清潔型熱回收煉焦技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

秦 瑤

(山西中鑫潔凈焦技術(shù)研究設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030006)

引 言

“十三五”期間，焦化行業(yè)面臨著調(diào)整結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的重大歷史任務(wù)。為促進(jìn)焦化行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級，引導(dǎo)和規(guī)范焦化企業(yè)投資和生產(chǎn)經(jīng)營，我國已全面實(shí)施《焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件(2014年修訂)》。熱回收煉焦技術(shù)作為重要的潔凈煤技術(shù)對焦化企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級將發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

熱回收煉焦技術(shù)是在總結(jié)國內(nèi)熱回收焦?fàn)t技術(shù)和借鑒國外熱回收焦?fàn)t經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種清潔型熱回收搗固煉焦技術(shù)[1]，具有能耗低、污染小、工藝流程短、建設(shè)速度快、操作簡單、運(yùn)行成本低及可以擴(kuò)大煉焦煤資源等特點(diǎn)，已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。

1 清潔型熱回收搗固煉焦技術(shù)

清潔型熱回收搗固煉焦技術(shù)是一種回收利用煉焦燃燒煙氣余熱的焦炭生產(chǎn)技術(shù)，配置有搗固機(jī)、裝煤推焦車和接熄焦車三大焦?fàn)t機(jī)械，采用先進(jìn)的液壓搗固技術(shù)[2]。焦?fàn)t炭化室微負(fù)壓操作，機(jī)械化搗固、裝煤、出焦。全過程負(fù)壓操作，煉焦煙塵得到控制，不產(chǎn)生廢水；炭化室大型化，具有煉焦焦炭塊度大，焦?fàn)t電耗低，壽命長等優(yōu)點(diǎn)；煉焦廢氣余熱實(shí)現(xiàn)回收利用。

1.1 設(shè)備組成

熱回收焦?fàn)t煉焦用主要設(shè)備有：QRD系列清潔型熱回收搗固焦?fàn)t；推焦裝煤設(shè)備：推焦裝煤車、搗固站；熄焦設(shè)備：熄焦車、熄焦塔、熄焦泵、晾焦臺等。熱回收焦?fàn)t是指焦?fàn)t炭化室微負(fù)壓操作、機(jī)械化搗固、裝煤、出焦、回收利用煉焦燃燒廢氣余熱的焦炭生產(chǎn)裝置。圖1、圖2分別為六聯(lián)拱熱回收搗固焦?fàn)t立面和正面視圖。六聯(lián)拱熱回收搗固焦?fàn)t主要由爐頂、炭化室、主墻上升火道、六聯(lián)拱燃燒室、主墻下降火道、炭化室底及端墻組成。QRD系列清潔型熱回收搗固式機(jī)焦?fàn)t已在我國大范圍推廣使用，是目前我國最先進(jìn)、最完善、最可靠的熱回收焦?fàn)t。

圖1 六聯(lián)拱熱回收搗固焦?fàn)t立面圖

圖2 六聯(lián)拱熱回收搗固焦?fàn)t正面視圖

搗固站(搗固機(jī))是將裝爐煤料在煤塔下面的搗固站上搗固成煤餅的設(shè)備，主要由平煤、走行、搗固、側(cè)板定位、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)等組成；搗固機(jī)多為液壓搗固方式，具有維修率低、噪聲低、煤餅表面平整、密度均勻等優(yōu)點(diǎn)。裝煤推焦車具有摘門、推焦和裝送煤餅的功能。主要由開閉爐門機(jī)構(gòu)、推焦裝置、裝煤餅裝置、走行裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、操作室等組成。接熄焦車主要由開閉爐門機(jī)構(gòu)、接焦裝置、傾翻裝置、走行裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、操作室等組成。

