低阶煤直立炉热解技术

本书基于作者及团队多年研究和时间成果编撰而成，内容有以下特点： 1.对低阶煤的资源和特征进行叙述的基础上，对其热解原理作以系统论述。 2.对低阶煤直立炉热解的炉形特点、生产工艺参数和流程、物料和能量衡算等进行论述。 3.对生产过程的污染源和特征、防治方法和措施作以系统叙述。 4.对生产过程中的主要设备、自动控制、生产操作和公用设施等作以系统论述。 5.对生产操作规程、开停车、事故处理方法及措施等进行论述。 6.本书内容理论联系实际，具有科学性、系统性和实用性。 本书是一本对低阶煤直立炉热解技术进行全面、系统、深入论述的专著。

从我国“缺油、少气、煤炭资源相对丰富”的资源禀赋条件和现有的技术发展分析，能源自给率的保障只能来自煤炭资源的大规模使用，在未来相当长的时间内，以煤为主的能源战略仍是必然的选择。
在我国的煤炭资源中，低阶煤的储量和产量均占全国总量的55%以上。低阶煤具有挥发分含量高、反应活性高的特点，根据其煤质结构进行科学转化，对我国实现煤炭资源的清洁高效利用具有重要的战略意义。采用低阶煤中低温热解（干馏）技术，可以获取中、高附加值的油气产品及高碳含量半焦产品，实现低阶煤的分级利用，提升能源利用效率和经济价值。因此，以低阶煤热解为龙头生产清洁燃料和相应的化工原料，并进一步延伸加工产业链是一条理想的低阶煤利用路线。多年来，我国的半焦产业有了很大发展，并对低阶煤热解工艺有了系统研究，已进行小试、中试及工业化生产的热解炉型主要有直立炉、回转炉、移动床、流化床、喷动床、气流床、旋转炉、带式炉、绞龙床、微波炉、篦动床、耦合床等10余种。但目前实现工业化生产的主要炉型为内热式直立热解炉，其单炉最大生产能力为20万吨/年。
在我国煤化工产业实现“高端化、多元化、低碳化”战略目标的指引下，兰炭产业现已进入高质量、绿色发展的新阶段。为了深入贯彻执行我国提出的力争于2030年前实现碳达峰，努力争取2060年前实现碳中和的目标，促进我国兰炭生产技术和装备的新发展，陕西冶金设计研究院有限公司在多年来对兰炭生产技术进行研究、设计和施工经验总结的基础上，编写了这本书，以期能对我国兰炭产业的发展贡献一份力量。
全书共分9章：第1章绪论由雷刚和马宝岐完成；第2章低阶煤的热解原理由马宝岐和薛选平完成；第3章直立炉热解工艺由赵杰和马宝岐完成；第4章高温半焦的余热回用由马宝岐完成；第5章内燃内热式直立热解炉工艺的主要设备由史剑鹏、赵杰、李朋泽、陈晓菲、王乐、朱佛代、田朋军、王睿哲、曾明明、韩辉、米静、窦军录完成；第6章公用及土建工程由万晖、乔耀武、雷晓芳、杜珍、刘晓荣、谭焕、杨雪莲、李传东、杨仙、王科、闫鑫完成；第7章环境保护由谢建锋和李林完成；第8章生产操作规程由史剑鹏、赵杰和李水锋完成；第9章典型项目实例由宋涛涛和吴怡喜完成。全书由赵杰和马宝岐制定编写提纲、修改和定稿，由朱佛代负责统稿。
在本书编写过程中得到了陕西冶金设计研究院有限公司原院长李挺、曹惠民、谢咏山，原副院长高武军，原总工程师李森林；神木市兰炭产业服务中心主任贾建军，书记刘朝辉；陕西煤业化工集团有限责任公司副总工程师张相平，化工事业部经理郝发潮；陕西省环境调查评估中心原副总工程师王珍；中国煤炭加工利用协会兰炭分会秘书长申联星；宁波力勤资源科技股份有限公司项目经理孟涛；陕西冶金设计研究院有限公司副院长赵健、马玄恒，副总工程师蔡毅、耿虎，结构工程设计室主任石鹏，工程管理部部长党小刚，综合办主任王磊等诸多同仁的大力支持和帮助，在此向他们致以衷心的感谢！
由于本书内容涉及面较宽，编者经验不足、水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，敬请读者给予指正。

