兰炭生产节能技术与节能空间探讨

兰炭生产节能技术与节能空间探讨

刘晓英

身份证号码：62232219900612282X

摘要：兰炭是一种重要的化工原料，其生产过程中需要消耗巨大的能源，因此如何进行兰炭生产的节能控制，如何降低兰炭的生产能耗就极为关键。

   关键词：兰炭；节能技术；节能空间

    兰炭又被称为半焦，属于煤转换的产品。兰炭是弱黏性或无黏性且具有高挥发特性的烟煤在低温条件下经干馏热解得到的一种固体“炭”制品，具有不易挥发的特性，外表呈浅黑色状。兰炭具有化学活性高、固定碳高、电阻高以及含硫、灰、磷低等特征，并且兰炭的强度较低，在生产和使用兰炭的过程中很容易产生粉末。

   1.兰炭行业现有节能技术及措施

     1.1工艺的节能技术

    兰炭生产过程中，能源转换效率最高，主要表现在生产过程中产生的热量、产热量和熄焦产热量的不同。因此，在兰炭产品的生产过程中，对其进行能量消耗的控制是比较重要的一步。兰炭生产过程的主要节能措施有：1)在炭化室的炉身设计中，应合理选用砖型及砌筑方式，加强结构严密性，避免气体泄漏；2)通过合理地选用保温结构，采用新型保温材料，减少了加热过程中的热量损失；3)采用大产能高炉，减少单个高炉热损失；4)对进入的气体和煤气进行精确的调节，以保持碳化炉的气化温度在适当的区域；5)通过调节碳化炉内的温度，以使炉内的温度均匀，可以高效地改善精馏状况，实现节约能源；6)采用 DCS控制系统，实现了对整机的集中监测，实现了最佳运行条件，提高了系统的能效；7)通过适当地设计给煤和出焦模式，降低了气体泄漏。

   2.2 电气节能技术 

    1)按照国家有关规定，选用适合我国国情且节能的机电设备；2)采用新型节能设备，适用于各种类型的水泵、风机，采用变频调速的变频调速；3)在变电所配电室内设置低压静电电容盒，对接地设备进行集中式无功功率补偿，提高功率因数，减少电网的损耗；4)低压电动机全部为 Y型三相感应电动机；5)采用高效荧光灯或 LED照明的厂房常用照明设备，分布式控制系统的控制室及写字楼，采用荧光灯进行无功功率补偿；6)尽可能将配变布置在离负载中央较近的地方，以减少低电压线的长短；7) 增大负载的功率因子，减小无功，采用就地进行无功补偿，增大负载本征功率因子，以使经补偿后的负载因子达到0.92以上，使电能设备的无功因子尽量逼近电能负载，提高电能转换设备的能效。

   2.3建筑节能技术 

    1)在满足生产布置需要时，楼房的朝向应选择南北或靠近南北方向，以便冬季主体房能够最大限度地接受日照，不受冷空气影响，实现节能；2)向室内环境提供新鲜的气流，并进行适当的自然通风，提高室内的舒适度，降低通风、调节等能源消耗；3)在室内环境中，尽可能地利用自然光，减少人工照明能耗；4) 对屋顶的构造进行了优选，选择了轻型高效隔热材料，采用了合适的构造措施。

   2.4通风空调技术 

   兰炭行业在进行空调调节时，应从厂房的整体布局着手，做好厂房的环保工作。选择密封性好、隔热性能好的节能门窗，利用密封条填充门窗间隙，防止在制造时增加散热速率。在安装通风空调时，尽量使用节能型的制冷、通风设备，要对空调的通风量进行适当的调节，尽量使用小型的空调器来降低空调运转时的能量消耗。在选择鼓风机与引风机的时候，应优先选择变频电动机，并根据兰炭的产量需要，对空气流量进行适当的调整，从而实现节能。

   2.兰炭行业节能空间及方向探讨

   2.1定制化生产 

    目前国内兰炭行业普遍采用同种品种（10-120 mm)，且不同品种的原料粒度差别较大。由于不同的粒度所需的烘干时间不同，因此，为了避免生成生焦，必然会有一些粒度比较小的煤仍然滞留在干馏阶段，此时，进入冶炼炉的气体、气体不再作为烘干的热源，导致冶炼温度不必要地升高，同时也会造成能量的消耗。因此，只要根据顾客的要求，在不同的碳化炉中生产不同尺寸的兰炭，使得炉内的蒸馏达到更好的均衡，并且将回收煤气的全部燃烧产生的热量全部用于干馏煤炭，大大节省了回炉煤气的数量，达到了有效的节能目的。

