10万吨混热式炉型.doc

10万吨/年混热式炉型改造说明 应用本炉型的目的：在内热式炉型的基础上，进行炉型改进（或进行新炉建设），投资比外热式炉型少的情况下，煤气的品质与外热式炉型相似，兰炭的品质优于内热式炉型，同时可有效的降低兰炭的含灰量。1 混热式炉型工艺流程2 工艺流程说明回炉煤气经过全自动燃烧机燃烧产生高温烟气，高温烟气先经过煤气加热器将煤气加热到500650C，烟气进入混热式炉型外层进行间接加热，加热后的煤气进入到混热式炉内部进行直接加热，加热后的煤气既起到了加热煤的作用，同时也起到了扰流增加传热作用；低温干馏后的兰炭进行干法熄焦后输送至料仓。从混热式炉出来的烟气进过煤气预热器将回炉煤气加热后进入干法熄焦工段，进行兰炭的冷却和焙干。从混热式炉出来的煤气依次进过气液分离器、间冷塔、电捕焦油器、脱硫工段、洗脱苯工段进行净化后部分回炉，大部分外供。3、煤质水分14.32%（内水0.59）硫分2.27%灰分8.27%挥发分 38.9%固定碳 52.27%热稳定性 良好粒度520mm（根据小粒煤炉实验，入炉煤可用混煤，混煤粒度组成：25%小于5mm和75%大于5mm）4、产品规模、数量、质量及用途4.1 兰炭兰炭产量10万t/a项目 质量标准 国家优级铁合金专用YB/T034-92 固定炭% 85.8 85灰分（Ad）% 78 10硫（S）% 1.9 0.80挥发分（Vdaf）% 4 4电阻率（）10-5m3100 2200兰炭5mm粒可供国内铁合金厂、电石厂、化肥厂及出口；焦粉5mm，可供DRI-生产的还原剂及高炉喷煤、民用洁净型煤及工业用洁净型煤等。4.2 煤焦油煤焦油产量10000t/a，其主要性质见表3-1。低温煤焦油的主要性质表3-1水分密度g/cm3甲苯不溶物(%)酚%粘度E80萘%游离碳煤焦油6.2%1.051.061.62.617211.61.81.92.30.60.8煤焦油属低温焦油，含有轻油、杂酚油及沥青等馏分，主要用于生产燃料油、油毡、碳黑及一般碳素制品，可外销。4.3 煤气年产剩余煤气约3.2107Nm3/a（采用煤气燃烧热解）。煤气质量：热值 38004300KCal/Nm3成分：H2 3847% CH42129% CO1323% CmHn 2.7% CO22.5% N2 4% O2 1.8% 总产煤气：6200 Nm3/h 回炉用煤气量：2200 Nm3/h 循环煤气量：9500 Nm3/h5 装备水平5.1 全自动燃烧炉 本系统采用全自动温度控制，可有效的进行混热式炉的温度控制，本设备采用专利技术，主体分为：燃烧机、燃烧室、控制系统组成，可有效将炉内温度控制在20C。煤气燃烧量为：2200 Nm3/h5.2 煤气加热器 本设备采用专利技术，可将煤气加热到500650C，在本系统中，根据实际情况，煤气加热的温度控制在550650C之间。煤气加热器采用七级加热，主要材料使用耐热不锈钢，并进行表面合金化处理。进出进出流体烟气冷煤气流体总量 Nm3/h140009500工况体积流量 m3/h70410576095004712操作温度 10005501090030400操作压力（进口） MPa0.010.01压降（允许值/计算值）1Pa5.3 混热式炉本实验炉型生产兰炭10万吨/年，结构采用钢混组装式结构，主体钢材采用ZM400，可抗高温和高温下磨损，隔热层采用陶瓷纤维棉，保温层采用岩棉和陶瓷纤维毡。主体外部采用碳钢外包。陶瓷纤维棉表面喷涂抗磨损和抗高温胶。可有效抵抗2200C高温和烟气40m/s流速。煤气配管采用ZM400方管制作，炉体采用分段箱型组装而成，每段箱体采用廻沟式密封，密封材料采用陶瓷纤维棉和高温胶，每段箱体均设置膨胀结构。确保炉体在运行过程中安全可靠。5.3.1炉体结构简图（见附图）5.3.2 炉型说明本炉型适应小颗粒煤（5mm25mm）和块煤生产，为了使小颗粒煤在进入炭化室后，开始松散，利于高温煤气穿透整个炭化室宽度，本设计炭化室宽度为30公分，自上而下分三个工序，下部为直热式煤气配气室，配气口为向下倾斜45C，以防止小粒煤对配气孔的堵塞，其中炭化室中部为外热式烟气加热室（干馏段），采用高温烟气在外部间接加热和高温煤气直接加热的方式，烟气在加热室中采用四流程，温度从上而下依次降低。