基于步进式篦床的褐煤干馏提质系统研发_李国莉

基于步进式篦床的褐煤干馏提质系统研发
李国莉，徐鸿钧，赵玉良，姜永涛
（中国重型机械研究院股份公司，陕西
西安710032）
摘
要
提出了一种基于步进式篦床工作方式的褐煤干馏提质系统。

该系统针对小颗粒褐煤进行干馏提
质，通过步进式篦床输送褐煤依次经过干燥段、干馏段、余热回收段和冷却段４个工作区域，实现褐煤的干馏提质，得到煤焦油和半焦产品，可有效地提高褐煤的利用价值。

关键词
褐煤，步进式篦床，低温干馏，提质
文章编号：１００５－９５９８（２０１３）－０１－００１６－０３
中图分类号：ＴＱ５２３
文献标识码：Ｂ
收稿日期：２０１２－１０－１７
作者简介：李国莉（１９８５—），女，山西运城，工程师，硕士，２００７年本科毕业于长安大学机械制造及其自动化专业，现从事重型机械装备设计工作，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｇｕｏｌｉ０５２２＠１６３．ｃｏｍ。

引言
褐煤是一种低品质的煤种，具有高挥发分、高水
分、高灰分、低热值（约１４ＭＪ／ｋｇ）、低灰熔融性温度、污染重且利用率较低等特点［１］。

褐煤大多数无光泽，真密度１．１０ｇ／ｃｍ３~１．４０ｇ／ｃｍ３。

褐煤含水较多，达３０％~６０％，空气干燥后仍有１０％~３０％的水分，易风化破裂，不宜于长途运输。

我国大多褐煤产地远离城市和大工业用户，其资源优势难以转化为经济优势［２］。

目前，针对小颗粒褐煤低温干馏的处理技术及设备受到广泛关注。

中国重型机械研究院股份公司从２０１１年年初进行了褐煤干馏领域的技术研究，经过前期大量的调研和试验研究，提出采用步进式篦床干馏工艺对褐煤进行提质热解的方法。

1褐煤干馏提质技术现状
褐煤提质技术是以特定的工艺方法脱除影响褐
煤热值的水、氧和低热值挥发物质，从而使褐煤发热组分富集、热值提高，得到煤焦油、气体燃料和半焦，可用作高炉喷吹煤、现代气化用煤、电厂燃料等。

1.1
气流内热式立式炉工艺
气流内热式立式炉可用于处理块状褐煤、长焰煤和弱黏煤等年轻煤种。

煤在立式炉中下行，气流逆向通入进行干馏。

煤干馏过程分为干燥－预热、干馏和
冷却３段，得到焦油、半焦和煤气产品。

该工艺现已在内蒙、
陕西、山西和宁夏等地广泛应用。

该工艺的缺点是对煤质要求高，适用于中老年褐煤，单台处理能力小、废水量大，对环境污染较为严重［３］。

1.2
LR 工艺
ＬＲ工艺是德国的Ｌｕｒｇｉ和Ｒｕｈｒｇａｓ两公司联合开发的一种有多种用途的内热式固体热载体快速热解工艺，处理原料包括褐煤和油页岩等。

ＬＲ工艺存在的问题是排料系统易堵塞，油品含尘量较大，半焦产量小，液态产品多，产出煤气只适用于城市煤气，单台处理能力小，环保性差。

1.3
多段回转炉工艺
多段回转炉工艺是中国煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院开发的低变质煤干馏（热解）工艺。

该工艺的主要目标是制备优质半焦产品，其工艺流程是低（中）温热解－中速加热－外热式－隔绝空气－常压。

煤气净化后，可供民用或作为工业燃气。

煤料在热解炉中最终热解温度约为７５０℃，半焦产率为干热解煤的６９．３％，
产油率为干热解煤的２．５％。

但是回转炉存在密封难题，若空气进入，则存在安全隐患［４］。

上述褐煤干馏技术，立式炉工艺只能处理块状褐煤，散料褐煤进入立式炉后，不能形成间隙，无法使热气流通过，且当褐煤脱水后，会进一步开裂，因此立式炉工艺对褐煤粒度要求高；而回转炉又存在密封难题，总体讲目前国内高产量的褐煤干馏提质系统较少。

