新技術為蘭炭應用找出路

低階煤約占我國煤炭總儲量的55%，通過中低溫熱解制取焦油、煤氣、蘭炭(半焦)，是低階煤清潔化利用的主要路徑。隨著“十三五”期間數(shù)個百萬噸級熱解項目陸續(xù)啟動，蘭炭產(chǎn)量將大幅增加。如何拓展蘭炭的應用領域已成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。在中國煤炭加工利用協(xié)會上周于西安舉行的煤炭深加工發(fā)展及清潔能源高端論壇上，與會專家提出，蘭炭除應用于傳統(tǒng)領域外，還可“另起爐灶”，在電站鍋爐摻燒、高爐噴吹煉鐵、氣化等方面開辟新出路，將蘭炭吃干榨凈。
　　電站鍋爐摻燒技術可行
　　西安熱工研究院有限公司燃料與燃燒實驗室副主任姚偉介紹說，蘭炭具有高固定碳、高化學活性、高比電阻及低灰、低硫、低磷、低鋁的“三高四低”特性，是潔凈環(huán)保新型燃料。
　　“我們經(jīng)過蘭炭燃燒性能與電站煤粉鍋爐匹配性研究，認為電站煤粉鍋爐燃用蘭炭在技術上是可行的。”姚偉告訴中國化工報記者，該團隊提出了“利用制粉系統(tǒng)研磨處理余量摻燒蘭炭”的預混摻燒方式，先后在135MW、300MW煙煤鍋爐等摻燒蘭炭。試驗結果表明電站煤粉鍋爐摻燒蘭炭效果良好，鍋爐結渣情況可控，燃燒困難和磨損嚴重等技術難題得以解決。當摻燒比例為30%左右時，鍋爐效率基本無影響，SO2、粉塵濃度大幅下降，環(huán)保效益明顯。
　　姚偉坦言，大比例摻燒蘭炭時鍋爐效率會略有下降，針對這一問題，他們正與陜煤集團合作在長安石門電廠300MW機組進行大比例摻燒工程試驗，開展穩(wěn)燃、燃盡、低NOx協(xié)同控制優(yōu)選工程驗證攻關。
　　但煤粉鍋爐摻燒蘭炭實際應用還很少?！爸饕虿皇羌夹g問題，而是經(jīng)濟性?！币フf，目前大多熱解工藝采用塊煤為原料，塊煤本身的價格較電廠的混煤高。如果采用低價的沫煤熱解，降低蘭炭生產(chǎn)成本，電廠應用就比較容易。
　　純燃預熱燃燒值得期待
　　除混燃和摻燒外，純燃半焦新型技術也正在攻關。中科院工程熱物理研究所副所長李詩媛認為，熱解產(chǎn)生的半焦及氣化殘?zhí)繜嶂递^高，揮發(fā)分含量極小，這種超低揮發(fā)分碳基燃料可實現(xiàn)清潔燃燒。
　　由該所牽頭的超低揮發(fā)分碳基燃料清潔燃燒關鍵技術，包括純燃半焦預熱燃燒和電站煤粉鍋爐大比例摻燒。他們通過開發(fā)200kW、2~14MW預熱式燃燒器，實現(xiàn)穩(wěn)燃、燃盡、低NOx協(xié)同控制，掌握了各類半焦及氣化殘?zhí)康娜紵匦院臀廴疚锱欧趴刂萍夹g。中試結果表明，純燃半焦燃燒效率達98.7%，純燃殘?zhí)咳紵蔬_87.6%。2017年，該所在廣西河池建成20噸/時純燃預熱燃燒鍋爐示范裝置進行純燃氣化殘?zhí)?，目前已完?2小時考核，并投入商業(yè)運行。此外，35噸/時純燃半焦鍋爐也正與陜煤合作進行改造。
　　李詩媛認為，半焦預熱燃燒技術值得期待，利用半焦燃燒發(fā)電鍋爐與煤熱解裝置配套應用是發(fā)展趨勢，小容量純燃和電站煤粉鍋爐大比例摻燒是最佳方式。
　　高爐噴吹煉鐵降低成本
　　“神木蘭炭是優(yōu)質的高爐噴吹燃料，可完全替代無煙煤用于高爐噴吹，降低煉鐵成本?！敝袖摷瘓F鞍山熱能研究院總經(jīng)理孟慶波表示，神木蘭炭的灰、硫等指標達到了高爐噴吹用煤要求的二級標準水平，而且蘭炭粉比無煙煤和焦炭的燃燒性能好，噴入高爐后燃燒利用率高，對高爐噴吹有利。同時蘭炭粉比無煙煤和焦炭的氣化性能好，未燃蘭炭粉能更快在低溫下與CO2反應生產(chǎn)還原劑CO來保護冶金焦。而且蘭炭低灰、低硫、低鋁的特性，以及灰成分中有用成分含量高，優(yōu)于目前常用的高爐噴吹煤。
　　鐵礦石與焦丁混裝用于高爐煉鐵可以降低成本。孟慶波表示，下一步粉狀蘭炭可代替焦丁，與鐵礦石混裝用于高爐煉鐵，兼具焦丁和高反應性焦炭的作用，能夠改善高爐還原和熱交換過程，降低煉鐵成本。目前，該技術已在某鋼鐵企業(yè)進行工業(yè)試驗，高爐焦比下降8~11千克/噸，若該公司年使用蘭炭6.5萬噸，可節(jié)約成本2400萬元。
　　熱解氣化耦合潛力巨大
　　蘭炭能否作為化工原料?汪壽建認為，蘭炭與煤的主要成分大致相當，甚至含碳量等一些組分指標還要好一些，可用于制備水煤漿或干法氣化。
　　航天長征化學工程股份有限公司高級商務經(jīng)理韓勇等專家認為，蘭炭完全可以氣化作為化工原料，但問題在于成本明顯高于原煤，經(jīng)濟性不強。同時，蘭炭作為干法氣化原料時需要磨粉，因硬度高，能耗和磨損較大，水煤漿能否成漿也有待技術研究和試驗。雖然目前蘭炭氣化工業(yè)化應用的業(yè)績還很少，但熱解與煤氣化耦合將是發(fā)展趨勢。
　　記者了解到，延長石油碳氫研究中心自主研發(fā)的粉煤熱解氣化一體化(CCSI)技術，可將煤直接轉化為煤焦油和粗合成氣，使熱解產(chǎn)生的蘭炭在反應器內一次全部轉化，將煤炭分質分級利用提升到更高水平，為蘭炭規(guī)?；瘧谜业接行緩剑痉兑饬x和潛力巨大。該技術已經(jīng)取得了大量的基礎研究和工程技術開發(fā)數(shù)據(jù)，相關產(chǎn)業(yè)化示范項目也已列入國家《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》等，目前延長石油正在加快CCSI百萬噸產(chǎn)業(yè)化示范項目的建設。