1.2 技術(shù)原理

煉焦是指煉焦煤在隔絕空氣條件下加熱到1 000 ℃左右(高溫干餾)，通過熱分解和結(jié)焦產(chǎn)生焦炭、焦?fàn)t煤氣和其他煉焦化學(xué)產(chǎn)品的工藝過程[3]。熱回收煉焦工藝流程如圖3所示。將煉焦煤配煤、粉碎、搗固后裝入熱回收焦?fàn)t炭化室，利用炭化室主墻、爐底、爐頂儲蓄的熱量和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，形成惰性氣體保護(hù)層。由于干餾階段的荒煤氣不斷產(chǎn)生，在煤(焦)層上覆蓋和向爐頂?shù)臄U(kuò)散不斷進(jìn)行，使煤(焦)層在整個(gè)煉焦周期內(nèi)始終覆蓋著完好的惰性氣體保護(hù)層，從而在隔絕空氣的條件下加熱，并經(jīng)干法熄焦、篩分，得到焦炭。熱回收煉焦工藝為微負(fù)壓煉焦，煉焦?fàn)t為拱型結(jié)構(gòu)，煉焦產(chǎn)生的副產(chǎn)品高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐進(jìn)行換熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽直接外供使用或者用于驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。低溫?zé)煔饨?jīng)過除塵、脫硫，經(jīng)煙囪排出。

圖3 熱回收煉焦工藝技術(shù)流程圖

熱回收煉焦的高溫?zé)煔庀到y(tǒng)包括上升管、集氣支管、集氣總管及集氣外管四部分。高溫?zé)煔庀到y(tǒng)內(nèi)襯采用耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、加熱永久線變化較小的耐火隔熱材料。合理可靠的煉焦高溫?zé)煔庀到y(tǒng)，對延長其使用壽命，降低煉焦能耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益起著關(guān)鍵性作用。

1.3 清潔型熱回收搗固煉焦技術(shù)的特點(diǎn)

1) 六聯(lián)拱燃燒室

六聯(lián)拱由原四聯(lián)拱的兩兩一組火道分別增加一條火道循環(huán)，拉長了廢氣行程，使廢氣成分燃燒得更充分、完全；同時(shí)，對上部炭化室起到更好的支撐作用。較之前的四聯(lián)拱，燃燒室煉焦產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)100%燃燒，提高了10%左右傳熱效率，焦?fàn)t使用壽命由15年增加到30年。

2) 煉焦煤低燒損

焦?fàn)t爐頂采用拱型結(jié)構(gòu)，并安裝有可調(diào)節(jié)的一次空氣進(jìn)口和布風(fēng)裝置，從爐頂進(jìn)入的一次空氣不和煉焦煤直接接觸，降低了煉焦煤的燒損，達(dá)到煉焦煤隔絕空氣下高溫干餾的目的，煉焦煤燒損由原來的3%左右降低到了1.5%以下。

3) 煉焦煤供應(yīng)更廣，成本更低

裝入煤的揮發(fā)性物質(zhì)從19%～38%都可使用，無煙煤可配入30%～40%，煉焦煤供應(yīng)更方便，成本更低。

4) 焦炭質(zhì)量更高

獨(dú)特的煉焦工藝，能生產(chǎn)出CSR>66%、CRI<23%的高質(zhì)量焦炭，可以根據(jù)用戶要求生產(chǎn)各種品種和質(zhì)量的焦炭。

5) 節(jié)約能耗

通過改變焦?fàn)t爐體局部結(jié)構(gòu)、耐火磚的結(jié)構(gòu)，有利于焦?fàn)t調(diào)火操作，同時(shí)，提高了焦?fàn)t的傳熱效率，減小了系統(tǒng)阻力，降低了焦?fàn)t散熱，節(jié)約了能源。