编者
2023年10月

全书从我国煤资源禀赋重点地区的储量分布、煤种特性以及半焦的生产与应用发展前景等方面入手，汇集当前有关中低温热解技术机理等研究成果，着力对立式热解炉的工艺和行业热点（余热回收）等进行系统阐述。针对现阶段运行产能规模最大、分布最广、占有主导地位的内热式直立炉热解半焦生产技术，以陕西冶金设计院有限公司开发设计的“SH系列炉型”为主体，对其从资源优化利用、设计、施工、生产操作和运行管理、设备的维护、节能环保等方面进行了细致的叙述，涉及半焦生产过程主要环节，并对最新投产的SH4090型内燃内热式直立热解炉（单炉产能20万吨/年）运行实例进行了系统介绍。
本书可供从事低阶煤分级分质利用领域特别是直立炉热解领域的科研人员、工程技术人员和生产管理人员、大中专院校相关专业师生阅读参考。

1绪论001
1.1我国的低阶煤资源001
1.1.1低阶煤的储量001
1.1.2低阶煤的分布003
1.2低阶煤的主要特性与结构特点006
1.2.1褐煤的主要特性006
1.2.2低变质烟煤主要特性008
1.2.3低阶煤结构特点009
1.3我国半焦产业概述011
1.3.1规模产量011
1.3.2技术工艺012
1.3.3产品应用015
参考文献016

2低阶煤的热解原理019
2.1煤的热解过程、机理与模型020
2.1.1煤的热解过程020
2.1.2煤的热解机理021
2.1.3煤的热解模型022
2.2煤热解的化学反应025
2.2.1一次反应026
2.2.2二次反应026
2.2.3缩聚反应027
2.2.4交联反应028
2.3煤热解反应动力学029
2.3.1胶质体反应动力学029
2.3.2脱挥发分的动力学032
2.4煤热解的影响因素039
2.4.1原料煤种039
2.4.2加热终温041
2.4.3升温速率044
2.4.4热解压力046
2.4.5煤的粒径048
2.4.6热解气氛050
参考文献055

3直立炉热解工艺057
3.1外燃内热式直立炉热解工艺057
3.1.1鲁奇三段炉热解工艺057
3.1.2SM-GF技术热解工艺063
3.1.3RNZL型直立炉热解工艺069
3.2内燃内热式直立炉热解工艺071
3.2.1SH4090型内燃内热式直立炉热解工艺071
3.2.2SJ-Ⅴ型直立炉热解工艺079
3.2.3富氧热解技术研究083
3.3外热式直立炉热解工艺090
3.3.1中试技术工艺090
3.3.2工业示范装置094
3.3.3工业生产装置099
3.3.4传热模型研究105
3.3.5技术工艺研发108
3.4内外热式直立炉热解工艺114
3.4.1德国考伯斯炉114
3.4.2技术工艺研发115
参考文献123

4高温半焦的余热回用127
4.1余热回用研究127
4.1.1半焦余热回收利用的方案127
4.1.2气固换热的余热回收实验131
4.1.3半焦余热回用的颗粒流动137
4.1.4氮气干熄焦技术工艺研究140
4.1.5螺旋熄焦机内的颗粒流动143
4.2竖置式余热锅炉148
4.2.1技术特点148
4.2.2装置特点149
4.3横置式余热锅炉156
4.3.1研发与设计156
4.3.2横置式锅炉162
4.4余热回用方法165
4.4.1余热回收型螺旋输送机165
4.4.2传动式热管换热干法熄焦168
4.4.3半焦干法熄焦回转冷却炉169
4.4.4联合冷却高温半焦系统171
4.4.5导热油回收半焦的余热172
4.4.6回收半焦余热的蒸发器174
4.4.7隧道式半焦干熄焦系统174
参考文献177

