干熄焦工艺发表评论(0)编辑词条

所谓干熄焦，是相对湿熄焦而言的，是指采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法。在干熄焦过程中，红焦从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由循环风机鼓人干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。干熄焦在节能、环保和改善焦炭质量等方面优于湿熄焦。

干熄焦起源于瑞士，20世纪40年代许多发达国家开始研究开发干熄焦技术，采取的方式各异，而且一般规模较小，生产不稳定。进人60年代，前苏联在干熄焦技术方面取得了突破进展，实现了连续稳定生产，获得专利发明权，并陆续在其国内多数大型焦化厂建成干熄焦装置。到目前为止，前苏联有40％的焦化厂采用了干熄焦技术，单套处理量在50～70t／h。但前苏联干熄焦装置在自动控制和环保措施方面起点并不高。

20世纪70年代的全球能源危机促使干熄焦技术得到了长足发展。资源相对贫乏的日本，率先从苏联引进了干熄焦技术，并在装置的大型化、自动控制和环境保护方面进行改进。到90年代中期，日本已建成干熄焦装置31套，其中单套处理能力在100 t／h以上的装置有17套，日本新日铁和NKK等公司建成的干熄焦单套处理量可达到200 t／h以上；装焦方式采用了料钟布料，排焦采用了旋转密封阀连续排焦，接焦采用了旋转焦罐接焦等技术，使气料比大大降低，极大地降低了干熄焦装置的建设投资和装置的运行费用；在控制方面实现了计算机控制，做到了全自动无人操作；在除尘方面，采用了除尘地面站方式，避免了干熄焦装置可能带来的二次污染。日本的干熄焦技术不仅在其国内被普遍采用，同时它将干熄焦技术输出到德国、中国、韩国等国家，其干熄焦技术已达到国际领先水平。

20世纪80年代，德国又发明了水冷壁式干熄焦装置，使气体循环系统更加优化，并降低了运行成本。德国蒂森斯蒂尔奥托(TSoA)公司成功地将水冷栅和水冷壁置人干熄炉，并将干熄炉断面由圆形改成方形，同时在排焦和干熄炉供气方式上进行了较大改进，干熄炉内焦炭下降及气流上升，实现了均匀分布，大大提高了换热效率，使气料比降到了1000 m3／t焦以下，进一步降低了干熄焦装置的运行费用。TSOA干熄焦技术在德国得到推广，同时该技术还输出到韩国和中国的台北。

干熄焦工艺发展至今，虽然出现了不同的形式，但基本工艺流程大同小异，只是在装焦、排焦、循环气体除尘等方面有所区别。具有代表性的有德国TSOA公司设计的干熄焦工艺和日本新日铁设计的干熄焦工艺，这两种典型的干熄焦工艺在消化吸收前苏联干熄焦成熟技术的基础上都有所创新，形成各自的特点，并使干熄焦技术及其应用达到了较先进的水平。中国的鞍山焦耐院和首钢设计院，以及武钢、宝钢、首钢在吸收消化日本干熄焦技术方面做了一些有益的工作，并积累了较为丰富的经验。目前，全世界正在用于生产的干熄焦装置约130套。

     下面从工艺角度看干熄焦优点和湿熄焦的不足。

一、湿熄焦的特点

煤在炭化室炼成焦炭后，应及时从炭化室推出，红焦推出时温度约为1000℃。为避免焦炭燃烧并适于运输和贮存，不能直接送往高炉炼铁，必须将红焦温度降低。一种熄焦方法是采用喷水将红焦温度降低到300°C以下，即通常所说的湿熄焦。传统湿熄焦系统由带喷淋水装置的熄焦塔、熄焦泵房、熄焦水沉淀池以及各类配管组成，熄焦产生的蒸汽直接排放到大气中。

传统湿熄焦的优点是工艺较简单，装置占地面积小，基建投资较少，生产操作较方便。但湿熄焦的缺点也非常明显，其一，湿熄焦浪费红焦大量显热，每炼1 t焦炭消耗热量约为3．15～3．36 GJ，其中湿熄焦浪费的热量为1．49 GJ，约占总消耗热量的45％；其二，湿熄焦时红焦急剧冷却会使焦炭裂纹增多，焦炭质量降低，焦炭水分波动较大，不利于高炉炼铁生产；其三，湿熄焦产生的蒸汽夹带残留在焦炭内的酚、氰、硫化物等腐蚀性介质，侵蚀周围物体，造成周围大面积空气污染，而且随着熄焦水循环次数的增加，这种侵蚀和污染会越来越严重；其四，湿熄焦产生的蒸汽夹带着大量的粉尘，通常达200～400 g／t，既污染环境，又是一种浪费。为解决湿熄焦存在的问题，各国焦化工作者进行了不懈的努力，对湿熄焦装置及湿熄焦工艺不断进行改进，改进的湿熄焦工艺主要有两种。

