清洁型热回收焦炉技术特点及发展现状

第23卷第1期山　西　化　工Vo l.23　N o.1 2003年2月SHA N XI CHEM ICA L IN DU ST R Y F eb.2003新型热回收焦炉张　莹(山西省化工设计院,山西　太原　030024)摘要:简述了传统炼焦工艺和新开发荒煤气裂解的两产品炼焦工艺的优点及有待解决的问题。

介绍了新型热回收焦炉的结构和工艺特点及其在国内的发展前景。

该工艺比传统工艺节水30%,节电30%,总投资为传统工艺的2/3,从而降低了焦炭的生产成本。

关键词:热回收焦炉;工艺特点;前景中图分类号:T Q52 文献标识码:A 文章编号:1004-7050(2003)01-0064-02 目前世界上最典型的炼焦工艺为延用多年的有化产回收系统的传统炼焦工艺。

传统炼焦工艺以配煤炼焦、净化焦炉煤气、回收化学产品(硫、氨、萘、苯等),采用无烟煤装车、焦侧除尘地面站、污水处理站等环保措施。

该工艺技术成熟可靠,适用焦炉煤气有较好利用途径的地区,可以回收煤焦油、硫磺、工业萘、粗苯等多种化学产品。

但技术工艺复杂,投资大,尤其环保投资很大,只能配用少量弱粘结性煤,不适宜生产大块铸造焦,因而各国都在不断地探索先进的炼焦工艺。

近几十年初露端倪的工艺为荒煤气裂解的两种产品炼焦工艺和余热发电的热回收炼焦工艺。

前者采用传统焦炉,将焦炉煤气裂解成H2和CO,用于高炉炼铁,从而达到环保目的。

产品为焦炭和还原气。

但是炼焦工艺与高炉炼铁工艺连接匹配中有很多技术还存在问题,尚待进一步探索解决。

而后者采用无回收焦炉,废气经脱硫除尘后余热用于发电。

美国Jew ell Co.1962年建成M itchell 型第1代无回收焦炉,1990年建成Thom pson型第2代无回收焦炉,1997年美国Indiana Harbor厂建成Jew ell-T hompso n焦炉共268孔,年产焦炭133万t,发电8.7万kW[1]。

收稿日期:2002-11-22作者简介:张　莹,女,1971年出生,1995年毕业于太原理工大学应用化学系,工学学士,工程师,现任山西省化工设计院焦化设计所工艺组组长。

清洁供热行业低碳发展的战略思考本文详解在构建新型电力系统背景下，清洁供热行业现状与未来格局、供热领域前沿技术及“双碳”目标下供热企业的发展方向。

一、我国清洁供热现状与未来格局（一）现状北方地区冬季清洁取暖是保障百姓温暖过冬、减少环境污染、打赢蓝天保卫战的重要举措。

国家和地方政府高度重视清洁取暖工作，自2017年十部委联合印发《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）》（发改能源〔2017〕2100号）以来，各项工作取得显著进展，清洁取暖对大气主要污染物减排贡献显著，清洁取暖技术和产业得到极大发展。

目前，我国城乡既有建筑总面积约700亿平方米，每年新建面积约20亿平方米。

据清洁供热产业委员会（CHIC）统计，截至2020年底，我国北方地区供暖总面积218亿平方米（城镇148亿平方米，农村70亿平方米），其中清洁供热面积约142亿平方米，清洁供热率达65%。

我国北方地区的清洁热源基本形成以清洁燃煤集中供热（燃煤热电联产占约90%）为主（面积占比约50%）、天然气供热（燃气锅炉和分户式壁挂炉分别占约45%）为辅（面积占比约30%），电供暖、工业余热和可再生能源供热（以地热和生物质为主）等其他热源补充的格局。

随着建筑保温水平、高效热源方式（热电联产）占比和供热系统效率的提高，从2001年起，我国北方城镇供暖的能耗强度逐年下降。

目前，北方地区城镇单位面积实际供暖能耗在10千克标准煤/平方米以下，与2001年相比，单位面积供暖能耗降低50%以上。

在目前水平基础上，通过热网系统优化，北方地区供热至少还有15%～20%的节能潜力。

随着各种节能方式的采用，未来北方城镇地区供暖能耗有望降低到4千克标准煤/平方米以下。

2021年是“十四五”开局之年，也是碳达峰碳中和发展蓝图的起始之年，回首过去，展望未来，一方面清洁取暖工作仍需要不断巩固取得的成果；另一方面，未来应以减碳为发展方向和重要抓手，推动减污降碳协同增效，促进全社会绿色转型发展。

立式热回收焦炉的技术现状1.概述中国明代以前就已采用土窑炼焦，并用焦炭冶铁。

到20世纪初，经过发展的土窑有圆窑和长窑两种，前者适用于地下水位不高、煤结焦性较好的地区；后者因炉底高于地面，操作受地下水的影响较小，结焦时间较短，适用于多雨而煤结焦性略差的地区。

