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新技术为兰炭应用找出路

来源: 更新日期:2018-12-06 10:30:31

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  低阶煤约占我国煤炭总储量的55%,通过中低温热解制取焦油、煤气、兰炭(半焦),是低阶煤清洁化利用的主要路径。随着“十三五”期间数个百万吨级热解项目陆续启动,兰炭产量将大幅增加。如何拓展兰炭的应用领域已成为制约行业发展的瓶颈。在中国煤炭加工利用协会上周于西安举行的煤炭深加工发展及清洁能源高端论坛上,与会专家提出,兰炭除应用于传统领域外,还可“另起炉灶”,在电站锅炉掺烧、高炉喷吹炼铁、气化等方面开辟新出路,将兰炭吃干榨净。 

  电站锅炉掺烧技术可行 

  西安热工研究院有限公司燃料与燃烧实验室副主任姚伟介绍说,兰炭具有高固定碳、高化学活性、高比电阻及低灰、低硫、低磷、低铝的“三高四低”特性,是洁净环保新型燃料。 

  “我们经过兰炭燃烧性能与电站煤粉锅炉匹配性研究,认为电站煤粉锅炉燃用兰炭在技术上是可行的。”姚伟告诉中国化工报记者,该团队提出了“利用制粉系统研磨处理余量掺烧兰炭”的预混掺烧方式,先后在135MW、300MW烟煤锅炉等掺烧兰炭。试验结果表明电站煤粉锅炉掺烧兰炭效果良好,锅炉结渣情况可控,燃烧困难和磨损严重等技术难题得以解决。当掺烧比例为30%左右时,锅炉效率基本无影响,SO2、粉尘浓度大幅下降,环保效益明显。 

  姚伟坦言,大比例掺烧兰炭时锅炉效率会略有下降,针对这一问题,他们正与陕煤集团合作在长安石门电厂300MW机组进行大比例掺烧工程试验,开展稳燃、燃尽、低NOx协同控制优选工程验证攻关。 

  但煤粉锅炉掺烧兰炭实际应用还很少。“主要原因不是技术问题,而是经济性。”姚伟说,目前大多热解工艺采用块煤为原料,块煤本身的价格较电厂的混煤高。如果采用低价的沫煤热解,降低兰炭生产成本,电厂应用就比较容易。 

  纯燃预热燃烧值得期待 

  除混燃和掺烧外,纯燃半焦新型技术也正在攻关。中科院工程热物理研究所副所长李诗媛认为,热解产生的半焦及气化残炭热值较高,挥发分含量极小,这种超低挥发分碳基燃料可实现清洁燃烧。 

  由该所牵头的超低挥发分碳基燃料清洁燃烧关键技术,包括纯燃半焦预热燃烧和电站煤粉锅炉大比例掺烧。他们通过开发200kW、2~14MW预热式燃烧器,实现稳燃、燃尽、低NOx协同控制,掌握了各类半焦及气化残炭的燃烧特性和污染物排放控制技术。中试结果表明,纯燃半焦燃烧效率达98.7%,纯燃残炭燃烧效率达87.6%。2017年,该所在广西河池建成20吨/时纯燃预热燃烧锅炉示范装置进行纯燃气化残炭,目前已完成72小时考核,并投入商业运行。此外,35吨/时纯燃半焦锅炉也正与陕煤合作进行改造。 

  李诗媛认为,半焦预热燃烧技术值得期待,利用半焦燃烧发电锅炉与煤热解装置配套应用是发展趋势,小容量纯燃和电站煤粉锅炉大比例掺烧是最佳方式。 

  高炉喷吹炼铁降低成本 

  “神木兰炭是优质的高炉喷吹燃料,可完全替代无烟煤用于高炉喷吹,降低炼铁成本。”中钢集团鞍山热能研究院总经理孟庆波表示,神木兰炭的灰、硫等指标达到了高炉喷吹用煤要求的二级标准水平,而且兰炭粉比无烟煤和焦炭的燃烧性能好,喷入高炉后燃烧利用率高,对高炉喷吹有利。同时兰炭粉比无烟煤和焦炭的气化性能好,未燃兰炭粉能更快在低温下与CO2反应生产还原剂CO来保护冶金焦。而且兰炭低灰、低硫、低铝的特性,以及灰成分中有用成分含量高,优于目前常用的高炉喷吹煤。 

  铁矿石与焦丁混装用于高炉炼铁可以降低成本。孟庆波表示,下一步粉状兰炭可代替焦丁,与铁矿石混装用于高炉炼铁,兼具焦丁和高反应性焦炭的作用,能够改善高炉还原和热交换过程,降低炼铁成本。目前,该技术已在某钢铁企业进行工业试验,高炉焦比下降8~11千克/吨,若该公司年使用兰炭6.5万吨,可节约成本2400万元。 

  热解气化耦合潜力巨大 

  兰炭能否作为化工原料?汪寿建认为,兰炭与煤的主要成分大致相当,甚至含碳量等一些组分指标还要好一些,可用于制备水煤浆或干法气化。 

  航天长征化学工程股份有限公司高级商务经理韩勇等专家认为,兰炭完全可以气化作为化工原料,但问题在于成本明显高于原煤,经济性不强。同时,兰炭作为干法气化原料时需要磨粉,因硬度高,能耗和磨损较大,水煤浆能否成浆也有待技术研究和试验。虽然目前兰炭气化工业化应用的业绩还很少,但热解与煤气化耦合将是发展趋势。 

  记者了解到,延长石油碳氢研究中心自主研发的粉煤热解气化一体化(CCSI)技术,可将煤直接转化为煤焦油和粗合成气,使热解产生的兰炭在反应器内一次全部转化,将煤炭分质分级利用提升到更高水平,为兰炭规模化应用找到有效途径,示范意义和潜力巨大。该技术已经取得了大量的基础研究和工程技术开发数据,相关产业化示范项目也已列入国家《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》等,目前延长石油正在加快CCSI百万吨产业化示范项目的建设。