(一)低水分熄焦

低水分熄焦系统主要由工艺管道、水泵、高位水槽、一点定位熄焦车以及控制系统等组成。在低水分熄焦过程中，通过专门设计的喷头以及不同的水压往一点定位熄焦车内喷水使红焦熄灭。水流经过焦炭固体层后，再经过专门设计的凹槽或孔流出，足够大的水压使水流迅速通过焦炭层，达到熄焦车的底板，并快速流出熄焦车。当高压水流经过焦炭层时，短期内产生大量的蒸汽，瞬间充满了整个焦炭层的上部和下部，使焦炭窒息。

低水分熄焦工艺在熄焦初期的10～20 s内使用低压水，在熄焦后期的50～80 s内采用高压水来代替传统湿熄焦的喷淋式分配水流。熄焦水源由高位水槽提供，高位水槽出来的熄焦水由一台小型的PLC机控制气动阀门的开度自动控制其水压和流量。

低水分熄焦工艺可节约熄焦用水30％～40％；同时还可以降低并稳定焦炭水分，从而有利于稳定高炉的生产；此外，还可以降低熄焦过程中随蒸汽带走的粉尘排放量，传统湿熄焦粉尘排放量为200～400 g／t，而低水分熄焦粉尘排放量可降为50 g／t左右。

(二)压力蒸汽熄焦

压力蒸汽熄焦系统主要由工艺管道、水泵、熄焦槽、旋风分离器、余热锅炉以及控制系统等组成。在压力蒸汽熄焦过程中，红焦由炭化室推人下部具有栅板的熄焦槽内，装满红焦的熄焦槽盖好后移至熄焦站，然后有控制地通人熄焦水，水从熄焦槽上部的盖子处通入，水压和水量由1台小型的PI￡控制。水与红焦接触产生的蒸汽强制向下流动而穿过焦炭层，使焦炭进一步冷却，同时所夹带的水滴进一步气化。采用压力蒸汽熄焦可得到压力为0．05 MPa的水蒸气和一定数量的水煤气，该气体由熄焦槽下部引出，经旋风分离器除去所夹带的焦粉后，可送至余热锅炉回收热量并分离出水煤气。

上述两种改进后的湿熄焦工艺，虽然在某些方面缓解了传统湿熄焦的不足，但还不能从根本上解决能源浪费、环境污染以及焦炭质量差等方面的问题。

二、干熄焦的工艺流程

干熄焦主要由干熄炉、装入装置、排焦装置、提升机、电机车及焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦锅炉单元、循环风机、除尘地面站、水处理单位、自动控制部分、发电部分等组成。根据设计的不同，干熄焦系统包含的主要设备也不尽相同，比如德国1mA设计的干熄焦就没有一次除尘器，其进锅炉的循环气体中粗颗粒焦粉的去除由于熄炉本体完成；有的干熄焦直接采用外供除盐水，因此省略了干熄焦除盐水生产这一环节，只是对外供除盐水进行除氧处理即可；有的干熄焦没有设计发电装置，锅炉产生的蒸汽经减温减压后直接并网使用。从炭化室推出的红焦由焦罐台车上的圆形旋转焦罐(有的干熄焦设计为方形焦罐)接受，焦罐台车由电机车牵引至干熄焦提升井架底部，由提升机将焦罐提升至提升井架顶部；提升机挂着焦罐向干熄炉中心平移的过程中，与装入装置连为一体的炉盖由电动缸自动打开，装焦漏斗自动放到干熄炉上部；提升机放下的焦罐由装入装置的焦罐台接受，在提升机下降的过程中，焦罐底闸门自动打开，开始装入红焦；红焦装完后，提升机自动提起，将焦罐送往提升井架底部的空焦罐台车上，在此期间装入装置自动运行将炉盖关闭。