最上部为烟气汇集室，经过各加热室的烟气最后汇集在碳化室上部的外烟道中，对碳化室上部进行加热，同时也有对煤的预热作用。在碳化室中部烟道上部采用盖帽式，主要作用是煤下落过程中比较松散，利用煤气的通过和扰流。5.3.3为了使小颗粒煤炭化后产生的煤气与进入碳化室的高温煤气形成的混合气（荒煤气）顺利导出炉外，本设计将炉内集气罩与碳化段的距离为2m，主要目的在于克服因小颗粒煤堆积层太厚，小颗粒煤气隙小、透气性差，使煤气不易导出的缺陷。5.3.4 混热式炉型主要工艺参数项目指标炭化炉炉孔数12孔炭化室长度3500mm炭化室高度9300mm炭化室宽度300mm/590mm炭化室有效容积161.6m3每日每组装干煤量40.8t/d孔装炉煤水分5%外供烟气流程四流程高温煤气流程一流程回炉煤气热值4300KCal/Nm3焦炉生产能力280t/d组6、混热式干馏炉热工平衡说明6.1 原炉型热平衡说明（1）炭化炉高 8000mm（2）炭化炉宽 4320mm（3）炭化炉长 16780mm（4）炭化炉孔数 3孔（5）炭化炉排焦门数 12门（6）炭化炉有效容积 262.59 m3（7）周转时间（炉料入炉至出炉） 10 h （8）回炉煤气量（1800kcal/Nm3） 4382Nm3/h （9）燃烧空气量： 7450Nm3/h （10）单小时装煤量 18.8吨/h （11）吨煤消耗热量 420000Kcal/t (12) 煤气燃烧烟气量 9500Nm3/h6.2 10万吨/h混热式炉设计参数说明 （1）参照外热式炉型及常规机焦炉型，混热式炉型的热利用率为83%，故吨煤消耗热量为506000 Kcal/t（2）吨煤消耗煤气量（4300Kcal/Nm3） 117Nm3/h （3）煤气燃烧温度 1100C（4）9500Nm3/h加热至650C所需热量 1564659Kcal（5）总回炉煤气量 2200 Nm3/h（6）经煤气加热器后烟气温度 850C（7）参照外热式炉及常规机焦炉外加热室宽度与加热时间关系可知：外加热室宽度 煤加热至550度所需时间300mm 7小时350mm 11小时400mm 16小时450mm 22小时（8）炉内煤温度变化 入炉煤温 20C 外加热段上部 100C 外加热下部 550C 直热段上部 550C 直热段下部 630C（9）采用不同外加热室宽度，改造后的原兰炭炉有效容积： 外加热室宽度 有效容积 300mm 184.83m3 350mm 195.2m3 400mm 210.4m3 450mm 232.1m3（10）为确保兰炭的干馏，根据内热式兰炭炉的最少停留时间10h，外加热室宽度取300mm，外加热室高度取2500mm，烟气通道宽度取：250mm 烟道采用四流程结构。（11）主要设计参数序号项目参数指标1循环煤气量 Nm3/h9500配套管径DN5002循环煤气压力 Pa70000.007MPa/0.07kg/c2m3单炉总煤气处理量 Nm3/h16100配套管径DN6004煤气风机工况煤气量 m3/h185155单炉烟气总量 Nm3/h190006循环煤气总管道截面积 0.62配套管径DN900或8008007烟气入炉管道截面积 1.5配套方管125012508单孔入炉煤气管道 mmDN100配套管径DN1009单孔入炉烟气管道截面积 0.062配套方管200x35010单炉煤气出口总管 mmDN600配套管径DN60011单孔烟气出口截面积 0.034配套方管20020012外排烟气总管截面积 0.87配套管径DN1000（12）主要设备及仪器表序号项目参数指标1全自动低热值燃烧机燃烧煤气量2200Nm3/h煤气压力40006000Pa空气压力4700Pa 空气量：7040 Nm3/h根据入炉烟气温度进行自动调节，温度范围：800850C2煤气燃烧炉燃烧室空间1800x52003煤气加热器煤气加热量为9500Nm3/h烟气温度1100C 