国内外干熄焦技术状况及发展趋势

国内外干熄焦技术状况及发展趋势 1.国外干熄焦最新技术及发展趋势 1.1干熄焦工艺的发展概况 干法熄焦(Coke Dry Quenching)简称干熄焦(CDQ)，是相对于湿熄焦而言的采用惰性气体熄灭赤热焦炭的一种熄焦方法。干熄焦能回收利用红焦的显热，改善焦炭质量，减轻熄焦操作对环境的污染。 干熄焦起源于瑞士，最早的干熄焦装置是1917年瑞士舒尔查公司在丘里赫市炼焦制气厂采用的。20世纪30年代起，前苏联、德国、日本、法国、比利时等许多国家，也相继采用了构造各异的干熄焦装置。干熄焦装置经历了罐室式、多室式、地下槽式、地上槽式的发展过程，由于处理能力都比较小，发生蒸汽不稳定、投资大等因素，这一技术长期未得到发展。到了20世纪60年代，前苏联在干熄焦技术工业化方面取得了突破性进展，在切列波维茨钢铁厂建造了带预存室的地上槽式干熄焦装置，处理能力达到52～56t/h。这种带预存室地上槽式于熄焦工业装置解决了过去干熄焦装置发生蒸汽不稳定等问题，实现了连续稳定的热交换操作。该装置的技术先进性得到了世界焦化界的公认，并陆续在焦化厂推广建设。20世纪70年代，全球范围内的能源危机，进一步推动了干熄焦技术的发展。日本首当其冲，在能源短缺、节能呼声高涨的背景下，从前苏联引进干熄焦技术和专利实施许可，经过消化移植，在大型化、自动化和环境保护措施等方面有所发展。到了20世纪90年代，日本建成投产了单槽处理能力为56～200t/h的多种规模的干熄焦装置39套，干熄焦率约占日本高炉焦用量的80％，是干熄焦装置应用最多的国家之一。 目前，日本新日铁、NKK、德国蒂森·斯梯尔·奥托公司在于熄焦技术上处于领先水平。这些公司在扩大干熄焦装置能力、改善冷却室特性、热平衡、物料平衡、自动化、环保等方面实现了最佳化设计，其处理能力和装置的先进性远远超过了前苏联，并形成了各自的特点，见表1。 表1 乌克兰、日本、德国干熄焦技术对比表 项目 乌克兰 日本 德国 处理能力（t/h） 50、70 56～250 75～170 控制方式 三型仪表 三电一体化 三电一体化 气料比（m3/t） 1500～1750 1200 1000 干熄焦槽形状 圆形 圆形 方形、带水冷栅和水冷壁 一次除尘器 有 有 无 装料料钟 无 有 无 吨焦能耗（kWh） 22 17 13 开发时间 20世纪60年代 20世纪70年代 20世纪80年代 除前苏联、日本、德国拥有干熄焦装置外，印度、韩国、波兰、罗马尼亚、巴西、土耳其、尼日利亚和我国都相继建成了干熄焦装置。

1.2干熄焦工艺的基本原理与特点

1.2.1干熄焦工艺的基本原理 干熄焦是利用冷的惰性气体(150℃)在干熄槽中与赤热焦炭(950～1050℃)换热从而冷却焦炭(200℃)，吸收焦炭热量的惰性气体(850℃)将热量传给干熄焦锅炉产生蒸汽。被冷却的惰性气体再由循环风机鼓人干熄槽循环使用。干熄焦锅炉产生的中压(或高压)蒸汽并人厂内蒸汽管网或用于发电。工艺流程见图1。

