低階煤直立爐熱解技術

本書基于作者及團隊多年研究和時間成果編撰而成，內容有以下特點： 1.對低階煤的資源和特征進行敘述的基礎上，對其熱解原理作以系統論述。 2.對低階煤直立爐熱解的爐形特點、生產工藝參數和流程、物料和能量衡算等進行論述。 3.對生產過程的污染源和特征、防治方法和措施作以系統敘述。 4.對生產過程中的主要設備、自動控制、生產操作和公用設施等作以系統論述。 5.對生產操作規程、開停車、事故處理方法及措施等進行論述。 6.本書內容理論聯系實際，具有科學性、系統性和實用性。 本書是一本對低階煤直立爐熱解技術進行全面、系統、深入論述的專著。

從我國“缺油、少氣、煤炭資源相對豐富”的資源稟賦條件和現有的技術發展分析，能源自給率的保障只能來自煤炭資源的大規模使用，在未來相當長的時間內，以煤為主的能源戰略仍是必然的選擇。
在我國的煤炭資源中，低階煤的儲量和產量均占全國總量的55%以上。低階煤具有揮發分含量高、反應活性高的特點，根據其煤質結構進行科學轉化，對我國實現煤炭資源的清潔高效利用具有重要的戰略意義。采用低階煤中低溫熱解（干餾）技術，可以獲取中、高附加值的油氣產品及高碳含量半焦產品，實現低階煤的分級利用，提升能源利用效率和經濟價值。因此，以低階煤熱解為龍頭生產清潔燃料和相應的化工原料，并進一步延伸加工產業鏈是一條理想的低階煤利用路線。多年來，我國的半焦產業有了很大發展，并對低階煤熱解工藝有了系統研究，已進行小試、中試及工業化生產的熱解爐型主要有直立爐、回轉爐、移動床、流化床、噴動床、氣流床、旋轉爐、帶式爐、絞龍床、微波爐、篦動床、耦合床等10余種。但目前實現工業化生產的主要爐型為內熱式直立熱解爐，其單爐最大生產能力為20萬噸/年。
在我國煤化工產業實現“高端化、多元化、低碳化”戰略目標的指引下，蘭炭產業現已進入高質量、綠色發展的新階段。為了深入貫徹執行我國提出的力爭于2030年前實現碳達峰，努力爭取2060年前實現碳中和的目標，促進我國蘭炭生產技術和裝備的新發展，陜西冶金設計研究院有限公司在多年來對蘭炭生產技術進行研究、設計和施工經驗總結的基礎上，編寫了這本書，以期能對我國蘭炭產業的發展貢獻一份力量。
全書共分9章：第1章緒論由雷剛和馬寶岐完成；第2章低階煤的熱解原理由馬寶岐和薛選平完成；第3章直立爐熱解工藝由趙杰和馬寶岐完成；第4章高溫半焦的余熱回用由馬寶岐完成；第5章內燃內熱式直立熱解爐工藝的主要設備由史劍鵬、趙杰、李朋澤、陳曉菲、王樂、朱佛代、田朋軍、王睿哲、曾明明、韓輝、米靜、竇軍錄完成；第6章公用及土建工程由萬暉、喬耀武、雷曉芳、杜珍、劉曉榮、譚煥、楊雪蓮、李傳東、楊仙、王科、閆鑫完成；第7章環境保護由謝建鋒和李林完成；第8章生產操作規程由史劍鵬、趙杰和李水鋒完成；第9章典型項目實例由宋濤濤和吳怡喜完成。全書由趙杰和馬寶岐制定編寫提綱、修改和定稿，由朱佛代負責統稿。
在本書編寫過程中得到了陜西冶金設計研究院有限公司原院長李挺、曹惠民、謝詠山，原副院長高武軍，原總工程師李森林；神木市蘭炭產業服務中心主任賈建軍，書記劉朝輝；陜西煤業化工集團有限責任公司副總工程師張相平，化工事業部經理郝發潮；陜西省環境調查評估中心原副總工程師王珍；中國煤炭加工利用協會蘭炭分會秘書長申聯星；寧波力勤資源科技股份有限公司項目經理孟濤；陜西冶金設計研究院有限公司副院長趙健、馬玄恒，副總工程師蔡毅、耿虎，結構工程設計室主任石鵬，工程管理部部長黨小剛，綜合辦主任王磊等諸多同仁的大力支持和幫助，在此向他們致以衷心的感謝！
由于本書內容涉及面較寬，編者經驗不足、水平有限，書中難免有不妥和疏漏之處，敬請讀者給予指正。