6) 高發(fā)電量

新一代熱回收焦?fàn)t主要特征是煉焦余熱高發(fā)電量，噸焦發(fā)電量>750 kWh。

7) 嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)設(shè)施

新一代熱回收焦?fàn)t主要特征之一是更嚴(yán)格的裝煤、推焦、煙氣等環(huán)保設(shè)施，PM<30 mg/m3，φ(SO2)<50 mg/m3，φ(NOx)<100 mg/m3。

8) 濕熄焦水回收和除塵

新一代熱回收焦?fàn)t主要特征是可以提供濕熄焦回收熄焦塔水蒸氣和除塵的裝置，降低了水的消耗，減少了濕法熄焦顆粒物的排放，節(jié)約了水資源，保護(hù)了環(huán)境。

9) 干法熄焦

新一代熱回收焦?fàn)t主要特征是可以提供干法熄焦，對改善焦炭質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境，提高高爐的生產(chǎn)效益和節(jié)約能源具有一定作用。

10) 更安全、更衛(wèi)生

新一代回收焦?fàn)t的主要特征是采用了更完善的PLC和DCS控制系統(tǒng)，具有更安全、更衛(wèi)生的生產(chǎn)環(huán)境。

2 國內(nèi)市場應(yīng)用分析

我國從1999年開始研發(fā)熱回收焦技術(shù)并取得成功，從2000年開始規(guī)模建設(shè)。我國熱回收煉焦技術(shù)燃燒室開始采用四聯(lián)拱結(jié)構(gòu)，從2008年起燃燒室采用更先進(jìn)的六聯(lián)拱結(jié)構(gòu)。目前，利用清潔型熱回收搗固式煉焦技術(shù)的焦炭產(chǎn)能已超過2 000萬t/a，在國際焦炭生產(chǎn)總量中占據(jù)相當(dāng)份額。

甘肅武威榮華工貿(mào)集團(tuán)有限公司150萬t/a熱回收煉焦項(xiàng)目2011年開始設(shè)計(jì)，2013年5月1日正式投產(chǎn)運(yùn)行。該項(xiàng)目是熱回收煉焦、煉焦余熱發(fā)電、背壓和抽汽發(fā)電蒸汽供熱的循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目，是目前中國焦炭產(chǎn)量最大、設(shè)備水平最高的熱回收煉焦項(xiàng)目，采用裝煤車上除塵、焦?fàn)t六聯(lián)拱燃燒室結(jié)構(gòu)、下降火道口在炭化室拱頂下部、煙氣氨法脫硫、煙氣布袋除塵器除塵等先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)造了我國熱回收煉焦多項(xiàng)第一。

3 國際市場應(yīng)用分析

熱回收煉焦技術(shù)是近期發(fā)展的煉焦新技術(shù)之一，中國的熱回收煉焦技術(shù)及其焦炭生產(chǎn)規(guī)模在國際上已處于領(lǐng)先水平。該技術(shù)使用最為典型的國家有中國、美國、澳大利亞、印度、巴西、哥倫比亞、越南、伊朗、泰國、印度尼西亞等。圖4、圖5分別為印度GSIL熱回收項(xiàng)目、越南HOA PHAT熱回收項(xiàng)目實(shí)施后的煉焦生產(chǎn)圖。目前，煉焦煤燒損低、結(jié)焦時(shí)間短、環(huán)保設(shè)施完善、余熱發(fā)電量高、技術(shù)水平和裝備水平先進(jìn)的熱回收煉焦技術(shù)成功地在這些發(fā)展中國家成熟應(yīng)用，并得到了原先的設(shè)計(jì)預(yù)期，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

