兰炭生产工艺及发展历程

兰炭生产工艺及发展历程

  • 2020年05月12日 13:15
  • 来源:中国铁合金网

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[导读]中国铁合金网讯:兰炭(俗称:半焦或焦粉)因其燃烧时有很短的蓝色火焰而得名。按粒度不同,规格名称为:大料、中料、小料、焦面。

中国铁合金网讯:兰炭(俗称:半焦或焦粉)因其燃烧时有很短的蓝色火焰而得名。按粒度不同,规格名称为:大料、中料、小料、焦面。

兰炭是利用神府煤田盛产的优质侏罗纪弱粘煤经过低温干馏而成的,结构为块状,颜色呈浅黑色。作为一种新型的炭素材料,其以“三高四低”的特点,即固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性,于上世纪90年代逐步取代冶金焦、无烟煤和木炭,广泛运用于电石、金属硅、硅铁、铬铁、硅锰、碳化硅化肥等产品的生产,成为一种不可替代的炭素材料。此外,在高炉喷吹、生产炭化材料、活性炭等领域也可替代相当一部分无烟煤和焦炭。用兰炭在生产高耗能产品的过程中具有以下特点:

  1. 比焦炭或木炭价格低,降低成本;
  2. 由于活性高,还原性能优于焦炭;
  3. 由于比电阻高,比焦炭降电耗10%。

近几年,由于兰炭的低挥发份、低硫特性,作为洁净燃料被广泛用于华北地区民用领域,取代燃煤,被称为治理雾霾的利器!

兰炭生产工艺流程简述

洗煤单元:原煤由受煤斗给入,进入原煤皮带,原煤皮带把原煤运到洗选车间进入跳汰机分选。分选出的精煤产品经直线振动筛脱水,脱水后进入精煤皮带,并送入下序的备煤系统。筛下水进入高频筛脱水,脱水后产品用沫煤输送带传送到沫煤场地,高频筛筛下水用泵打入高效深锥浓缩池。深锥浓缩机底流出的煤泥用压滤机压滤脱水。浓缩池溢流和压滤机滤液混合入循环水池,循环使用。跳汰矸石,经斗子脱水提升后去矸石溜槽。跳汰中煤,经斗子脱水提升后去中煤溜槽后,再次进入洗选循环。

备煤单元:生产兰炭时进入兰炭炉的为8~30mm的籽煤或30~120mm的块煤,俗称“入炉炭”。入炉炭总含水率(包括内在和外在水分)不大于13%,且粒度小于6mm的粉煤不能超过10%。入炉炭用提升皮带输送至储煤仓。

干燥单元:由备煤工序送来的入炉炭,经提升皮带机输送至兰炭炉炉顶储煤仓,在储煤仓内设置有往复移动的散煤平料机,使皮带机输送至储煤仓内的混煤能均匀地平铺在储煤仓内部。

送入储煤仓内的入炉炭呈平行垂直向下移动,先进入兰炭炉干馏层的干燥段。在干燥段内以煤气作燃料,用燃烧器内燃烧产生的高温烟气与循环除尘烟气混合至350℃,作为入炉炭干燥热源。干燥过程中产生的烟气温度为120℃,由于气流夹带作用,其烟气中含有小于0.2mm的煤尘。然后将含尘烟气送至除尘器,脱除含尘后的烟气一部分经循环烟气风机增压后循环使用,一部分送至界外进行脱硫处理后排放。

干馏单元:从干燥段出来的入炉炭温度升至150℃,其游离水已被脱除,脱水后的入炉炭平行垂直向下移动进入兰炭炉干馏段。在兰炭炉干馏段上部设置有回收热解油气的集气罩,中部设置有增加入炉炭透气性的分料器,下部设置有炭化室,在炭化室设置两级燃烧器,对经过炭化室的入炉炭进行贫氧燃烧加热。贫氧燃烧产生的热载气透过煤层空隙,对垂直向下移动的入炉炭进行接触换热,受热后的入炉炭发生热分解反应,热解油气与热载气上行,经集气罩进入油气旋风除尘器,除尘后的热解油气送至油气回收装置。