   2.2无水型兰炭技术

   兰炭干馏采用低水熄焦工艺，虽然能够减少能耗，但仍有15%的水分残留，需要进一步烘干才能用于后续生产。通过调研，得出1吨含15%水份的兰炭需要60 kg标准煤，此过程能耗高。如果能够生产出一种完全没有水分的兰炭，可以节省大量的能量。但是，在国内尚未出现可以工业化应用的技术或工艺。其发展方向为：利用循环水的间接冷却和利用惰性燃气的直接冷却两种方法。所谓“循环流水”，就是把直径30 mm以下的兰炭，通过废热锅炉将其升温至250℃，然后送入回转窑、冷渣机等的非直接制冷装置，并在此装置上设置一条管路，通过兰炭与循环水的换热，使得兰炭的温度降至80℃以下，然后进行打包销售，或直接用作原料供给钢厂。“惰气直冷”法是将兰炭聚集在一个煤炉子里，通过“兰炭”和“惰气”的传热，将温度提高至80℃，再进行打包销售，也可以将其用作原料供给钢铁装置。

   2.3提高单炉兰炭产量形成规模相应 

    如果单个炉子的产量很小，那么换算出的单元的兰炭的辐射面积就越大，并且每一单位的产品散发的热量也就越大，从而很难达到节能的目的。但由于单个高炉的产能偏小，需要配套设备和设备也比较多，无法达到节能降耗的目的。所以，根据兰炭结构和特点，单个高炉产量越大，其每一产品的折算散热面积就越小。因此，所以，增加单炉生产的兰炭，也不失为降低单位能源消耗的有效途径之一。

    2.4 富氧蒸馏法

   当前，我国兰炭行业中广泛采用的是燃烧式竖炉，其燃烧过程中，需要将一部分煤气送入炉内进行再循环，为煤进行干馏提供热量。但是，由于空气中含有大量的氮气，不仅需要增加输送设备，还需要将其作为瓦斯的一种组分（陕北煤炭瓦斯中含有45%以上的氮气）。这一点氮气的添加，不仅大大降低了燃气的热值，同时也给后续燃气的利用带来了不便，同时，也将一部分碳化炉热从气化炉中抽离出来，在燃气纯化时又要进行二次冷却，这不仅加大了燃气的净化负荷，同时也加重了燃气的净化负荷。

   富氧是由氧气和燃气在炉内进行充分混合而产生的高温烟气，通常含氧量为30%-100%，主要应用于煤的高温燃烧。富氧燃烧过程中所生成的高温烟气具有较高的温度，如果全部采用富氧型燃料，易造成在炉内的精馏过热，严重影响了中低阶燃料的品质。要使煤在较低温度下进行气化，需要在一定的温度下进行一次降温，然后再经过一定的降温过程。试验结果显示：在该工况下，采用富氧工艺，天然气的热值可翻一番（约14 MJ/m3）至14 MJ/m3，且含 N量约为5%，且能明显提高氢气、甲烷等有效成分的含量，大幅降低煤气总量。利用富氧工艺，既可提高煤气质量，又可降低装置净化段的负荷，节省能源。

  结束语

     通过分析本文认为兰炭生产中的节能技术应用，可以从工艺节能、电气节能以及通风节能等层面入手，通过优化兰炭生产工艺、设施设备等方式，最大限度减少兰炭生产中的能耗与热量损失。现阶段，我国兰炭行业正处于转型升级的关键时期，“双碳目标”下要进一步推动兰炭行业发展，需要不断加强对新技术、新设备、新工艺的研发，力求提高兰炭生产的环保与节能效果，从而促进我国兰炭行业健康、可持续发展。

参考文献：

   [1]冯艳春. 末煤生产兰炭新工艺关键问题研究[D].大连理工大学,2021.

   [2]张治,康宏君,张建胜等.低阶煤热解与兰炭生产工艺的相关研究[J].内蒙古煤炭经济,2021,No.324(07):42-43.