近些年来，在政府的引导和支持下，为了加快榆林兰炭产业的转型升级，榆林兰炭企业以“产、学、研”结合为支撑平台，对榆林煤采用内热式直立炉生产工艺技术进行了研发和提升。在此仅对涉及内热式直立炉生产工艺技术的研发和改造项目列入表2-3中。
表2-3 榆林内热式直立炉工艺技术研发和改造项目
续表
榆林市兰炭产业转型升级专家委员会经过对表2-3中的项目现场考察、验收和充分论证及评估后认为：小粒煤干馏、水雾熄焦和兰炭余热利用等三项技术，经生产实践验证，其技术具有成熟性、可靠性和先进性，进一步完善和推广后，对榆林兰炭产业的转型升级具有重要意义。
2.1.2.1 小粒煤干馏技术
在原煤的开采（机采）和洗选过程中，块煤（30～80 mm）约占25%，粒煤（6～30 mm）约占55%，其余为小于6 mm的末煤。但在煤热解生产兰炭、煤焦油及煤气工艺中，普遍采用的内热式直立炉只能选用块煤为原料。为此，榆林兰炭企业研发了小粒煤干馏技术，并实现了工业化生产。由于小粒煤比块煤价格低，因此对提高企业的经济效益具有重要作用。
（1）炉型结构特点。
小粒煤炉的结构如图2-9所示。由图2-9可知，小粒煤炉顶部是煤气出口以及荒煤气集气管，集气管下部连接若干个集气罩3，集气罩3为倒置的漏斗型。进料口均匀分布在炉顶并和炉底的炭化室T一一对应，炉底均匀分布着若干炭化室T，燃烧室R和炭化室T一一间隔相邻。在燃烧室R顶部有两层火孔8和10，燃烧室R的顶部成多级倒阶梯的形状，使得相邻的两个燃烧室R的顶部距离减小。两层火孔分别隐藏在阶梯下，如此一来，小粒煤就无法进入火孔4，无法堵塞火孔，保证高温气体顺利进入煤层内。煤堆积在炭化室T内，燃烧室R内燃烧产生的高温气体从火孔4进入煤层。由于燃烧室R顶部为倒阶梯形，相邻两火孔的距离缩短，使高温气体在煤层中的传输距离缩短，气阻压力降也避免了高温气体由于煤层堆积密度大、孔隙率小在煤层中的停留时间延长而出现局部过热，以及离火孔较远的煤层由于接触不到高温气体生成生焦的现象。炭化室T的煤在隔绝空气的条件下进行高温干馏生成兰炭，生成的挥发分、水分和荒煤气通过集气罩2进入集气管。生成的兰炭通过炭化室T底端的排焦口进入水熄焦大槽熄焦降温后成为兰炭成品。煤炭经过这样的一个过程被加工成合格的兰炭。
图2-9 小粒煤炉（倒阶梯形直立内热室腹炭化炉）结构图
1-炉顶6～20 mm碎煤入口；2-炉墙；3-集气罩；4-燃烧火孔；5-排渣口；6-水熄焦大槽；7-小粒煤向下运动密实区；8-第一层火孔口；9-燃烧室R；10-第二层火孔口；11-小粒煤松散炭化区；12-煤气出口
炭化室呈上窄下宽的形状结构，即墙体分为两个倒阶梯：第一个阶梯间，炭化室T宽度约470 mm；第二个阶梯间宽度530 mm，下部宽度590 mm。两层火孔分别隐蔽在两层倒阶梯下，不易被小粒煤堵塞，保证高温气体能够顺畅地流向炭化室的煤层，与此同时由于从下到上两个相邻燃烧室的火孔距离不断缩短，减少了高温气体在煤层中水平方向的穿透距离、减少了压降，使得高温气体能够充分均匀地穿越煤层，从而使得煤层的温度场分布均匀，杜绝了气体短路、断路现象，保证了兰炭的质量，提高了兰炭炉的原料选择性。
（2）生产工艺流程。
小粒煤干馏生产工艺流程如图2-10所示。
图2-10 小粒煤炉工艺流程
1-受煤坑；2-转运站；3-筛分室；4-皮带机；5-粉煤仓；6-内热式干馏炉；7-气液分离器；8-文氏塔；9-旋流板塔；10-电捕焦油器；11-煤气风机；12-循环氨水槽；13-剩余氨水槽；14-螺旋板换热器；15-循环氨水泵；16-剩余氨水泵；17-污水处理站；18-中水回用泵；19-焦油氨水分离池；20-焦油中间槽；21-焦油贮槽；22-熄兰炭大槽；23-空气风机；24-兰炭1仓；25-兰炭2仓；26-兰炭皮带机；27-闸一；28-闸二；29-循环氨水；30-回炉煤气
1）备煤系统。