装入干熄炉的红焦，在预存段预存一段时间后，随着排焦的进行逐渐下降到冷却段，在冷却段通过与循环气体进行热交换而冷却，再经振动给料器、旋转密封阀、溜槽排出，然后由专用皮带运输机运出。为便于运焦皮带系统的检修，以及减小因皮带检修给干熄焦生产带来的影响，皮带运输机一般设计有两套，一开一备。冷却焦炭的循环气体，在干熄炉冷却段与红焦进行热交换后温度升高，并经环形烟道排出干熄炉；高温循环气体经过一次除尘器分离粗颗粒焦粉后进入干熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，温度降至约160~(2的低温循环气体由锅炉出来，经过二次除尘器进一步分离细颗粒焦粉后，由循环风机送入给水预热器冷却至约130~C，再进入干熄炉循环使用。

由于气体循环系统负压段会漏进少量空气，02通过红焦层就会与焦炭反应，生成CG，C02在焦炭层高温区又会还原成CO，随着循环次数的增多，循环气体里CO浓度愈来愈高。此外，焦炭残存挥发分始终在析出，焦炭热解生成的H2、CO、CH4等也都是易燃易爆成分，因此在干熄焦运行中，要控制循环气体中可燃成分浓度在爆炸极限以下。一般有两种措施可以进行控制，其一，连续地往气体循环系统内补充适量的工业N2，对循环气体中的可燃成分进行稀释，再放散掉相应量的循环气体；其二，连续往升温至900～960℃引出的循环气体中通入适量空气来燃烧掉增长的可燃成分，经锅炉冷却后再放散掉相应量的循环气体。这两种方法都可由安装在循环气体管道上的自动在线气体分析仪所测量的循环气体中CO的浓度来反馈调节。后一种方法更经济便利，武钢7号、8号焦炉干熄焦即采用此方法。

通过工艺流程，可以看出干熄焦有以下优点：

1、由于干熄焦能提高焦炭强度和降低焦炭反应性，对高炉操作有利，尤其对质量要求严大型高炉用焦炭，干熄焦更有毂一：量翌焦险_了免除对周围设备的腐蚀和对大气造成污油于墨用蕉磋定藤焦，焦炉出焦时的粉尘污染易于控制，可以吸蝗到用红焦。焦炭质量明显提高 ，从炭化室推盈的焦炭，温度为1000Y：左右，湿熄焦时红焦因为喷水急剧冷却，焦炭内部结构中产生很大的热应力，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；干熄焦过程中焦炭缓慢冷却，降低了内部热应力，网状裂纹减少，气孔率低，因而其转鼓强度提高，真密度也增大。干熄焦过程中焦炭在干熄炉内从上往下流动时，增加了焦块之间的相互摩擦和碰撞次数，大块焦炭的裂纹提前开裂，强度较低的焦块提前脱落，焦块的棱角提前磨蚀，这就使冶金焦的机械稳定性改善了，并且块度在70 IDA"n以上的大块焦减少，而25～75 mm的中块焦相应增多，也就是焦炭块度的均匀性提高了，这对于高炉也是有利的。前苏联对干熄焦与湿熄焦焦炭质量做过另外的对比试验，将结焦时间缩短l h后的焦炭进行干熄焦，其焦炭质量比按原结焦时间而进行湿熄焦的焦炭质量还要略好一些。干熄焦红焦热量的利用，国外曾经试验过回收热水、回收热风等流程，还有将干熄焦热利于煤预热的试验，但都未在工业上推广应用。目前在技术上成熟的是生产过热蒸汽并加以利用，该法使干熄焦的蒸汽产量能满足整个焦化厂自用蒸汽量。至于是否进一步利用蒸汽发电，主要根据其蒸汽生产规模及蒸汽压力而定。

干熄焦的产能指标，因干熄焦工艺设计的不同有很大的差别。不同的控制循环气体中H，、CO等可燃成分浓度的工艺，对干熄焦锅炉的蒸汽发生量影响很大，采用导人空气燃烧法比采用导人N，稀释法，其于熄焦锅炉的蒸汽发生量要大。此外，干熄焦锅炉设计的形式和等级的不同、循环风机调速形式不同，以及是否采用给水预热器等因素对干熄焦系统的能源回收都有影响。

