干法熄焦技术在焦化工业中的应用

干法熄焦技术在焦化工业中的应用案例分析概述济南钢铁集团总公司始建于1958年，干熄焦工程96年正式开始开工建设，99年3月建成投产。济钢焦化厂现有42孔焦炉4座，年产焦炭能力可达110万吨，四座熄焦系统焦炉原配有两组湿熄焦装置。干熄焦装置由熄焦、循环、锅炉发电和除尘四个系统组成，它是在现有的焦炉及其湿熄焦系统相配置情况下，改湿熄焦系统为干熄焦系统。该工程是国家经贸委批准立项的节能环保示范工程，其工艺设备国产化率达90%以上，耐火材料、除尘系统、汽轮发电系统以及干熄焦建筑结构等国产化率达到100%。工程投产运行后，不但回收了炼焦余热资源生产蒸气以用于发电，而且提高了焦炭质量，改善了大气环境和职工工作条件；降低了炼焦比，增加炼铁喷煤量，提高了高炉利用系数，从而达到减少能源损失，综合利用能源的目的。案例研究目的通过对实际项目的研究，着重从理论、应用、市场潜力及经济效益等方面分析改湿法熄焦为干法熄焦的先进性、可行性和必要性。节能效果干熄焦系统投入运行后，不但可以回收炼焦余热资源，而且提高了焦炭质量，降低了能源消耗，全年总经济收益为9399.36万元。◆按年产干熄焦炭量92.3万吨计，回收蒸汽445635吨(450℃、5.4Mpa，用于发电)，经济效益6217.81万元。◆与湿熄焦相比多回收焦粉0.99%，9137.7吨，节约资金195.55万元。◆炼铁产量增加，效益561.23万元。◆节约焦炭，效益1554.72万元。◆炼铁喷煤量增加，效益139.4万元。◆炼铁一级品率提高了11.87%，增加效益730万元。◆每年减少二氧化碳排放31197吨项目总投资该项目设备总投资22886.47万元。投资回收期项目投资回收期为2.7年适用对象凡冶金行业焦化工业炉上仍采用湿法熄焦的企业均可采用。案例源单位济南钢铁集团总公司监测单位金陵石化公司能源测试站改造前系统的运行状况济钢焦化厂在没有应用干熄焦工艺技术时，四座焦炉原配有两组湿熄焦装置，布置在焦炉两端。湿法熄焦在生产过程中产生大量的蒸汽排放到大气中，白白浪费掉宝贵的余热资源，1000℃左右的赤热焦炭所含热能，按年产焦炭能力116万吨计算，约可产蒸汽47万吨，用于发电，全年可达3920万kWh。另外，在湿法熄焦过程中，大量的有毒、有害物质和粒度较细的焦粉夹在蒸气中挥发飘散，对熄焦设备造成强烈的腐蚀，给工作环境带来严重的污染。系统改造及方案的选择济钢干熄焦工程是在现有焦炉情况下将改焦系统熄为干熄焦系统，根据现有焦炉生产能力，每小时生产120t，确定建设70t/h干熄焦装置--35t/h余热锅炉2套及其配套的发电机组，原湿法熄焦的熄焦塔暂作备用。考虑到济钢的实际，干熄炉布置在3号、4号焦炉的中部，打破了干熄焦装置与焦炉垂直排列的传统方式，为不停产改造创造了先决条件。同时参考上海宝钢干熄焦装置，对乌克兰原设计进行了改进：1．发电方案由抽凝式改为背压式发电，余热锅炉由高压锅炉改为次高压锅炉，这样既有利于热能综合利用，更符合焦化厂用蒸汽的需要，又省去了抽凝发电所需的庞大的循环水系统，也解决了高温、高压余热锅炉需要从国外进口的问题，节省了投资。2．新建除盐水站，采用先进的反渗透膜处理技术，由济钢自己设计，防止原有软水站设备的处理技术无法保证干熄焦余热锅炉用水的水质要求。3．对干熄炉耐火砖衬在消化原有技术的基础上进行全面优化。4．氮气循环风机采用变频调速技术调节风机风量，实现了自动调节进锅炉的烟气温度。干熄焦生产工艺流程由焦炉生产的温度约为1000℃的赤热焦炭排出装入焦罐车中，焦罐经牵引、提升移送至熄槽上部，从加焦口将焦炭放入干熄槽预存室，预存一定时间后下行至熄焦室，并与逆流的惰性循环气体N2进行热交换，冷却后的焦炭经排焦装置从排焦口排出，再经皮带转运至筛焦楼筛焦、储存，供炼钢（炼铁）用。被加热后的循环气体出干熄槽后经降尘处理进入余热锅炉，再次进行热交换，其中余热锅炉产生的蒸汽送往发电机组发电，而换热后温度下降的循环惰性气体则由鼓风机再送至干熄槽循环使用。