原煤经受煤、筛分，大于6 mm经皮带运输机送至煤仓，再由煤仓下的皮带输送机分别送至各单炉的中间煤仓，然后通过液压阀定期送入炉内进行干馏。小于6 mm原煤通过皮带送至粉煤仓。
2）干馏系统。
原煤送至炉内经过干燥、干馏、冷却熄焦（水雾熄焦），然后出炉完成干馏过程。干馏热源由煤气配空气在水平火道不完全燃烧的热载气体［煤气／空气体积比为（1.6～1.7）∶1］通过火孔进入炉内干馏段对煤干馏供热，煤干馏后煤气经炉顶集气罩进入煤气净化系统；干馏兰炭由炉底排焦箱通过水雾熄焦后排出炉外。
3）煤气净化系统。
由吸气罩吸出的荒煤气约65～75℃，经上升管、文氏塔、旋流板塔的循环氨水喷淋，煤气温度降至38℃左右，再进电捕焦油器。焦油、氨水均进入焦油／氨水分离池（热环池）。经分离后的焦油由泵送至焦油罐；氨水由泵送至氨水池，经泵送至上述装置喷淋荒煤气；剩余氨水进污水处理系统，处理后的中水回用，用作水雾熄焦用水，实现生产废水零排放。
4）水雾熄焦系统。
兰炭的水雾熄焦装置由熄焦大槽、托焦板、排焦杆、喷水管、埋刮板机、第一料仓及开关、第二料仓及开关闸组成。托焦板与排焦口之间形成兰炭堆，在每个排焦口两侧形成约3.6 m×0.2 m的条形堆。在条形堆两侧上端，分别安装喷水管两条，间断向热兰炭喷水，并产生蒸汽来熄焦。喷水调节装置由自控装置调控喷水时间、喷水量，达到既熄焦又节约用水。
熄灭的兰炭由推焦机均匀推入大槽底部，再由刮板机卸入第一料仓。打开第一开关，兰炭落入第二料仓。打开第二开关，兰炭落入皮带机，送至筛储，再送到兰炭堆场。
整个系统全部密闭，保证大槽压力与炉内压力平衡，根据炉内压力数据，自动调整大槽上部调压阀。
5）兰炭筛储系统。
炉内的兰炭经水雾熄焦系统进入出焦平皮带输送机，经斜皮带运输机送入筛分室，根据用户要求进行产品分级。一般为大于10 mm，5～10 mm，小于5 mm三级规格，然后用皮带运输机送至堆场。
（3）工艺技术特点。
小粒煤干馏工艺技术主要特点如下：
1）炉体高度适当降低，由8.2 m降到7.2 m，炭化室宽度上小下大锥体形，火孔砖为隐蔽式。
2）吸气罩下降一定高度，以利荒煤气吸出。
3）加煤孔口增加，由4个增加到6个，设液压阀加料，使下料均匀并密封。
4）排焦箱取消冷却水夹套，改为钢纤维耐火浇注料，减少循环水系统，利于节能、节水，同时消除因水套堵塞而爆炸的隐患。
5）高温兰炭采用水雾熄焦技术，节水40%、节省消耗烘干煤气42 m3／t兰炭，同时消除水捞焦的污染源，有利环保。(www.xing528.com)
6）干馏温度低，可使兰炭产量提高10%～12%，焦油回收率可达到90%（提高了5%），其中轻油占总量的15%～19%。
7）炉顶温度低，为约65～75℃，有利于焦油产率。
8）单炉产量进一步由10×104 t／a扩大到15×104 t／a。
近年来，小粒煤炉已在榆林地区成功推广应用，其工艺参数比较分析见表2-4。
表2-4 工艺参数比较分析（神木某厂测定数据）
2.1.2.2 水雾熄焦技术
在我国兰炭生产企业的内热式直立炉工艺中，多年来普遍采用湿法熄焦（水捞焦），该技术不仅造成了能源的极大浪费，而且严重地污染了环境。
水捞焦装置为长9 m、宽2.8 m、高1 m的水封式熄焦槽，配套一套烘干床。干馏炉内约550℃左右的灼热兰炭经推焦机推入盛满熄焦水的熄焦槽内，熄灭并冷却后通过刮板输送机经烘干床烘干后送至兰炭仓，筛分后运出。
水捞焦装置存在的问题是：
（1）熄焦过程是用水直接熄焦，要消耗大量的水分，经测算每湿熄1 t兰炭要消耗约0.2 t熄焦水。
（2）水捞焦产生的大量蒸汽直接排入大气，高温兰炭的显热也随着蒸汽的排放被浪费掉。每产1 t兰炭消耗的热量约为2.21～2.35 GJ，其中水捞焦浪费的热量为1.05 GJ，约占总消耗热量的45%。