土窑的特点是结焦室和燃烧室不分开，炼焦热源靠煤干馏时产生的煤气和部分煤料燃烧提供，因而成焦率低，焦炭灰分高，结焦时间长(约8～12昼夜)，化学产品不能回收利用，对大气污染严重。

后经改进，出现一种带固定拱顶的圆窑，称为蜂窝式炼焦炉(图1)。

每孔炉的装煤量5～7吨，结焦时间48～72小时。

焦炭在炉内熄火，最初用人工出焦，后来改为机械化出焦。

19世纪中叶出现了倒焰式炼焦炉（图2）。

倒焰炉的炭化室和燃烧室用砖墙分开，但上部相通，使炭化室发生的煤气转入燃烧室，并从燃烧室上部引入空气，使煤气燃烧，火焰由上“倒焰”而下，经炉底烟道排入烟囱。

这种炼焦炉不回收化学产品，加热用煤气量不能调节，结焦末期煤气产量小，供热不足。

1881年，在德国建成了第一座回收化学产品的炼焦炉，把回收化学产品后的净煤气送回燃烧室加热，保证了煤气供应。

在其发展初期，燃烧后的废气直接进入烟囱，没有回收废热，炼焦炉的热效率很低。

1883年，德国霍夫曼（G.Hoffmann）第一个将平炉的西门子蓄热室用于炼焦炉。

1904年出现了带横蓄热室的炼焦炉，燃烧所需的空气在蓄热室内经过预热进入火道，因此，炉子加热只消耗炼焦所得煤气的50％，大大提高了热效率。

至此已具备了现代炼焦炉的雏形。

此后，各国对炼焦炉的结构作了许多改进，逐步提高了操作的机械化水平，炼焦炉日趋大型化。

为了节省高热值的焦炉煤气，炼焦炉还可利用低热值的高炉煤气或发生炉煤气加热。

2.立式热回收焦炉的发展背景2.1无回收焦炉（热回收焦炉）发展背景回收化学产品的传统焦炉（简称化产焦炉）使用100多年以来，在技术和经济方面获得了巨大的成功。

但是，随着化产焦炉推广使用的日益广泛，这种焦炉所带来的负面效应表现得越来越明显，遇到了环境保护和煤资源综合利用等方面的困难。

国内外焦炉现状及其发展焦炉是冶金炼焦的关键设备，广泛应用于钢铁、化工、煤炭等行业。

其主要功能是将煤炭进行高温热解反应，得到焦炭和含有大量有机物的煤气。

本文将从国内外焦炉的现状及发展方向两个方面进行探讨。

一、国内焦炉现状及问题国内焦炉行业起步较早，以大型钢铁企业为主要用户。

2000年以来，国内焦炉产能逐年增加，2019年全国总产能达到3.6亿吨。

然而，国内焦炉产业存在一些问题。

1.能耗高：传统焦炉存在高温热量的浪费现象，能耗较高。

此外，焦炉的调温技术相对落后，无法实现精确控制，进一步增加了能耗。

2.环境污染：焦炉炼焦过程会排放大量有害气体和颗粒物，对环境产生严重污染。

尽管国内采取了一系列措施来减少焦炉排放污染，但仍然面临严峻挑战。

3.技术水平不高：国内焦炉设备普遍过时，技术水平相对滞后。

相比于国外的先进技术，国内焦炉的自动化程度低、控制精度不高，影响了炼焦效率和产品质量。

二、国内焦炉发展方向为了解决上述问题，国内焦炉行业正朝着以下几个方向进行发展：1.提高能源利用效率：通过改进煤气回收和利用技术，提高焦炉能源利用效率，降低能耗。

采用先进的煤气净化技术，可以将高热值煤气转化为燃料或电力，实现能源的综合利用。

2.推广清洁炼焦技术：发展低排放、零排放的焦炉技术，减少炼焦过程中的排放污染物。

采用干法炼焦技术、焦炉脱硫装置等，可以有效控制二氧化硫、颗粒物等污染物的排放。

3.提高焦炉自动化程度：引进国外先进的自动化控制系统，提高焦炉的自动化水平。

通过自动化控制，可以实现煤气的精确配比和温度的精确控制，提高炼焦效率和产品质量。

4.创新型焦炉技术：国内一些高校和科研机构正在开展创新型焦炉技术的研究。

比如，高温氧化炉技术、微波炉技术等，这些新技术有望在未来几年内得到商业化应用。

三、国际焦炉现状及发展方向国际焦炉行业发展较为成熟，主要集中在发达国家和地区，例如中国、日本、美国和欧洲等。

国际焦炉行业的发展主要表现在以下几个方面：1.推广先进的清洁炼焦技术：国际焦炉行业对环境保护的要求较高，通过采用先进的清洁炼焦技术，减少污染物排放。

清洁型热回收捣固焦炉工作原理、特点与护炉设备详解一、清洁型热回收捣固焦炉的工作原理及其特点：（一）QRD-2000清洁型热回收捣固焦炉工作原理：1、热回收焦炉工作原理是将炼焦煤捣固后装入炭化室，利用炭化室主墙、炉底和炉顶储蓄的热量以及相邻炭化室传入的热量使炼焦煤加热分解，产生荒煤气，荒煤气在自下而上逸出的过程中，覆盖在煤层表面，形成第一层惰性气体保护层，然后向炉顶空间扩散，与由外部引入的空气发生不充分燃烧，生成的废气形成煤焦与空气之间的第二层惰性气体保护层。