5内燃内热式直立热解炉工艺的主要设备179
5.1SH型内燃内热式直立热解炉179
5.1.1研发历程179
5.1.2SH4090型内燃内热式直立热解炉构造181
5.1.3热解炉附属设备182
5.1.4推焦机183
5.2煤-焦输送设备187
5.2.1概述187
5.2.2煤-焦输送设备的分类187
5.2.3输送设备在半焦领域的应用现状191
5.3破碎机193
5.3.1概述193
5.3.2破碎机的分类194
5.3.3破碎机在半焦领域的应用现状204
5.4振动筛209
5.4.1概述209
5.4.2振动筛的分类210
5.4.3振动筛在半焦领域的应用211
5.5直接冷却塔214
5.5.1概述214
5.5.2直接冷却塔的分类214
5.5.3直接冷却塔在半焦领域的应用现状216
5.6管壳式冷却器217
5.6.1概述217
5.6.2管壳式冷却器的分类218
5.6.3管壳式冷却器在半焦领域的应用现状220
5.7电捕焦油器221
5.7.1概述221
5.7.2电捕焦油器的分类221
5.7.3电捕焦油器在半焦领域的应用现状223
5.8焦油氨水分离装置223
5.8.1概述223
5.8.2焦油氨水分离装置的分类223
5.8.3焦油氨水分离装置在半焦领域的应用现状226
5.9油罐228
5.9.1概述228
5.9.2油罐的分类228
5.9.3油罐的检修和维护230
参考文献231

6公用及土建工程235
6.1仪表自动化系统235
6.1.1仪表自动化系统概述235
6.1.2仪表自动化系统方案240
6.1.3仪表自动化系统展望244
6.2电气247
6.2.1供配电概述247
6.2.2照明250
6.2.3防雷及接地254
6.2.4爆炸危险环境255
6.3给排水256
6.4暖通空调258
6.4.1采暖系统258
6.4.2通风工程261
6.4.3空调系统262
6.5主要建、构筑物的结构选型265
6.5.1原料和产品储运单元的主要建、构筑物的结构选型265
6.5.2原料加工热解单元的主要建、构筑物的结构选型268
6.5.3煤气净化单元的主要建、构筑物的结构选型270
6.5.4厂区公共辅助单元的主要建、构筑物的结构选型271
参考文献271

7环境保护275
7.1污染来源及特性275
7.1.1废气污染物的来源与特性275
7.1.2废水污染物的来源与特性275
7.1.3固体废物的来源与特性276
7.1.4噪声的来源与特性276
7.1.5污染物排放标准与要求276
7.2大气污染及防治措施276
7.2.1废气污染物治理的原则与方法276
7.2.2颗粒物治理技术278
7.2.3二氧化硫治理技术280
7.2.4氮氧化物治理技术280
7.2.5VOCs治理技术281
7.3废水污染及防治措施285
7.3.1废水污染治理的主要方法285
7.3.2废水预处理技术287
7.3.3废水生化处理技术291
7.3.4废水深度处理技术295
7.3.5废水焚烧处理技术296
7.4固体废物污染及防治措施297
7.4.1固体废物治理的主要方法297
7.4.2废油渣处理技术297
7.4.3剩余污泥处理技术299
7.5噪声污染及防治措施300
7.5.1噪声污染及危害300
7.5.2噪声污染控制的主要方法301
参考文献302

8生产操作规程303
8.1主要工艺操作303
8.1.1备煤系统操作要点303
8.1.2热解系统操作要点304
8.1.3筛焦系统操作要点310
8.2主要设备操作311
8.2.1胶带机操作311
8.2.2推、刮焦机操作312
8.2.3破碎机操作313
8.2.4振动筛操作314
8.2.5电捕焦油器操作314
8.2.6煤气鼓风机操作316
8.2.7离心泵操作318
8.3岗位职责321
8.3.1生产班长岗位职责321
8.3.2上煤工岗位职责322
8.3.3炉顶放煤工岗位职责322
8.3.4出焦工岗位职责323
8.3.5筛焦工岗位职责323
8.3.6风机工岗位职责324
8.3.7水泵工岗位职责324
8.3.8抽油工岗位职责325
8.3.9维修工岗位职责325
8.3.10电工岗位职责326
8.3.11仪表工岗位职责326
8.3.12装载机司机岗位职责327
8.4其他管理制度327
8.4.1安全生产教育培训考核制度327
8.4.2电气设备管理制度329
8.4.3设备安全用电管理制度329
8.4.4设备巡回检查制度329
8.4.5绝缘工器具管理制度330
8.4.6门禁管理规定331
8.5故障及处理方法331
8.5.1常见故障及处理方法331
8.5.2其他故障及处理方法334
参考文献336

9典型项目实例339
9.1项目概况339
9.2项目设计339
9.2.1设计原则339
9.2.2规模方案340
9.2.3原料规格340
9.2.4产品规格341
9.2.5生产过程342
9.2.6物料衡算345
9.2.7主要设备346
9.2.8能耗分析346
9.2.9技术经济指标347
9.3项目特点348