兰炭炉干馏段的混煤,自上而下移动,与由燃烧室送入的高温气体逆向接触,入炉炭在此段被加热到600~700℃后炭化为兰炭,兰炭由炭化室进入冷却段。

冷却单元:由炭化室排出的高温兰炭,进入兰炭余热回收换热器,在换热器中水被汽化为水蒸气,然后水蒸气进入汽液分离器,在汽液分离器内分离出0.7MPa(G)饱和蒸汽,除部分进行预热外,其余送出装置。

熄焦单元:高温兰炭经兰炭余热回收换热器后,可使兰炭温度由650℃将为200℃左右。在兰炭炉冷却段底部,设有水雾喷淋熄焦装置。当喷淋水雾接触到热兰炭时,水变为蒸汽时的快速膨胀力使蒸汽流动通过兰炭层。利用蒸汽对料仓内兰炭进行熄焦,减少了水与兰炭的接触时间和用水量。兰炭最后由推焦机往复推出,落至底部刮焦机,由刮焦机刮出炉底,经称重皮带计量后用皮带输送机送至兰炭产品库。

煤气净化单元:从炭化炉顶出来的粗煤气经过集气槽,经电捕焦器、水处理,分离出焦油。

兰炭的主要质量指标

 

固定碳

挥发份

灰分

全水分

粒度

≥84%

≤8%

≤8%

16%

>40mm

≥84%

≤8%

≤8%

16%

18~40mm

≥83%

≤8%

≤9%

16%

8 ~18mm

≥80%

≤10%

≤10%

16%

<8mm

兰炭的出焦率和出油率

兰炭生产过程中原料、产品的投入产出比:按现阶段生产工艺,每吨入炉炭可产出600~650公斤兰炭,即出焦率55%~65%之间;每吨入炉炭可产出50~60公斤煤焦油(包含重油和轻油),即出油率5%~6%之间。

说明:入炉炭,是指原料煤经过筛选,大于8mm以上,成粒度的籽煤块煤,可以进入兰炭炉使用的煤炭。一般情况下,露天煤矿通过大型机械开采的原料煤,含块率约70%左右;煤矿通过炮采生产出来的原料煤,含块率约55%左右;而通过大型综采设备生产出来的原料煤,含块率不到20%。而兰炭生产目前的工艺,仅能使用有粒度的籽煤块煤。但近年,已经有科研院所和一些兰炭企业开始研究“粉煤干馏”技术。

兰炭的特点及发展历程

兰炭,俗称焦粉,是利用神府煤田盛产的优质侏罗纪弱粘煤经过低温干馏而成的一种新型的炭素材料,于上世纪八十年代中期始于府谷县三道沟乡。出现之后,由其三高四低的特点,即:固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性,而逐步取代冶金焦,作为新兴的碳素还原剂而广泛运用于电石、硅铁、硅锰、镍铁等化工和铁合金等行业生产,因天然煤质优良,其产品还是为广大用户所认可。1990年府谷永安公司恒昌焦化厂生产的铁合金还原剂(兰炭)荣获全国冶金产品博览会金杯奖

兰炭最早的使用是从民间开始。在一些民用煤比较缺乏的地方,住户们把炉子里燃剩的煤块剔出来,用以炉膛压火或烧风箱炉用。由于烟少,温度高,耐燃等优点受到农村家庭主妇的青睐。其实兰炭的称呼也始于民间,以其在燃烧时产生蓝色火焰而得名。现在的兰炭又被称为“焦粉”,是生产铁合金、电石企业对冶金焦粉末“焦粉”名称的延续。

使用兰炭替代冶金焦生产铁合金、电石时最大的优势是节能降耗,单位电耗降低10%,生产硅铁每吨节电500度以上、配焦节约90公斤以上,提高单炉产量10%,同时,用兰炭生产硅铁、硅合金时可以使产品的铝含量降低,增加优质品的产出率。

兰炭产品最早被工业利用始于八十年代的“包头二化”和“府谷县电石厂”,从90年代末期开始,包二化和府谷电石厂的电炉操作师傅因能熟练使用兰炭操作电炉而红遍大江南北、全国各地。也由此而诱发了府谷地区大规模利用优质侏罗纪弱粘煤生产兰炭的兴起。