1.2.2工艺技术特点 与常规湿法熄焦相比，干熄焦主要有以下三方面特点。 1)回收红焦显热 出炉红焦显热约占焦炉能耗的35％～40％，干熄焦可回收80％的红焦显热，平均每熄1t焦炭可回收3.9～4.0MPa、450℃蒸汽0.45～0.55t。据日本新日铁对其企业内部包括干熄焦、高炉炉顶余压发电等所有节能项目效果分析，结果表明干熄焦装置节能占总节能的50％。可以说，干熄焦在钢铁企业节能项目中占有举足轻重的地位。 2)改善焦炭质量 干熄焦与湿熄焦相比，避免了湿熄焦急剧冷却对焦炭结构的不利影响，其机械强度、耐磨性、真比重都有所提高。焦炭比提高3％～6％，M10降低0.3％～0.8％，反应性指数CRI明显降低。冶金焦炭质量的改善，对降低炼铁成本、提高生铁产量、高炉操作顺行极为有利，尤其对采用喷煤技术的大型高炉效果更加明显。前苏联大高炉冶炼表明，采用干熄焦炭可使焦比降低2.3％，高炉生产能力提高1％～1.5％。 同时在保持原焦炭质量不变的条件下，采用干熄焦可扩大弱粘结性煤在炼焦用煤中的用量，降低炼焦成本。 两种熄焦方法焦炭质量指标对比见表2。 表2 干熄焦工艺和湿熄焦工艺焦炭质量对比表 焦炭质量指标 湿熄焦 干熄焦 水分（％） 2～5 0.1～0.3 灰分（干基）（％） 10.5 10.4 挥发分（％） 0.5 0.41 米库姆转M40（％） 干熄焦比湿熄焦提高3％～6％ 鼓指数M10（％） 干熄焦比湿熄焦改善0.3％～0.8％ 筛分组成：>80(mm/%) 80～60(mm/%) 60～40(mm/%) 40～25(mm/%) <25(mm/%)