烟气流量19000Nm3/h煤气进口温度40C煤气出口温度：600650CF=1804煤气流量调节阀根据煤气出口温度来自动调节煤气流量出口温度范围：600650C5控制柜采用PLC系统，可实现远程控制（13）单炉改造主要材料表（若再原炉改造）序号项目参数数量1板材6 16MnR16.27吨2板材4 Q235-B14.3吨3板材6 NM400 43.52吨4管材108x4 SUS3041.6吨5角钢L10a4.2吨6角钢L5a3.7吨7低水泥浇筑料20吨8陶瓷纤维棉5m39陶瓷纤维板2012m310焊材1100kg11高温手动调节阀DN10024件12高温手动插板阀20035024件13抗高温防腐漆500kg（14）改造费预算（原炉改造）序号项目单位价格1材料费元154.22人工费元763设备费全自动低热值燃烧机24燃烧炉11.2煤气加热器129.2煤气流量调节阀22.74设计费62合计479.3备注：1、若在5万吨炉型进行改造，改造费用：220万元2、若采用新建炉型：混热式炉总体费用为：763万元3、供煤系统、煤气净化系统、出焦系统投资预算为230万元。7、经济分析及比较本项目经济分析及评价比较按年产10万吨兰炭计算，由于本次改造是在不影响原炉型的产量、兰炭品质、煤焦油品质的前提下，只对如何提高煤气品质进行的技术改造。故经济分析及评价以两种不同煤气品质对下游工艺（煤焦油加氢及甲醇项目进行比较）7.1、煤气产量比较原内热式炉型：煤气产量： 15980 Nm3/h 外供煤气量： 9109 Nm3/h（采用干法熄焦：11149 Nm3/h） 消耗煤气量：6871 Nm3/h（采用干法熄焦消耗量：4831 Nm3/h） 煤气净化处理量： 15980 Nm3/h 混热式煤热解炉：煤气产量：6200 Nm3/h 循环煤气量： 9500 Nm3/h 消耗煤气量：2200 Nm3/h 外供煤气量： 4000m3/h 煤气净化处理量： 15700 Nm3/h7.2、煤气品质比较内热式煤气品质名称H2CH4COCO2N2O2其他热值含量12.817.610.27.449.41.61.818002000kcal/Nm3混热式煤热解炉煤气品质名称H2CH4COCO2N2O2其他热值含量4729132.541.62.738004300kcal/Nm37.3、原炉型与混热式煤热解炉煤气主要成分产量比较（单台比较）名称H2CH4COCO2N2O2其他 总外供量 原炉型产量Nm3/h142719221137825550717820011149混热式煤热解炉产量Nm3/h29081794804154.7247111.4167 40007.4、经济分析及比较以90万吨/年兰炭外供煤气进行焦油加氢工艺中煤气净化及提氢工段投资进行比较分析。回收同样的氢气，煤气处理量和配套设施投资入比较名称回收氢气量总煤气处理量兰炭追加投资万元设备投入万元原内热式炉型Nm3/h1284310034163混热式煤热解炉产量Nm3/h12843273252688（煤气燃烧）24.6很明显的看出，采用BTTY双料载热体煤热解炉，在煤焦油加氢工段，仅设备投入减少了3.84亿元。同时也极大的减少了运行成本。同时采用BTTY双料载热体煤热解炉，提氢后的剩余煤气可提取CH4和CO，用于甲醇生产的原料，而剩余煤气中：生产甲醇的原料气浓度为42%（提氢后的浓度可变为：79%，可极大减低甲醇生产的设备投入和运行成本。8.试验的风险分析及其措施本试验的主要风险从三个方面进行分析，一是技术装备方面，二是技术的可行性方面，三是安全运行方面。技术装备方面的风险应该体现在煤气加热器的性能是否稳定上。对于这一点，本项目技术方陕西天一公司及其技术持有人王东辉有多年的热工设备加工经验，在新加坡做过耐760的煤气加热器加工应用业绩，因此，技术装备方面的风险应该是很小的，这是保证和实施这个试验的基础。技术可行性方面的风险表现在，这个混热式煤热解理念已经提出来六七年了，但在试验中，均因为煤气加热的问题直接几年还没有耐制约了本技术的推广。煤热解行业以兰炭为主产品，而煤气作为副产品基本上都是作为燃料使用，没有增加投资来提高煤气品质的必要，而伴随着兰炭市场的发展，兰炭装置荒煤气则主要用于甲醇