淺談熱回收焦爐的應(yīng)用前景

王 蓉

隨著我國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展和高爐大型化，對焦炭需求量和質(zhì)量的要求也隨之提高，但是優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源卻日趨匱乏。為了減少主焦煤的用量，多用弱黏結(jié)性煤、無黏結(jié)性煤，隨后研究開發(fā)了配型煤煉焦、搗固煉焦、預(yù)熱煤煉焦及調(diào)濕煤技術(shù)等。

目前，常見的是搗固煉焦，因為在相同配煤比的情況下，搗固煉焦所產(chǎn)的焦炭質(zhì)量較好。因此，為了擴大煉焦用煤，特別是對高揮發(fā)分煤和弱黏結(jié)性煤貯量多的區(qū)域，采用搗固煉焦更為有利。

但是隨著國民經(jīng)濟建設(shè)的大力發(fā)展，我國政府對焦化工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和環(huán)境保護工作越來越重視。投入大量的人力和財力，進行多次土焦改造和大力發(fā)展大機焦建設(shè)。焦炭工業(yè)必須加大技術(shù)創(chuàng)新力度，淘汰落后的簡易小機焦，加強資源綜合利用，加大環(huán)境保護力度，提高煉焦技術(shù)水平。清潔型熱回收焦爐就是在這種產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求下，應(yīng)用發(fā)展起來的。山西西山煤氣化公司焦化二廠采用的就是QRD－2000清潔型熱回收搗固焦爐。該焦爐由山西省化工設(shè)計院設(shè)計，是在總結(jié)國外無回收焦爐技術(shù)以及我國成熟的焦爐生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上改進創(chuàng)新的清潔型焦爐。在該公司投入使用之前，山西興高能源股份有限公司、晉城沁澤焦化有限公司等企業(yè)已應(yīng)用QRD－2000清潔型熱回收搗固焦爐生產(chǎn)焦炭，操作環(huán)境好，機械化程度較高。

1 熱回收焦爐概述

熱回收焦爐是指煉焦煤在煉焦過程中產(chǎn)生焦炭，其化學(xué)產(chǎn)品、焦爐煤氣和一些有害的物質(zhì)在煉焦爐內(nèi)部合理地充分燃燒，回收高溫廢氣的熱量用來發(fā)電或其他用途的一種焦爐。

我國的熱回收焦爐由于采用了搗固裝煤，全部機械化操作，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，因此，我國的熱回收焦爐也叫清潔型熱回收搗固焦爐。

熱回收焦爐由于其獨特的爐體結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)，在煉焦過程中炭化室負壓操作，不外泄煙塵，也不回收化學(xué)產(chǎn)品和凈化焦爐煤氣，很少產(chǎn)生污染物，因此，熱回收焦爐解決了煉焦過程中主要污染物的排放，基本上實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)和環(huán)境保護。同時由于熱回收焦爐煉焦煤種適用廣泛，焦炭塊度大，質(zhì)量高，在實際應(yīng)用中已顯示了它的優(yōu)越性。

熱回收焦爐與改良焦爐在爐體結(jié)構(gòu)、機械配置、裝備水平、工藝指標、自動化程度等方面有著根本的區(qū)別。熱回收焦爐配備有與常規(guī)機焦爐基本相同的備煤、篩焦工藝，焦爐爐體有完善的焦爐保護板、爐柱、爐門等焦爐鐵件，有裝煤推焦車和接熄焦車，采用濕法熄焦，煉焦產(chǎn)生的廢氣余熱經(jīng)過鍋爐產(chǎn)生蒸汽發(fā)電，廢氣經(jīng)脫除二氧化硫后經(jīng)煙囪排放。熱回收焦爐工藝流程簡單，設(shè)備少，且配套的輔助生產(chǎn)設(shè)施不多，簡易流程示意圖見圖1。