11.8 8.5 36 34.9 41.1 44.8 8.7 9.5 2.4 2.3 平均块度（mm） 65 55 CSR(%) 干熄焦比湿熄焦提高4％左右

真密度（g·cm3） 1.897 1.908 3)减少环境污染 常规的湿熄焦，以规模为年产焦炭100万t焦化厂为例，酚、氰化物、硫化氢、氨等有毒气体的排放量超过600t，严重污染大气和周边环境。干熄焦则由于采用惰性气体在密闭的干熄槽内冷却红焦，并配备良好有效的除尘设施，基本上不污染环境。 另一方面，干熄焦产生的生产用汽，可避免生产相同数量蒸汽的锅炉烟气对大气的污染，减少S02、C02排放，具有良好的社会效益。两种熄焦污染情况见表3。 表3 干熄焦湿熄焦工艺污染对比表 kg/h 生产方式 酚 氰化物 硫化物 氨 焦尘 一氧化碳 湿熄焦 33 4.2 7.0 14.0 13.4 21.0 干熄焦 无 无 无 无 7.0 22.3 1.3国外干熄焦工艺的最新技术及发展趋势 随着干熄焦技术的推广应用，干熄焦设备的高效化、大型化成为20世纪80年代中期以来的发展趋势。建设大型干熄焦装置，具有占地面积小、降低投资和运行费用、生产操作、自动控制、维修与管理简便、同时劳动生产率高等优点。20世纪80年代中期以来，日本相继开发设计并建成了单槽处理能力分别为110t/h、150t/h、180t/h、200t/h以上的大型干熄焦。干熄焦单槽处理能力按焦炉组生产规模确定，按一套配置，不再配置备用干熄焦装置，当干熄焦装置检修时，启用湿法熄焦。 干熄焦大型化，带来了工艺技术和装备的一系列改进，使干熄焦技术发展到一个新的水平。主要的改进措施如下。 1）装料装置的改进 提高干熄焦处理能力，不是单纯加高干熄槽高度而是采取加大直径来增大干熄槽容积，选择合理的高径比H/D，使投资要经济一些，结构要紧凑一些。但随着干熄槽直径的加大，槽内布料偏析现象加重，冷却气体在槽内的分布也由于焦炭粒度偏析而更加不均匀。针对这个问题，在装料装置溜槽的底口设置一个布料料钟，不仅解决了装料偏析，同时由于布料均匀使冷却气体气流分布均匀，通过焦层阻力减小，使焦炭冷却速度也较为一致。由此，使冷却气体循环量下降200～300m3/t，从而降低了循环系统的动力消耗。 2）实现连续排焦 前苏联和日本以前的设计，都是采用间歇排焦，即用多道闸门交替开闭或振动给料器与多道闸门组合方式，这种排焦装置的结构和程序控制较复杂，且还造成干熄焦槽内温度压力频繁波动。 日本新日铁对此进行了改进，采用电磁振动给料器和旋转密封阀组合成连续排焦装置。实现了连续不间断排焦，克服了间歇排焦之不足。这种装置结构紧凑，降低排焦设备高度5m左右。 德国TOSA公司采用的是方形干熄槽，冷却室下部设计为多格溜槽，每格装有摆动式排焦装置，通过摆动阀按顺序连续排焦，也解决了间歇排焦温度压力不稳定问题。 3）采用旋转接焦方式 采用旋转接焦方式也是防止接焦装焦偏析的措施，克服了过去采用矩形焦罐接焦形成的焦粒偏析和装焦布料的不均匀。其优点除此之外有以下4点： (1)圆形焦罐与矩形焦罐相比，在相同有效容积下，重量减轻，圆形焦罐的有效容积比大，为88％，矩形为65％； (2)由于重量减轻，提升机能力可降低，节省投资和运行费用； (3)圆形焦罐受热均匀，使用寿命相对延长； (4)圆形焦罐接焦均匀，提升机导轨受力平衡，避免了矩形焦罐载荷不均对一边提升导轨的过度磨损。 4）节能措施 日本新日铁采取在循环风机后入炉前增设给水预热器，降低入炉气体温度。德国TOSA在干熄槽冷却室安装水冷壁、水冷栅，都是为了提高冷却效率的节能措施，并使吨焦循环气体量下降。采用水冷壁、水冷栅方式，气料比降至每吨焦1000m3，吨焦能耗13kWh，仅为前苏联干熄焦吨焦能耗的60％。 5）锅妒设备 防止干熄焦废热锅炉炉管磨损，是一个关键问题。近年来，采取了许多耐磨耐蚀技术措施，使锅炉故障率大大降低，保证了干熄焦的正常安全运行。 日本电价昂贵，为增加发电量提高效益，日本的干熄焦吨焦产汽量高达600～700kg，蒸汽压力10MPa以上。 6）提高设备的可靠性 采用无备用干熄焦方式，对设备可靠性、作业率要求更高。日本干熄焦设备可以达到1.5年检修一次，作业率达到98％。干熄焦控制全部采用三电一体化方式，实现了全自动操作。

2.国内干熄焦工艺应用情况

2.1基本概况 我国干熄焦技术的应用，始于上海宝钢建设。1985年，上海宝钢一期工程引进日本4×75t/h干熄焦装置正式投产运行，这是我国最早引进投产的干熄焦装置。同年，上海浦东煤气厂引进前苏联2×70t/h干熄焦装置，并于1994年投产。1991年和1997年宝钢二期、三期采用日本技术的两组4×75t/h干熄焦，1999年济钢采用乌克兰技术的2×70t/h干熄焦，2001年首钢采用日本技术的1×65t/h干熄焦装置相继建成投产，2003年马钢的干熄焦工程被列入“九五”国家重大引进技术消化吸收项目一干熄焦“一条龙”项目中的消化吸收创新工程，是国内第一条自行设计制造的，其国产化率达90％以上。此外，武钢、鞍钢、昆钢、通钢等许多国内钢铁企业也都在进行干熄焦工艺的建设。迄今为止，国内已有17套干熄焦装置投入运行。