2、由于干馏产生的荒煤气不断产生，在煤（焦）层上覆盖和向炉顶的扩散不断进行。

使煤（焦）层在整个炼焦周期内始终覆盖着完好的惰性气体保护层，使炼焦煤在隔绝空气的条件下加热得到焦炭。

3、在炭化室内燃烧不完全的气体通过炭化室主墙下降火道到四联拱燃烧室内，在耐火砖的保护下再次与进入的适度过量的空气充分燃烧，燃烧后的高温废气送去发电并脱除二氧化硫后排入大气。

（二）特点：1、有利于焦炉实现清洁化生产：⑴、焦炉采用负压操作的炼焦工艺，从根本上消除了炼焦过程中烟尘的外泄。

⑵、炼焦炉采用了水平接焦，最大限度地减少了推焦过程中焦炭跌落产生的粉尘。

⑶、在备煤粉碎机房、筛焦楼、熄焦塔顶部等处采用了机械除尘。

⑷、在精煤场采用了降尘喷水装置。

⑸、炼焦工艺和环保措施相结合，更容易实现焦炉的清洁化生产。

⑹、该焦炉没有回收化学产品和净化焦炉煤气的设施，在生产过程中不产生含有化学成分的污水，不需要建设污水处理车间。

⑺、在全厂生产过程中熄焦时产生的废水，经过熄焦沉淀池沉淀后循环使用不外排从而减少焦炉热修。

⑻、焦炉生产工艺简单，没有大型鼓风机、水泵等高噪声设备。

⑼、在全厂生产过程中产生噪声的设备有精煤粉碎机、焦炭分级筛、焦炉机械等。

⑽、精煤粉碎机和焦炭分级筛采用低噪声设备，在安装和使用过程中采取了降低噪声的措施，厂房周围的噪声低于50dB。

⑾、焦炉机械的噪声主要来源于捣固机，捣固工艺采用液压捣固，捣固过程中产生的噪声很低，一般低于40dB从而减少焦炉热修。

20．热回收焦炉的工艺流程热回收焦炉是指炼焦煤在炼焦过程中产生焦炭，其化学产品、焦炉煤气和一些有害的物质在焦炉内合理地充分燃烧，回收高温废气的热量用于发电或其他用途的一种焦炉。

目前热回收焦炉已经进入《焦化行业准入条件(2008年修订)》管理序列。

清洁型热回收焦炉是由多个焦炉组、热回收装置、烟气脱硫除尘装置以及尾气集中排放简组成；工艺流程采用捣固装煤、炉内引火、二次燃烧、负压运行生产；在连续炼焦过程中不产生焦化废水，低于的肥焦煤资源。

另外，肥焦煤与弱粘煤在价格上有明显的优势，每吨差价至少在200元以上，大大地降低了焦炭成本，以规模60万吨的焦化厂计，采用清洁型热回收焦炉炼焦用煤成本每年可降低4800万元以上，有力地提高焦炭企业的经济效益。

同时可以较灵活地改变炼焦配煤和加热制度，并根据需要生产不同品种的焦炭，如高炉焦、铸造焦、化工焦等。

（2）减少环境污染，有利于环境保护工作实施。

热回收焦炉采用焦炉炭化室负压操作，炉内负压低于-lOPa，调节烟气燃烧气氛并防止大气污染物向外泄漏，与传统的大机焦正压操作相比，杜绝了跑烟冒火，杜绝了原传统大机焦产生的苯化口等大气污染物外排，从而彻底改善了焦化厂大气环境。

清洁型热回收焦炉熄焦水闭路循环使用，杜绝了废水外排。

与传统大机焦比，不产生由于后序化生产工序而产生的含酚、含氰等焦化废水，彻底的改善了焦化厂所在区域的水环境。

（3）提高焦炭产品质量。

由于采用大容积捣固炼焦，炼焦煤堆密度在O.98g／cm3以上，且由于扩大炼焦煤以外的弱粘煤、7～10应”4.3m焦炉的M40要高3%～4%，M10降低0.5%。

早在1927年，德国斯蒂尔公司在鲁尔区的诺尔斯特恩炼焦厂就成功地建成了一座炭化室高6m，长12.5m，宽450mm的焦炉。

近几年来，国内外大型焦炉发展的标志是：炭化室高由4m左右增到6m～8m，长由13m左右增到16m～17m，每孔炭化室的容积由25m3增加到50m3左右，每孔炉一次装煤量由20t增到40t。