圖1 熱回收焦爐工藝流程示意圖

2 熱回收焦爐的工作原理

熱回收焦爐是將煉焦煤搗固后裝入炭化室，利用炭化室主墻、爐底和爐頂儲蓄的熱量以及相鄰炭化室傳入的熱量使煉焦煤加熱分解，產(chǎn)生荒煤氣，荒煤氣在自下而上逸出的過程中，覆蓋在煤層表面，形成第一層惰性氣體保護層，然后向爐頂空間擴散，與由外部引入的空氣發(fā)生不充分燃燒，生成的廢氣形成煤焦與空氣之間的第二層惰性氣體保護層。由于干餾產(chǎn)生的荒煤氣不斷產(chǎn)生，在煤(焦)層上覆蓋和向爐頂?shù)臄U散不斷進行，使煤(焦)層在整個煉焦周期內(nèi)始終覆蓋著完好的惰性氣體保護層，使煉焦煤在隔絕空氣的條件下加熱得到焦炭。在炭化室內(nèi)燃燒不完全的氣體，通過炭化室主墻下降火道到四聯(lián)拱燃燒室內(nèi)，在耐火磚的保護下再次與進入的適度過量空氣充分燃燒，燃燒后的高溫廢氣送往發(fā)電并脫除二氧化硫后排入大氣。

3 熱回收焦爐的特點

1)有利于煤炭資源的綜合利用。熱回收焦爐配煤可以配入大量的弱黏煤，甚至可以配入少量的不黏煤。與傳統(tǒng)的大機焦相比，大大節(jié)約了寶貴的焦煤與肥煤資源，同時也降低了焦炭生成成本，有利于提高企業(yè)經(jīng)濟效益。以該公司2010年實際生產(chǎn)情況來說，配煤方案中肥煤與焦煤共占30%，瘦煤占40%左右，剩余30%左右就配入了弱黏煤，曾經(jīng)還配入過少量的不黏煤。從價格上來講，肥煤、焦煤的入廠價格為1 540元左右，瘦煤的入廠價格為1 130元左右，其它弱黏煤的入廠價格大多在1 050元左右，大量配入弱黏煤也大大降低了焦炭的生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2)有利于焦爐實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。熱回收焦爐采用焦爐炭化室負壓操作，從根本上消除了煉焦過程中煙塵的外泄，與傳統(tǒng)的大機焦操作相比，杜絕了焦爐跑煙冒火現(xiàn)象;煉焦爐采用水平接焦，最大限度地減少了推焦過程中焦炭灑落產(chǎn)生的粉塵，徹底改善了焦化廠大氣環(huán)境。熄焦水閉路循環(huán)使用，杜絕了廢水外排，與傳統(tǒng)的大機焦相比，不產(chǎn)生含酚廢水等焦化廢水，徹底改善了焦化廠所在區(qū)域的水質(zhì)。煉焦工藝的設(shè)計與環(huán)保措施相結(jié)合，進一步實現(xiàn)了焦爐的清潔生產(chǎn)。

3)有利于控制產(chǎn)品質(zhì)量。該公司采用的QRD－2000清潔型熱回收搗固焦爐，設(shè)計以生產(chǎn)焦炭和發(fā)電為主。可生產(chǎn)鑄造焦、冶金焦，炭化室長13 340 mm，寬3 596 mm，高2 758 mm，耐火材料有硅磚、黏土磚、高鋁磚、輕質(zhì)磚等。由于采用大容積搗固煉焦，煉焦煤堆密度在1.0～1.1 g/cm3。由于擴大了煉焦煤的使用，加入了大量的瘦煤與弱黏煤，更有利于控制焦炭的灰分、硫分，通過以下幾組數(shù)據(jù)比較(該公司焦化一廠為機焦)，見表1。