第１期（总第１６４期）
２０１３年２月
煤化工
Coal Chemical Industry
No.1(Total No.164)
Ｆｅｂ．2013
２０１３年２月１
２
３４５６
７８９
１—炉头２—自动控制系统
３—冷风循环系统
４—炉体
５—余热回收系统６—炉尾
７—液压驱动系统
８—热风循环系统
９—篦床输送装置
图2
步进式篦床褐煤干馏系统示意图
进料口
出料口
2
步进式篦床褐煤干馏提质技术路线
2.1
工艺原理
步进式篦床褐煤干馏提质技术采用步进式篦床
传送物料，热气流由下而上通过篦床，与物料进行热交换，物料通过步进式篦床传送后，先后通过干燥段、
干馏段、余热回收段和冷却段。

该系统在无氧环境下工作，４个腔室互相隔绝，保证系统安全性和煤焦油的提取量。

2.2
工艺流程
步进式篦床褐煤干馏提质工艺流程示意图如图１所示。

原煤筛分干燥段
干馏段
余热回收段冷却段产品Ｉ：半焦
原料煤
５ｍｍ~６０ｍｍ净化
冷却
产品Ⅲ：水
净化、冷却处理装置
产品Ⅱ：煤焦油
烟气排放
混合煤气、
煤焦油
冷却器
冷煤气
热风炉热煤气
燃料煤＜５ｍｍ
图1
步进式篦床褐煤干馏提质工艺流程示意图
褐煤（５ｍｍ~６０ｍｍ）进入干燥段，通过气体热载体（热风炉烟气），在隔绝空气情况下，与褐煤进行热交换，脱除影响褐煤热值的９０％以上的全水、结晶水和部分含氧官能团，使褐煤发热组分富集，同时产生烟气和水蒸气，经过净化冷却处理，得到水和冷烟气。

