣化過程中因蘭炭的灰熔點(diǎn)低，固定碳含量高（高于塊煤10個(gè)百分點(diǎn)），其氣化成渣性差，而塊煤灰熔點(diǎn)高、成渣性好，構(gòu)成穩(wěn)定的反應(yīng)層，阻力均勻，氣化劑擴(kuò)散速度均勻。

但當(dāng)蘭炭比例超過50%（體積比）時(shí)，氣化層骨架中低灰熔點(diǎn)且成渣性差的蘭炭就成為主力，所有工藝調(diào)整變成以蘭炭氣化的要求為主，影響產(chǎn)氣量。因此，混合均勻1∶1（體積比）是摻燒成功的關(guān)鍵。

因混合后的蘭炭與塊煤總體粒度偏小，床層阻力比全燒水洗中塊增加2～3kPa，而且蘭炭的堆比重小，同樣的炭層高度混合煤種的質(zhì)量要輕許多，極易造成床層吹翻。為此，提高炭層高度，使空程由1.8m降至1.7m，降低風(fēng)壓2 kPa，增加吹風(fēng)時(shí)間1～2s，同時(shí)加大上吹蒸汽流速和流量，氣化層厚度由30cm增加到35cm左右。風(fēng)機(jī)電流基本保持不變，確保單位時(shí)間內(nèi)的空氣量不減小，使單位時(shí)間內(nèi)單爐發(fā)氣量有所上升，單爐每個(gè)循環(huán)總發(fā)氣量不降低。

當(dāng)摻燒的體積比例達(dá)到50%（質(zhì)量比30%）并穩(wěn)定后，車間對(duì)各項(xiàng)工藝指標(biāo)進(jìn)行了明確，制定了蘭炭摻燒的工藝操作法，由車間考核，技術(shù)部監(jiān)督執(zhí)行。

5 摻燒狀況及效益分析

我們于2011年7月開始試燒，9月份正式摻燒，摻燒效果不錯(cuò)。

5.1 摻燒后的狀況

（1）蘭炭摻燒質(zhì)量比例達(dá)30%后，在不增加開爐數(shù)的前提下，能夠滿足供氣需求，圓滿完成了平均噸氨煤耗小于1250kg的初步目標(biāo)。

（2）摻燒時(shí)把純白煤造氣爐控制的1.8m空程降到1.7m，并重新調(diào)整循環(huán)百分比，由于炭層的提高和循環(huán)各階段時(shí)間的改變，增加了氣化層厚度，增加了造氣爐的蓄熱能力，降低了爐渣含碳量，提高了單爐發(fā)氣量。

（3）上下行爐溫各降低40℃，減少了氣體帶出熱量，增加了原料的有效利用率。

（4）通過均勻配合，使白煤充分燃燒，灰渣含碳量進(jìn)一步降低，多次檢測(cè)，均沒有超過18%。

5.2 效益分析

經(jīng)測(cè)算，一個(gè)年產(chǎn)300kt合成氨企業(yè)，假設(shè)噸氨耗煤1 250kg，則每年消耗白煤共需375kt，按照30%的質(zhì)量比例摻燒，共摻燒蘭炭112.5kt。每噸蘭炭與白煤的差價(jià)為150元，則全年摻燒蘭炭可降低總成本1 687.5萬元。