無熱載體蓄熱式旋轉床低溫熱解技術郭啟海，丁力，張順利，吳道洪北京神霧環境能源科技集團股份有限公司摘要：北京神霧集團無熱載體蓄熱式旋轉床低溫熱解技術與現有技術比，具有以下顯著特點：采用北京神霧集團的蓄熱式節能燃燒技術，熱效率高，可以使用低熱值煤氣（700kcal/Nm3以上）作為燃料；采用內置外熱式輻射管傳熱，傳熱均勻性好，熱解速度快，熱解室與燃燒室隔離，熱解揮發物與燃燒煙氣不相混合，煤氣成分較純，富產氣體熱值高4000kcal/Nm3以上），后續冷卻、凈化裝置負荷相對減小；采用旋轉床裝置進行熱解，物料均勻布置到底料板后，物料隨底料板在爐膛內旋動，沒有翻滾、攪動等，對物料強度、粒度要求不高；旋轉床熱解裝置易實現單體擴大，單爐產量高，適于大規模推廣。關鍵詞：褐煤；無熱載體；熱解；旋轉床；蓄熱式燃燒；輻射管。1前言隨著我國國民經濟的快速發展，石油消費迅速增長，而我國又是石油資源相對缺乏的國家，缺油、少氣、富煤的資源賦存現狀，決定了在相當長時期內，煤炭在我國能源消費結構中的比例不會低于60%。全世界的褐煤儲量約為4萬億噸，占全球煤炭儲量的40%［1］。我國褐煤資源豐富，據2010年底的統計，中國探明的煤炭儲量約為1145xl08t，其中次煙煤和褐煤約占46%［2］，褐煤已經成為我國能源生產和供應的重要組成部分，隨著煤炭產量的逐年增長，在能源構成中的比重將進一步增加。褐煤是煤化程度最低的煤種，具有水分含量高，揮發分高，不粘結，易風化變質，含原生腐殖酸，含氧高，化學反應性強，燃點低，熱穩定性差等主要特點。根據褐煤資源的特點，如何實現褐煤潔凈高效燃燒？如何實現褐煤清潔利用，這些問題一直困擾著褐煤的開發和利用［3,4］。北京神霧環境能源科技集團股份有限公司本著發展循環經濟理念，發揮低變質煤的煤質特點，經過多年技術積累，研發出無熱載體蓄熱式旋轉床低溫熱解技術，將低變質煤轉化成優質油品、優質化工原料氣、優質半焦，并進一步轉化為高附加值冶金和化工產品。2技術簡介神霧集團根據褐煤熱解工藝需要，結合在冶金行業已成熟應用的具有自主知識產權的蓄熱式轉底爐和蓄熱式輻射管燃燒等技術，首次將轉底爐技術和蓄熱式輻射管燃燒技術應用在化工行業，在將冶金行業和化工行業成熟技術相結合的基礎上，開發設計出滿足煤、油頁巖、廢舊輪胎、垃圾、生物質等原料熱解需要的連續式熱解反應器。該旋轉床的床內溫度可精確控制，且熱解過程中產生的高溫油氣通過油氣快速導出裝置部分快速排出，實際使用性能既滿足了熱解充分、油氣產率高，又實現了安全、環保、節能的要求。無熱載體蓄熱式旋轉床熱解系統如圖1所示，由原料預處理單元、熱解單元、熄焦單元和油氣冷卻分離單元組成，包括原料破碎裝置、篩分裝置、干燥裝置、進料機、輻射管加熱裝置、旋轉床、出料機、高溫強制對流裝置、油氣冷卻器、油水分離器等部分。! 源科預i!原煤 卜破碎? 卜|篩分 ?十燥 h成型裝置||* —T- ——p 'MI(krnnn I熱解單兀 |1O換詈4 】 !熄焦小元 打 / I提質煤*_|熄焦裝置卜出出料裝置R——礴除二強制對流裝置|；11111訃溫油氣快速輸甲裝萱焦油4——1油氣冷卻分離單元1r=!11高溫汕氣高溫油氣快1冷卻裝置■速輸山裝置11煤氣4——111圖1無熱載體蓄熱式旋轉床熱解系統其中無熱載體蓄熱式旋轉床反應器是這一系統的核心設備，該設備的開發設計既需要滿足入爐熱解充分、油氣產率高的要求，又要實現安全、環保、節能的要求。圖2是無熱載體蓄熱式旋轉床橫截面結構示意圖，物料依次經過旋轉床的裝料區、預熱區、加熱區、均熱區和出料區，在500?650°C下發生熱解反應，得到焦油、煤氣氣和半焦產品。原煤熱解生成的小分子烴類和煤氣，在引風機的作用下，從爐膛頂部或爐膛側面多處油氣出口快速采出，進入高溫油氣冷卻系統，極大縮短了高溫油氣在爐膛里面的停留時間，保證了焦油的高收率。熱解過后的提質煤通過出料裝置輸送到噴霧熄焦系統。在旋轉床熱解反應器中，用多點布置、精確可調蓄熱式輻射管輻射加熱，保證了煤層快速、均勻受熱。通過控制旋轉床的布料板的旋轉速度，以控制物料的反應時間。通過控制輻射管燃氣量，實現爐膛溫度的精確調節。圖2無熱載體蓄熱式旋轉床橫截面結構示意圖3技術特點無熱載體蓄熱式旋轉床低溫熱解技術，高度關注節能、降耗、減排的同時，在熱解裝置大型化、連續穩定化運行思路和技術上有所突破，有效解決了諸如結構設計技術、材料技術、高溫密封技術、高溫油氣分離技術等關鍵技術問題。與現有技術比，北京神霧集團無熱載體蓄熱式旋轉床低溫熱解技術具有以下顯著特點：八、、?（1）采用北京神霧集團的蓄熱式節能燃燒技術，熱效率高，可以使用低熱值煤氣（700kcal/Nm3以上）作為燃料；（2）采用內置外熱式輻射傳熱，傳熱均勻性好，熱解速度快，熱解室與燃燒室隔離，熱解揮發物與燃燒煙氣不相混合，煤氣成分較純，后續冷卻、凈化裝置負荷相對減小；3）采用旋轉床裝置進行熱解，物料均勻布置到底料板后，物料隨底料板在爐膛內旋動，沒有翻滾、攪動等，對物料強度、粒度要求不高，原料廣泛，褐煤、長焰煤、煙煤、垃圾、生物質、廢舊輪胎等均可作為原料；熱解過程中無其它雜質引入，富產氣體熱值高(4000kcal/Nm3以上)；生產過程清潔環保，過程中產生的許多有害物質可以控制、回收，對周圍環境基本無污染；(6)旋轉床熱解裝置易實現單體擴大，可通過加大設備規模增強處理能力，單爐產量高，適于大規模推廣。4結論北京神霧集團以市場需求為向導，以節能減排和資源綜合利用為研發目標，制定可持續發展的技術開發戰略，始終立足原始創新和集成創新，專注高效燃燒技術，利用深度技術研發和工業化推廣應用，在非常規礦石資源/化石能源、固廢及再生資源的高效利用方面提供節能、環保、經濟的綜合解決方案。在目前全球能源日趨緊張的形勢下，褐煤的經濟價值及其相關加工生產技術又重新被世界能源界所重視。神霧集團自主研發的無熱載體蓄熱式旋轉床低溫熱解技術的推廣，對褐煤資源清潔高效利用領域的開拓具有重要意義，符合我國可持續發展戰略和節能減排要求，同時也極大的緩解了中國對國外能源的過度依