圖4 印度GSIL熱回收項(xiàng)目

圖5 越南HOA PHAT熱回收項(xiàng)目

青山集團(tuán)印尼瑞浦55萬t/a熱回收焦?fàn)t配套2×25 MW余熱發(fā)電工程，采用專利技術(shù)CHS-2015型清潔型熱回收搗固煉焦?fàn)t，生產(chǎn)的焦炭和電力全部供給不銹鋼工業(yè)園區(qū)使用。CHS-2015型熱回收焦?fàn)t炭化室長度為15 210 mm，燃燒室為六聯(lián)拱結(jié)構(gòu)。余熱發(fā)電采用高溫高壓機(jī)組，主蒸汽閥前主蒸汽額定壓力為8.83 MPa，額定溫度為535 ℃。本項(xiàng)目焦?fàn)t已于2017年8月29日順利投產(chǎn)出焦，余熱發(fā)電機(jī)組于2018年2月1日順利投產(chǎn)。投產(chǎn)以來，焦?fàn)t和發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常，焦炭產(chǎn)量、質(zhì)量及余熱發(fā)電量達(dá)到或超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)。特別是余熱發(fā)電量噸焦為750 kWh，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。該工程是青山集團(tuán)在印尼不銹鋼園區(qū)的配套項(xiàng)目，為我國煉焦技術(shù)和裝備制造業(yè)的出口作出了貢獻(xiàn)。

隨著各國環(huán)境保護(hù)的日益嚴(yán)格，優(yōu)質(zhì)煉焦煤日益貧乏，熱回收煉焦技術(shù)受到了越來越高的重視和關(guān)注，有較好的應(yīng)用前景。中國、美國、越南、印度等國把熱回收煉焦技術(shù)列入國家發(fā)展的煉焦技術(shù)。歐洲共同體聯(lián)合則把熱回收煉焦技術(shù)列入鋼鐵行業(yè)污染物綜合防止最佳可行技術(shù)之一。隨著我國“一帶一路”經(jīng)濟(jì)政策的深入實(shí)施，熱回收煉焦技術(shù)將會在“一帶一路”沿線國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

4 技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著節(jié)能、環(huán)保和安全要求越來越高，對熱回收煉焦技術(shù)應(yīng)在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，以滿足時(shí)代的發(fā)展要求。

1) 理論研究

目前，在成焦機(jī)理和焦?fàn)t爐體結(jié)構(gòu)的研究方面仍然不夠。需要進(jìn)一步加強(qiáng)熱回收煉焦技術(shù)的理論研究，掌握煉焦機(jī)理，有利于利用更多弱黏結(jié)性煤，提高煉焦效率。

2) 推廣和普及干熄焦技術(shù)

開發(fā)、推廣、普及熱回收焦?fàn)t干法熄焦技術(shù)，改善焦炭質(zhì)量。熱回收焦?fàn)t配套鋼鐵廠建設(shè)，焦炭直接用于高爐，提高高爐效率。

3) 提升智能化自動監(jiān)測控制水平

自動化水平、可視化監(jiān)控水平尚需提高，由于測控手段落后，爐內(nèi)溫度不好控制，高溫點(diǎn)漂移不定，影響爐體的使用壽命。采用穩(wěn)定可靠的焦?fàn)t吸力和溫度自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，可減少煉焦煤的燒損，提高焦炭質(zhì)量和煉焦效率。

4) 操作規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

目前生產(chǎn)過程中焦炭燒損仍偏高，導(dǎo)致焦炭表面灰分高，成焦率降低。需要根據(jù)不同的熱回收煉焦企業(yè)，編制詳細(xì)可靠的操作規(guī)范，利于更好的操作管理，使熱回收煉焦產(chǎn)生更高的效益。

5 結(jié)論

熱回收煉焦技術(shù)以清潔生產(chǎn)和節(jié)約能源為其顯著的技術(shù)優(yōu)勢。熱回收煉焦技術(shù)在煉焦煤資源貧乏、生產(chǎn)高質(zhì)量焦炭、環(huán)境要求更嚴(yán)格、需要焦炭和電力的企業(yè)是一種優(yōu)先選擇的煉焦技術(shù)。目前我國的清潔型熱回收搗固煉焦技術(shù)及其焦炭生產(chǎn)規(guī)模在國際上已處于領(lǐng)先水平。