編者
2023年10月

全書從我國煤資源稟賦重點地區的儲量分布、煤種特性以及半焦的生產與應用發展前景等方面入手，匯集當前有關中低溫熱解技術機理等研究成果，著力對立式熱解爐的工藝和行業熱點（余熱回收）等進行系統闡述。針對現階段運行產能規模最大、分布最廣、占有主導地位的內熱式直立爐熱解半焦生產技術，以陜西冶金設計院有限公司開發設計的“SH系列爐型”為主體，對其從資源優化利用、設計、施工、生產操作和運行管理、設備的維護、節能環保等方面進行了細致的敘述，涉及半焦生產過程主要環節，并對最新投產的SH4090型內燃內熱式直立熱解爐（單爐產能20萬噸/年）運行實例進行了系統介紹。
本書可供從事低階煤分級分質利用領域特別是直立爐熱解領域的科研人員、工程技術人員和生產管理人員、大中專院校相關專業師生閱讀參考。

1緒論001
1.1我國的低階煤資源001
1.1.1低階煤的儲量001
1.1.2低階煤的分布003
1.2低階煤的主要特性與結構特點006
1.2.1褐煤的主要特性006
1.2.2低變質煙煤主要特性008
1.2.3低階煤結構特點009
1.3我國半焦產業概述011
1.3.1規模產量011
1.3.2技術工藝012
1.3.3產品應用015
參考文獻016

2低階煤的熱解原理019
2.1煤的熱解過程、機理與模型020
2.1.1煤的熱解過程020
2.1.2煤的熱解機理021
2.1.3煤的熱解模型022
2.2煤熱解的化學反應025
2.2.1一次反應026
2.2.2二次反應026
2.2.3縮聚反應027
2.2.4交聯反應028
2.3煤熱解反應動力學029
2.3.1膠質體反應動力學029
2.3.2脫揮發分的動力學032
2.4煤熱解的影響因素039
2.4.1原料煤種039
2.4.2加熱終溫041
2.4.3升溫速率044
2.4.4熱解壓力046
2.4.5煤的粒徑048
2.4.6熱解氣氛050
參考文獻055

3直立爐熱解工藝057
3.1外燃內熱式直立爐熱解工藝057
3.1.1魯奇三段爐熱解工藝057
3.1.2SM-GF技術熱解工藝063
3.1.3RNZL型直立爐熱解工藝069
3.2內燃內熱式直立爐熱解工藝071
3.2.1SH4090型內燃內熱式直立爐熱解工藝071
3.2.2SJ-Ⅴ型直立爐熱解工藝079
3.2.3富氧熱解技術研究083
3.3外熱式直立爐熱解工藝090
3.3.1中試技術工藝090
3.3.2工業示范裝置094
3.3.3工業生產裝置099
3.3.4傳熱模型研究105
3.3.5技術工藝研發108
3.4內外熱式直立爐熱解工藝114
3.4.1德國考伯斯爐114
3.4.2技術工藝研發115
參考文獻123

4高溫半焦的余熱回用127
4.1余熱回用研究127
4.1.1半焦余熱回收利用的方案127
4.1.2氣固換熱的余熱回收實驗131
4.1.3半焦余熱回用的顆粒流動137
4.1.4氮氣干熄焦技術工藝研究140
4.1.5螺旋熄焦機內的顆粒流動143
4.2豎置式余熱鍋爐148
4.2.1技術特點148
4.2.2裝置特點149
4.3橫置式余熱鍋爐156
4.3.1研發與設計156
4.3.2橫置式鍋爐162
4.4余熱回用方法165
4.4.1余熱回收型螺旋輸送機165
4.4.2傳動式熱管換熱干法熄焦168
4.4.3半焦干法熄焦回轉冷卻爐169
4.4.4聯合冷卻高溫半焦系統171
4.4.5導熱油回收半焦的余熱172
4.4.6回收半焦余熱的蒸發器174
4.4.7隧道式半焦干熄焦系統174
參考文獻177