上世纪八十年代,由于当时的交通、运输、资金、技术等制约因素,各煤矿只能土法冶炼兰炭,称为“土炼兰炭”,即将难以销售的块煤在平地堆积,用明火点燃,等烧透后用水熄灭而制成兰炭。尽管生产工艺简单、落后,但因为天然煤质优良,其产品还是得到广大用户的认可。刚开始,兰炭只是在山西、内蒙、以及府谷周边的电石和铁合金行业被广泛使用。而兰炭的优越性逐渐在国内得以广泛传播,但受当时铁路运输条件的制约,再加当时的民营企业产量小、资金缺,没有专业的营销团队等影响,为四川、贵州、湖南、湖北、浙江、上海、福建等地的电石和铁合金企业供应兰炭困难重重。

为打开兰炭的跨省销售瓶颈,府谷县政府于1990年12月组建的国营专业兰炭运销企业“府谷县煤产品经营公司”应用而生。该公司开创了通过铁路运输销售兰炭的先河,客户遍布国内各电石和铁合金主产区,当时国内80%以上使用兰炭的电石和铁合金企业都是府谷县煤产品经营公司的客户,该公司为兰炭应用的推广起到至关重要的作用。

到了九十年代末,治理环境、减少污染、节能降耗已经成为人们的共识,国家在这方面专门出台了一系列法律、法规,因此采用机械化炉窑工艺生产兰炭被当地政府提到议事日程上来,且逐渐为大多数生产者接受,并逐渐形成规模。由于用机械操作替代了人工操作,这样的兰炭称之为“机制兰炭”。机制兰炭采用了先进的干馏煅烧工艺,固定炭比土炼兰炭提高了5~10个百分点,灰分和挥发份降低了3~5个百分点。因炉内装有可控的测温设备,不容易过烧,所以灰分比土炼兰炭稳定。由于挥发份相对稳定,机械强度也较土炼兰炭有了明显的提高。

进入机制兰炭时代,由于煤矿企业众多、运输条件制约,当时陕北煤炭严重滞销,而兰炭产业则得以蓬勃向上的势态下,神木县政府和企业家发展兰炭产业的激情被激发并后来居上,于2008年以后兰炭产量超越府谷,成为全国最大的兰炭主产区。目前,除神木、府谷以外,榆林的榆阳区、横山区也有部分企业在生产兰炭。作为一种区域性特征很强的工业产品,榆林市的兰炭产量约占国内总产量90%,而仅府谷和神木两县兰炭产量就占国内总产量近80%。

雾霾是当下中国面临的最突出的环境问题,关系到千家万户的每一个人。雾霾不仅是空气质量下降,影响环境,给人体健康带来较大危害。还会对公路、铁路、航空、航运、供电系统、农作物生长等产生重要影响。据2013年环保组织发布的报告显示,煤炭燃烧排放出的大气污染物是整个京津冀地区雾霾的最大根源,占一次PM2.5颗粒物排放的25%,对二氧化硫和碳氧化物的贡献分别达到了82%和47%。在燃煤排放的污染物中,工业燃煤和城市取暖锅炉均采取了环保措施,而分布在城市周边广大农村地区的餐饮和取暖燃料多为烟煤,燃烧后的污染物多为不可控的无组织排放。有专家认为民用散烧煤无组织的巨大排放,是雾霾形成的主要诱因,也是雾霾治理的难点。因此,寻求环保清洁的散烧燃料,从源头上控制污染物的排放,是治理雾霾的最为理想的途径。雾霾来袭,我们拿什么来替代民用煤。

兰炭是利用神府煤田优质的低硫侏罗纪弱粘煤通过低温干馏的方式将其中的有机硫、氮氧化物、焦油类等可挥发的物质提取后形成的固体碳质产品,具有“三高四低”的特性,是一种高效清洁的民用和工业燃料。兰炭作为一种环保清洁能源,各项指标均优于烟煤和无烟煤。兰炭在中低温干馏过程中产生的废渣、废气、废水在当地企业已经得到循环利用,兰炭再次燃烧时有害气体、灰分等排放很低,比目前市场上正在使用的原煤灰分降低80%以上,全硫降低70%以上。因此,用兰炭代替民用煤,无疑是解决燃煤污染的捷径。

  • [责任编辑:tianyawei]

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