冷烟气可以在冷却段作为物料冷却的介质；褐煤再进入干馏段，进一步加热形成固体半焦，析出的挥发分物质经净化回收，得到煤焦油和煤气产品。

高温半焦经余热回收和冷却至６０℃，进行收集。

产生的热煤气经余热回收进入热风炉，为系统提供燃料。

该工艺使褐煤得到半焦，热值提升到２６０００ｋＪ／ｋｇ（６２００ｋｃａｌ／ｋｇ）以上，具有热值高、稳定性好、不复吸水等优点。

3
步进式篦床褐煤干馏提质系统简介
3.1
系统组成
步进式篦床褐煤干馏提质系统示意图如图２所
示。

该系统由炉头、自动控制系统、冷风循环系统、炉体、余热回收系统、炉尾、液压驱动系统、热风循环系统和篦床输送装置组成。

褐煤从进料口进入篦床，炉头保证了进料密封和物料高度，炉尾保证了出料时系统的密封。

炉体是褐煤热解的通道，能够有效保证系统的保温和密封。

篦床输送装置承载褐煤在炉体内运行，是热气流与物料进行热交换的通道，使褐煤受热均匀，有效保证褐煤中煤焦油、混合煤气等产品的形成。

液压驱动系统为篦床运行提供动力，能够实现速度调节，保证褐煤干馏时间，控制设备产量。

热风循环系统为物料干燥和干馏提供能量。

余热回收使系统中
热量得到充分利用，有效节约了系统运行成本。

自动控制系统由ＰＬＣ、各种传感器及执行机构组成，实现对炉内的温度、压力、气氛、流量等主要工况参数进行实时监测及控制，确保生产中各工况参数稳定，系统运行正常。

3.2
篦床输送装置介绍
步进式篦床褐煤干馏提质系统采用篦床输送装
置，可以对褐煤进行干馏提质。

篦床由若干耐热金属篦板组成，可根据处理量及需要实现长宽方向的组合。

该系统篦床由６块篦板组成，采用同时前进、分组后退的运行方式。

如６块篦板分为３组后退，保证了褐煤布料均匀。

篦缝为横向凹槽式，篦缝风道为迷宫式，每块篦板底部都安装平衡式空气流量调节器（ＭＦＲ）。

ＭＦＲ采用自调节的节流孔板控制篦板的空气
李国莉等：基于步进式篦床的褐煤干馏提质系统研发１７－－
２０１３年第１期
煤化工
Research Progress of Co-gasification of Char,H 2O and CO 2and Its Application Prospect
Bai Yonghui 1,Zhu Wenjian 2,Zuo Yongfei 3and Li Fan 1
（1.State Key Laboratory of Coal Science and Technology Co-founded by Shanxi Province and the Ministry of
Science and Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024,China ；
2.Xinjiang Kingho Energy Group Co.,Ltd.,Yining Xinjiang 835100,China ；
3.Sedin Engineering Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030032,China ）
Abstract
The advantages and application status of the co-gasification of char,H 2O and CO 2was introduced,and
the latest theoretical studies in this field presented.The technical bottleneck of this technology and the relevant problems with respect of philosophy which have to be promptly resolved were pointed out,besides,its potential application fields were prospected.
Key words
char,H 2O,CO 2,co-gasification,research progress
（上接第15页）
流量，当篦床上熟料层阻力变化时，ＭＦＲ能自动灵敏调节阀的阻力。

当料层阻力较大、风量小时，阀门自动打开，使风量增大，保证风量能在篦床上分布均匀。

篦板是迷宫形式，不存在漏料现象。

4
步进式篦床褐煤干馏提质系统特点
4.1
该系统处理的褐煤，产品水分控制在１０％以下，
热值可达２１０００ｋＪ／ｋｇ（５０００ｋｃａｌ／ｋｇ）以上，可长距离运输，产品不复吸水，质量稳定。

可解决目前国内大量小颗粒褐煤无法处理、堆积污染的问题。

4.2该系统可实现快速连续生产，产品质量均匀稳定，生产能力大，年生产能力可达３００万ｔ以上。

4.3
干馏得到的冷煤气经余热回收段，吸收了半焦的显热，再作为热风炉的燃料，有效地提高了系统的热效率，节约了系统的运行成本。

4.4该系统不需要工业用水，在自然条件缺水的环境下可以运行。

4.5通过控制系统检测炉内温度、压力、氧含量等因素，确保在无氧环境下工作，保证系统运行安全。

4.6
该系统采用模块化设计，可以根据实际生产产
量的要求，对篦板进行组合，易生产加工和装配。

参考文献：
［１］王
娜，朱全书，初
茉，等．宝日褐煤低温干馏特性
及产物性质研究［Ｊ］．中国煤炭，２０１０，３６（５）：８５－８９．［２］尹立群．我国褐煤资源及其利用前景［Ｊ］．煤炭科学技
术，２００４，３２（８）：１２－１４．［３］蒋斌，李
胜，梁国林．褐煤过热蒸汽预干燥探讨
［Ｊ］．电力技术，２０１０，１９（８）：４０－４２．
［４］初
茉，李华民．褐煤的加工与利用技术［Ｊ］．煤炭工程，２００５（２）：４７－４９．
Research on Lignite Carbonization System Based on Stepping Sieve
Li Guoli,Xu Hongjun,Zhao Yuliang and Jiang Yongtao
（China National Heavy Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Xi ′an Shaanxi 710032,China ）
Abstract
A lignite carbonization system with a stepping sieve working mode was introduced.The system is for the
carbonization and upgrading of small lignite grains.The lignite travels across the dry section,carbonization section,waste heat recovery section and the cooling section ,via the stepping sieve to facilitate its carbonization and upgrading,and pro -duce coal tar and semicoke product,thus the utilization efficiency of the lignite is effectively improved.
Key words
lignite,stepping sieve,low temperature carbonization,upgrading
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
１８－－。