表1 兩種焦爐的灰分、硫分對比數(shù)據(jù)表

由表1可以看出，熱回收搗固焦爐比傳統(tǒng)機焦的焦炭產(chǎn)品質(zhì)量更好。

4)有利于降低煉焦工序能耗。由于沒有傳統(tǒng)焦爐的化產(chǎn)回收、煤氣凈化等工序，也沒有焦爐裝煤出焦除塵、污水處理等環(huán)境保護的尾部治理措施，生產(chǎn)過程中能源消耗較低。通過該公司近幾個月噸焦耗水、噸焦耗電情況，見表2，可以看出熱回收搗固焦爐比機焦能源消耗要低。

4 熱回收焦爐的發(fā)展前景

在改良焦爐關(guān)閉后，使已經(jīng)形成鑄造焦的供應(yīng)市場出現(xiàn)短缺，需要新的生產(chǎn)能力補充市場需求。熱回收焦爐保留了改良焦爐的大容積和搗固煉焦的特點，在實現(xiàn)生產(chǎn)操作機械化的同時，也使生產(chǎn)用煤質(zhì)量發(fā)生了重大變化，即可以在大量利用非煉焦煤的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的鑄造焦。

表2 兩種焦爐的噸焦耗水、噸耗電對比數(shù)據(jù)表

熱回收焦爐適宜生產(chǎn)鑄造焦的原因：

1)熱回收焦爐炭化室寬、容積大，有客觀條件生產(chǎn)大塊焦炭。

2)熱回收焦爐能使焦爐在較低溫度下操作，降低煉焦溫度和結(jié)焦速率，從煉焦工藝上減少煉焦煤在結(jié)焦過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，減少焦炭在結(jié)焦過程中產(chǎn)生的裂紋，從而使焦炭塊度增大。

3)熱回收焦爐可以配入大量高變質(zhì)程度煤，在保證煉焦煤的結(jié)焦性能的同時，盡可能減少煉焦時的收縮裂紋。

根據(jù)市場需求，為了增加公司經(jīng)濟效益，該公司(焦化二廠)熱回收搗固焦爐將于2011年生產(chǎn)鑄造焦，銷售價格與同等質(zhì)量的冶金焦要高出200元/t。

5 結(jié)束語

1)熱回收焦爐工藝設(shè)計與環(huán)境保護措施相結(jié)合，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，且操作簡便。

2)可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦炭。

3)擴大了煉焦煤資源，有利于節(jié)約寶貴的肥焦煤資源，降低焦炭生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

4)由于熱回收焦爐實現(xiàn)余熱回收，采用負壓操作、二次燃燒，故生產(chǎn)過程中存在化焦現(xiàn)象，在今后設(shè)計及生產(chǎn)過程中有待嚴格控制。

通過該公司熱回收焦爐(焦化二廠)與機焦爐(焦化一廠)的全焦率對比數(shù)據(jù)見表3，由表3可以看出，熱回收焦爐的化焦現(xiàn)象較嚴重。

表3 兩種焦爐的全焦率對比數(shù)據(jù)表

總之，熱回收焦爐已經(jīng)在國內(nèi)外大力推廣，并已納入國家2008年修訂的《焦化行業(yè)準入條件》，符合國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)政策和環(huán)保要求。但作為一種新型生產(chǎn)工藝，在今后的設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)過程中需進一步完善。2008年修訂的《焦化行業(yè)準入條件》中明確提出：新建和改擴建焦化生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)滿足節(jié)能、環(huán)保和資源綜合利用的要求，實現(xiàn)合理規(guī)模經(jīng)濟。熱回收焦爐：企業(yè)生產(chǎn)能力40萬t/年及以上。應(yīng)繼續(xù)提升熱回收煉焦技術(shù)，禁止新建熱回收焦爐項目，焦化準入是為了使其真正地體現(xiàn)節(jié)約能源、清潔生產(chǎn)。

［1］ 潘立慧，魏松波.煉焦新技術(shù)［M］.冶金工業(yè)出版社出版，2006：176－180.