改造后实际运行状况济钢干熄焦工程于1999年3月2日试生产，投入正常运行至今一年半的时间，其运行情况表明，不仅干熄焦炉、余热锅炉、汽轮机和发电机等主要设备运行可靠，性能达到了设计要求，而且水处理系统、除尘系统、废水排放以及噪声等均符合国家有关标准要求。投产初期，存在着熄焦不均匀影响生产能力（实际干熄焦炭量占额定干熄焦炭量的百分数）的问题，经过一系列的调整试验，有效地提高了其生产能力。由于1#、2#焦炉的红焦成熟不理想（设备老化，69年就投用），只能部分干熄，剩余的仍用湿法熄焦。另外，由于发电并网困难，影响了发电生产。余热锅炉产生的蒸汽经减温减压成1.0MPa,300℃供其它车间用。从2000年7月28日开始发电。据统计每发1kWh电耗11.4kg汽。1999年6~9月经过不同负荷下的生产标定，证明了包括牵引、提升、装焦、排焦、除尘、气力输送等各个环节的干熄焦焦炭系统以及发电系统不论是单机作业，还是联合运作都基本安全、可靠，两套干熄焦系统运行正常，都达到了设计生产能力。项目监测情况济钢焦化厂能源管理制度非常完善，为我们监测提供了详尽的数据及相关资料。在有关人员的配合下，我们对干熄焦系统的运行进行了热工测试，并对一些能耗统计数据进行了校验。由于1#、2#焦炉部分焦炭成熟不好，不能装入干熄炉内（即不能实现全部干熄），对干熄炉生产能力的提高有一定影响，所以我们模拟了实现全部干熄情况下的节能效果，根据焦化厂改湿熄焦系统为干熄焦系统前后28个月的产焦量、能耗及产汽量（均折算为标煤）等原始数据的统计、监测和计算分析，得出了以下结论：1．干熄焦装置投入运行后，每吨焦产汽（5.4MPa、450℃）约0.45吨，自1999年7月至2000年7月其累计节能量如图二、三所示。2．回收的余热用于发电，每发1kWh的电耗蒸汽11.4kg；3．与湿熄焦相比多回收焦粉1%；另外节省了湿熄焦的运行费用，高了焦炭质量，降低了炼铁焦比等效益。市场潜力济钢干熄焦工程是在我国炼焦工业发展现状比较落后的情况下提出的。国外如日本、德国等已普遍推广应用，国内除宝钢（引进日本设备和技术）建有干熄焦并正常运行外，济钢属第二家正常运行。蒲东煤气厂是全套引进乌克兰的技术和设备，于1994年开始运行，但运行效果不好。而济钢干熄焦实现了国产化率90%以上，又是在现有焦炉情况下改湿熄焦系统为干熄焦系统。据不完全统计，我国现有大小焦化厂140余家，400余座焦炉，其中大中型以上焦炉120余座，年产焦炭5000余万吨，按产汽率0.45计算，拥有可回收蒸汽2250万吨，若用于发电，年发电量58亿千瓦时，价值26亿元。潜在效益则更大，可见干熄焦技术在国内现有焦化厂的改造中将有很大的市场潜力。案例源企业评价我公司的干熄焦工程引进国外先进技术与关键设备，采用乌克兰国家焦耐设计院和济钢设计院共同设计、合作制造、技贸结合的方式，达到对干熄焦技术、设备消化、吸收并实现国产化，国产化率达到90%以上。通过与乌克兰合作设计，济钢已全面掌握了干法熄焦技术，对干熄焦装置的总体布局、熄焦工艺、关键设备的设计、制造和选型以及电气、仪表的控制，热力、发电、水处理、集尘等配套工程的设计等各专业领域有一整套成熟技术，具备了干熄焦设备制造、安装、调试等一条龙的服务能力。我公司干熄焦工程国家经贸委批准立项的节能环保示范工程，它是回收炼焦余热和改善操作环境的一项先进工艺技术，也是国家重点支持和推广的一项新技术，它的成功投运提高了焦化工业的装备水平和焦炭质量，大大地改善了大气环境，尤其是将红焦热量全部回收利用，从而达到了杜绝能源损失和能源综合利用的目的。因此我公司干熄焦的成功投运和显著的经济效益、社会效益无疑将对推广干熄焦技术国产化起到典范作用，也必将对推动我国焦化工业的发展发挥积极作用。工艺流程焦炉生产工艺为：经过洗选的炼焦煤运进厂后，在各煤车间进行配煤和粉碎，输送煤焦车间的贮煤塔，然后经装备车装入炼焦炭化室炼制焦炭。再经过干熄焦和筛分工段分级，即获得各级炭产品。