同湿熄焦相比，干熄焦可回收利用红焦约83％的显热，每干熄1t焦炭回收的热量约为1．35 GI。而湿熄焦没有任何能源回收利用。

武钢7号、8号焦炉干熄焦采用导人空气燃烧的方法控制循环气体中H2、CO等可燃成分的浓度，循环风机采用变频调速，设计有给水预热器以进一步吸收进干熄炉循环气体的热量，干熄焦锅炉设计等级(蒸汽压力、温度)为3．82：MVa、450℃。每干熄1 t焦炭可产生压力为3．82 SPa，温度为450°C(：的蒸汽约O．54 t)。

  2、降低有害物质的排放，保护环境

 湿熄焦产生大量酌酚、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；干熄焦采用惰性循环气体在密闭的干熄炉内对红焦进行冷却，可以免除对周围设备的腐蚀和对大气的污染。此外由于采用焦罐定位接焦，焦炉出焦的粉尘污染也更易于控制。干熄炉炉顶装焦及炉底排、运焦产生的粉尘以及循环风机后放散的气体、干熄炉预存段放散的少量气体经除尘地面站净化后，以含尘量小于100 nag／l对空排放。

以下是几种典型干熄焦的特点 。

1、德国TSOA公司设计的干熄焦技术特点如下：

(1)干熄炉设计为方型；

(2)干熄炉和锅炉之间不设一次除尘器；

(3)循环风机采用变频调速；

(4)采用分格摆动式排焦，以保证焦炭排出温度均匀。

 TSOA公司设计的方型干熄炉在预存段和冷却段之间收口至原截面的25％，预存段支撑在钢结构上，这与圆形干熄炉有着显著的区别。由于预存段与冷却段之间存在收口，冷却段内焦炭呈锥状，空出很大的空间，循环气体在此处速度大大降低，大颗粒的焦粒都沉降在于熄炉内。据TSOA公司介绍，出干熄炉的循环气体带出的最大焦粒为0．5～1 mm，这也是TSOA公司设计的干熄焦取消干熄炉与锅炉之间的一次除尘器的一个重要原因。

方型干熄炉下部分12格，设有12个液压驱动的摆动式排焦结构，用于分格排出冷却的焦炭，并且设有热电偶监测焦炭温度，哪一格温度降到允许排焦值，哪一格摆动式排焦机构挡板就打开，以保证排焦温度的均匀性。

TSOA公司在干熄炉冷却段上段设置冷却壁。红焦在干熄炉内不仅被循环冷却气体冷却，还有30％的热量被冷却壁内冷水吸收，实际上冷却壁可看作是锅炉的一部分。采用冷却壁的优点是可以降低循环冷却气体量，大约降低20％，降低循环风机电耗，从而降低操作成本；缺点是增加了较大的维护量，控制不好冷却壁管内的水会漏人干熄炉，会造成对干熄焦装置较大的危害，甚至造成事故。当然，TSOA公司设计的干熄炉也可以不设置冷却壁。

2、日本新日铁设计的干熄焦技术特点如下：

(1)干熄炉设计为圆形；

(2)装入装置带有料钟；

(3)采用旋转密封阀连续排焦；

(4)完全燃烧循环气体中的CO；

(5)循环风机不调速；

(6)采用旋转焦罐接焦。

带有料钟的装入装置有利于红焦在干熄炉内的均匀分布，有利于焦炭的均匀冷却，同时也可以降低循环风量，降低循环风机的电耗；排焦装置采用旋转密封阀取代原间歇式的排焦装置，可降低干熄焦系统的高度约4 m，从而降低建设成本，另外还可以真正实现连续排焦。

新日铁设计的干熄焦采用完全燃烧循环气体中的H2和CO的方法，多余的循环气体可直接排放。据新日铁介绍，不完全燃烧焦炭烧损率为6～7妇／t，完全燃烧焦炭烧损率为9．9 kg／t，但从理论上分析，对于烧损的焦炭，粒径为20 mm以上的占20％，粒径为20 mm以下的占80％，因此实际上大部分是粉焦。新日铁在广烟的3号、4号焦炉干熄焦的测定表明，烧损的焦炭粒径在25 mm以下的占82．1％；当烧损的焦炭占装焦总量的1％时，大块焦炭表面烧损的深度只有22 m。