（3）从炭化室推出的兰炭，温度为550℃左右，水捞焦时高温兰炭在水中急剧冷却，兰炭内部结构产生很大的热应力，网状裂纹较多，气孔率很高，因此其转鼓强度较低，且容易碎裂成小块。
（4）水捞焦时高温兰炭在水中冷却，冷却后的湿兰炭需要加热烘干，浪费了大量的煤气。
（5）水捞焦过程中，高温兰炭与水接触产生大量的酚、氰化合物和硫化合物等有害物质，随熄焦产生的蒸汽自由排放，严重腐蚀周围设备并污染大气。
为了在兰炭内热式直立炉生产过程中实现节水降耗、提高能源利用率、减少污染，榆林兰炭企业对水雾熄焦技术进行了研究，并在生产中得到推广应用。生产实践表明，采用水雾熄焦技术后，可节能10%，理论水耗可降低30%以上，成品兰炭携带水可降低到5%以下，兰炭收率将提高2.3%左右。如果计算用户的运输成本、节能效益和环境社会效益，经济效益将更为明显。另外，水雾熄焦可以改善和提高兰炭产品品质，带来额外的收益。
在专利CN 203440300 U中对水雾熄焦设备做了描述（图2-11）。该设备排焦口1的下部设托焦板2，在托焦板2上方设有推焦杆4，托焦板2下方设有熄焦大槽6，熄焦大槽6底部有埋刮板机7。排焦口1上部设有排焦箱3，此排焦箱长3±0.1 m，宽0.5±0.1 m，高1±0.1 m。在排焦箱3上端两侧各设一根多孔喷水管5，喷水量大小由闸阀控制。
由干馏炉底部排出的高温兰炭，从上至下进入排焦箱3，将喷水管喷入的水汽化，产生的水蒸气持续熄灭在排焦箱3内的兰炭。熄灭后的兰炭向下运动至排焦口1时，被安装在托焦板2上的推焦杆4推离托焦板2，落入埋刮板机7中；继而埋刮板机7将兰炭输送至第一兰炭仓8，随后通过第一兰炭仓开关9进入第二兰炭仓10；第二兰炭仓10装满后，关闭第一兰炭仓开关9，第二兰炭仓10与埋刮板机7壳体隔开封闭，以保持炉内压力稳定；约40 min后，打开第二开关11，将兰炭放入皮带输送机12运出。关闭第二开关11，打开第一开关9，重复上述流程。
图2-11 水雾熄焦设备
1-排焦口；2-托焦板；3-排焦箱；4-推焦板；5-喷水管；6-熄焦大槽；7-埋刮板机；8-第一兰炭仓；9-第一兰炭仓开关；10-第二兰炭仓；11-第二兰炭仓开关；12-皮带运送机
按单炉7.5×104 t／a兰炭计，水雾熄焦与水捞焦技术能耗对比，见表2-5。
表2-5 水雾熄焦与水捞焦技术能耗对比
注：煤气按0.05元／Nm3计算，工业水按6元／t，电按0.5元／（kW·h）计算，年节约112.85万元。
2.1.2.3 兰炭余热利用技术
多年来，在榆林兰炭的生产过程中，由干馏段产出的高温兰炭，其热量一直未被利用。为了使兰炭的余热能够得到合理利用，提高其经济效益，榆林兰炭企业引进消化水雾熄焦技术。经在生产过程中不断改进和完善，现该技术已得到推广应用，并获得良好的效果。
兰炭余热回收装置，由换热器和汽液分离器组成，其换热器为立排多通道管状结构（图2-12），脱盐水在换热器管内，与管外的高温兰炭（约650℃）换热后，被加热汽化，然后进入汽液分离器（汽包，图2-13），由汽液分离器分离出0.7 MPa的饱和蒸汽，该蒸汽可外供使用。高温兰炭经换热器冷却后，可由650℃降温到200℃，然后再进入水雾熄焦装置。
图2-12 立排多通道管状换热器外形结构
图2-13 汽液分离器（汽包）外形结构（平台上方）
兰炭余热利用技术的主要特点是：
（1）每吨兰炭余热可生产饱和蒸汽0.2 t，明显提高了能量利用率；
（2）饱和蒸汽压力为0.7 MPa，可供厂内自用；
（3）可使水雾熄焦装置兰炭的入口温度由650℃降低到200℃，并使水雾熄焦的用水量减少60%以上。
生产实践证明，在兰炭生产工艺中，采用兰炭余热回收装置，具有设备结构简单易行、投资低、技术可靠等特点，将其推广应用，对提高榆林兰炭产业的能量利用率，具有一定的作用。
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