炭化室荒煤气经冷凝回收其中各种化学产品，煤气净化后供炼钢、轧钢和城市煤气用。由于干炼焦工程仅是对焦炉系统进行技术改造，为此，只列出干熄焦工艺流程（见图2－7）。1．焦炭运行工艺由焦炉推出的红焦排入装在焦罐车上的焦罐中，焦罐车接焦后，由电机车牵引运往于炼焦装置，由牵引装置将焦罐牵引到提升机井架中心。然后，提升机将焦罐模移到干熄槽上部。焦罐底板自动开启，焦炭即放入干熄槽预存室上部。加焦完毕，焦罐提起（此时底板自动关闭）运行至提升机井架。此时，加焦斗自动离开，装料装置将盖关闭。空焦罐由提升机降落到焦罐中间托架上。再由牵引装置将焦罐推向罐车底盘。在预存室内全部焦炭的温度逐步均衡。红焦在预存室内预存1．5小时左右，下行到熄炼焦室。并被与其逆流的闭路系统循环气体熄灭，熄焦室上部四周布有通向下集气环道的斜道。灼热气体从上环道导人余热锅炉。鼓风装置位于干熄槽下部。鼓风装置设有扇形阀，焦炭借助扇形阀均匀排下。由排焦装置下焦室排到槽下的运焦机（见图2－8焦炭运行流程）。2．干熄焦气体循环工艺焦炭由循环于“干熄槽——锅炉”闭路系统的气体熄灭。循环气体从沉降室进入余热锅炉，惰性气体在余热锅炉内进行热交换产生余热蒸汽，热交换后的隋性气体温度降到170－190度，然后循环气体进入循环风机吸气管，再由风机送到干熄槽底部鼓风装置再次进行循环（见图2－9）。三、主要污染源和污染物及防治措施干熄焦工程项目主要污染源有干熄焦生产工艺过程中产生的废气以及推焦、排焦、转运过程中产生的废气，其次有少量废水、废渣和噪声。1．主要污染源和污染物（1）废气。①推焦系统。从炼焦炉排的红焦经焦车落入焦罐，在推入拦焦车落人焦罐的过程中，产生废气污染，废气量约220000立方米／小时，原始烟气含尘浓度12克／立方米。主要污染物为烟尘、二氧化硫。②熄焦系统。在红焦由焦罐导入干熄槽及冷却后的焦炭，由熄焦室底部的排焦机排到运焦皮带机的过程中，产生大量的烟（粉）尘污染。每个干熄槽有6处排气（扬尘）点，总风量为75000立方米/小时，含尘浓度15克／立方米。主要污染物为烟尘、二氧化硫。③氮气循环系统。干熄焦用惰性气体主要是氮气，循环量为100000立方米／时，冷的惰性气体由循环风机送入干熄焦炉与焦炭进行热交换，热交换后的惰性气体含尘浓度10－13克／立方米。该气体先经重力沉降室粗除尘后，进入余热锅炉冷却，然后再经陶瓷多管除尘器处理后循环使用。为维持干熄槽内压力，减少装焦时预存室排放有害气体及焦尘，循环气体的多余量通过循环风机后的放散管放散。主要污染物为烟尘、二氧化硫。（2）废水。干熄焦工艺本身不消耗工业水，仅熄焦室顶部环形水封耗水为5．5×2立方米/小时。其废水来源主要为湿法除尘排水和软水站排污水。湿法除尘排水量50立方米/小时，软水站排污水约36立方米／小时。主要污染物有pH、氰化物名SS、COD、挥发酚、石油类等。（3）废渣。废渣主要是除尘器除下的焦粉。年产量为30，900吨。（4）噪声。干熄焦生产过程中使用两套鼓风装置，四台循环风机，两台除尘器引风机。风机的噪声均为95db。2.污染防治措施干熄焦与湿熄焦相比，虽然不产生有害蒸汽污染大气环境，但干炼焦生产过程中仍产生扬尘污染及少量废水及噪声污染。为有效防止生产过程中排放的各种污染物污染周围环境，设计中对各个产生污染的生产环节均采取了有效的防止措施。（1）废气处理设施。因为影响焦炉生产，推焦除尘装置延期至2000年安装。①熄焦系统除尘干熄焦系统6个排尘点处设有吸尘罩，收集起来的含尘气体进入一套二级净化处理系统。一级为陶瓷多管除尘器，二级采用湿式凝聚除尘器。②氮气循环系统放散气体的治理冷却焦炭所用的惰性气体由于循环使用，因此不会对周围大气环境产生污染。但循环系统放散的多余气体（已经过重力沉降室和陶瓷多管除尘器的处理）有可能对周围大气环境产生污染。为此，放散系统设有湿式除尘器，设计处理能力5000立方米／小时放散气体经湿式除尘器处理后外排。（2）废水处理设施。①湿式除尘器废水处理设施。湿式除尘的泥浆水约5