5內燃內熱式直立熱解爐工藝的主要設備179
5.1SH型內燃內熱式直立熱解爐179
5.1.1研發歷程179
5.1.2SH4090型內燃內熱式直立熱解爐構造181
5.1.3熱解爐附屬設備182
5.1.4推焦機183
5.2煤-焦輸送設備187
5.2.1概述187
5.2.2煤-焦輸送設備的分類187
5.2.3輸送設備在半焦領域的應用現狀191
5.3破碎機193
5.3.1概述193
5.3.2破碎機的分類194
5.3.3破碎機在半焦領域的應用現狀204
5.4振動篩209
5.4.1概述209
5.4.2振動篩的分類210
5.4.3振動篩在半焦領域的應用211
5.5直接冷卻塔214
5.5.1概述214
5.5.2直接冷卻塔的分類214
5.5.3直接冷卻塔在半焦領域的應用現狀216
5.6管殼式冷卻器217
5.6.1概述217
5.6.2管殼式冷卻器的分類218
5.6.3管殼式冷卻器在半焦領域的應用現狀220
5.7電捕焦油器221
5.7.1概述221
5.7.2電捕焦油器的分類221
5.7.3電捕焦油器在半焦領域的應用現狀223
5.8焦油氨水分離裝置223
5.8.1概述223
5.8.2焦油氨水分離裝置的分類223
5.8.3焦油氨水分離裝置在半焦領域的應用現狀226
5.9油罐228
5.9.1概述228
5.9.2油罐的分類228
5.9.3油罐的檢修和維護230
參考文獻231

6公用及土建工程235
6.1儀表自動化系統235
6.1.1儀表自動化系統概述235
6.1.2儀表自動化系統方案240
6.1.3儀表自動化系統展望244
6.2電氣247
6.2.1供配電概述247
6.2.2照明250
6.2.3防雷及接地254
6.2.4爆炸危險環境255
6.3給排水256
6.4暖通空調258
6.4.1采暖系統258
6.4.2通風工程261
6.4.3空調系統262
6.5主要建、構筑物的結構選型265
6.5.1原料和產品儲運單元的主要建、構筑物的結構選型265
6.5.2原料加工熱解單元的主要建、構筑物的結構選型268
6.5.3煤氣凈化單元的主要建、構筑物的結構選型270
6.5.4廠區公共輔助單元的主要建、構筑物的結構選型271
參考文獻271

7環境保護275
7.1污染來源及特性275
7.1.1廢氣污染物的來源與特性275
7.1.2廢水污染物的來源與特性275
7.1.3固體廢物的來源與特性276
7.1.4噪聲的來源與特性276
7.1.5污染物排放標準與要求276
7.2大氣污染及防治措施276
7.2.1廢氣污染物治理的原則與方法276
7.2.2顆粒物治理技術278
7.2.3二氧化硫治理技術280
7.2.4氮氧化物治理技術280
7.2.5VOCs治理技術281
7.3廢水污染及防治措施285
7.3.1廢水污染治理的主要方法285
7.3.2廢水預處理技術287
7.3.3廢水生化處理技術291
7.3.4廢水深度處理技術295
7.3.5廢水焚燒處理技術296
7.4固體廢物污染及防治措施297
7.4.1固體廢物治理的主要方法297
7.4.2廢油渣處理技術297
7.4.3剩余污泥處理技術299
7.5噪聲污染及防治措施300
7.5.1噪聲污染及危害300
7.5.2噪聲污染控制的主要方法301
參考文獻302

8生產操作規程303
8.1主要工藝操作303
8.1.1備煤系統操作要點303
8.1.2熱解系統操作要點304
8.1.3篩焦系統操作要點310
8.2主要設備操作311
8.2.1膠帶機操作311
8.2.2推、刮焦機操作312
8.2.3破碎機操作313
8.2.4振動篩操作314
8.2.5電捕焦油器操作314
8.2.6煤氣鼓風機操作316
8.2.7離心泵操作318
8.3崗位職責321
8.3.1生產班長崗位職責321
8.3.2上煤工崗位職責322
8.3.3爐頂放煤工崗位職責322
8.3.4出焦工崗位職責323
8.3.5篩焦工崗位職責323
8.3.6風機工崗位職責324
8.3.7水泵工崗位職責324
8.3.8抽油工崗位職責325
8.3.9維修工崗位職責325
8.3.10電工崗位職責326
8.3.11儀表工崗位職責326
8.3.12裝載機司機崗位職責327
8.4其他管理制度327
8.4.1安全生產教育培訓考核制度327
8.4.2電氣設備管理制度329
8.4.3設備安全用電管理制度329
8.4.4設備巡回檢查制度329
8.4.5絕緣工器具管理制度330
8.4.6門禁管理規定331
8.5故障及處理方法331
8.5.1常見故障及處理方法331
8.5.2其他故障及處理方法334
參考文獻336

9典型項目實例339
9.1項目概況339
9.2項目設計339
9.2.1設計原則339
9.2.2規模方案340
9.2.3原料規格340
9.2.4產品規格341
9.2.5生產過程342
9.2.6物料衡算345
9.2.7主要設備346
9.2.8能耗分析346
9.2.9技術經濟指標347
9.3項目特點348