在循环气体管道进干熄炉之前到环形烟道出口之间有一旁路，主要起降低进入锅炉循环气体温度的作用，防止因循环气体温度过高，对锅炉造成不良影响，但此旁路并不是常开。新日铁认为循环风机不需要调速，只要保证停止供焦时间不超过预存段设计时间，循环风机转速就可不调，因此循环风机风量只设计有翻板来进行粗调。

新日铁认为一次除尘器不需要设置挡墙，这与新日铁设计干熄焦采用完全燃烧有关；另外，新日铁认为一次除尘器不设挡墙，大于1 mm的颗粒因为自身重力也可以沉降下来，而对锅炉而言，大于1一的颗粒才会对其造成不良的影响。没有挡墙的一次除尘器，料仓可以小许多，可降低建设成本，此外维修也更方便。但是，新日铁设计的绝大部分干熄焦一次除尘器都带有挡墙。

3、武钢7号、8号焦炉干熄焦的技术特点

武钢7号、8号焦炉于熄焦工艺采用日本新日铁的技术，但在某些方面做了改进，代表了目前较先进的水平，其技术特点如下：

(1)  干熄炉设计为圆形；

 (2)采用圆形旋转焦罐，有利于均匀接焦；

(3)装入装置带有先进的“十”字形料钟，有利于均匀装焦并保护干熄炉风帽；

(4)带有旋转密封阀的连续排焦装置，有利于均匀排焦； 处理后的高净化气体排人大气。因此，干熄焦的环保指标优于湿熄焦。

(5)循环风机采用变频调速，有利于更精确地调节循环气体流量；

(6)二次除尘器采用多管旋风除尘器，有利于提高循环气体除尘效率；

(7)设计有给水预热器对进入干熄炉的循环气体进一步冷却；

(8)完全燃烧循环气体中的H，和CO。

圆形旋转焦罐充分利用焦罐的容积，有利于焦炭在焦罐内的均匀分布，因此可以减轻焦罐的重量，从而降低提升机的功率，此外焦罐内衬材料的寿命还可以延长。带有先进的“十”字形料钟的装入装置更有利于红焦在干熄炉内部的均匀分布，该装入装置与圆形旋转焦罐都有利于降低循环风量，从而降低循环风机的电耗。带有气密性旋转密封阀的连续排焦装置，可以大大减少循环气体的泄漏；根据干熄炉预存段料位的高低，可通过振动给料器非常精确地控制排焦量，因而可以将冷却后的焦炭定量、连续地排出；采用变频调速的循环风机，循环气体流量也可较精确地调节。连续精确的排焦量与精确的循环气体流量相结合更有利于稳定锅炉人口温度，稳定干熄焦锅炉的运行。带有挡墙的一次除尘器可除去循环气体中的粗颗粒焦粉，保证进入锅炉的循环气体中焦粉浓度控制在10～12 g／m3，焦粉颗粒直径小于l，大大减少了对锅炉传热管造成的磨损。一次除尘器底部有4根水冷套管用于冷却、排出焦粉。出锅炉的循环气体经过先进的多管旋风除尘器，除去大部分细颗粒焦粉后，循环气体中焦粉的质量浓度可小于1 g／m，消除了对循环风机的危害。相对于多级旋风除尘器而言，多管旋风除尘器除尘效果更好，而且占地面积小，管材、钢结构耗用小，可降低建设成本。

给水预热器从上至下依次为上壳体、上段、下段、下壳体，其中上段、下段为管壳式换热器。循环气体经循环风机加压后从下壳体水平进人给水预热器，经过下段、上段管壳式换热器进行热交换，然后从给水预热器上壳体排出。给水预热器有两方面的作用：其一，进一步降低进干熄炉的循环气体的温度，可从循环风机出口的约180℃降到约1300℃，从而提高了焦炭的冷却效果，降低循环气体流量；其二，进一步利用循环气体的热量，进而减少除氧器所用的蒸汽量。

采用完全燃烧循环气体中的H2和CO方法的优点，一是多余的循环气体可以直接排放；二是可提高循环气体进锅炉的人口温度，提高锅炉的蒸汽产量；三是降低了循环气体对锅炉的腐蚀。

绿色经济和循环经济是今后生产型企业管理的发展方向。节能、环保是目前冶行业必须面对的两大课题。干熄焦工艺具有能源回收利用、环境保护及改善焦炭质量等多项优点而被炼焦行业所推广.4．3 m以上焦炉必须配备与之能力相适应的干熄焦装置。