我國干熄焦技術(shù)裝備應(yīng)用與發(fā)展
干熄焦（CDQ）是相對濕法熄焦而言。濕法熄焦在我國焦化廠普遍使用，但在濕法熄焦過程中大量含有HCN、H2S、NH3、酚類及粉塵等有害物質(zhì)的蘑菇云濕蒸汽排入大氣。嚴重污染環(huán)境，不僅浪費大量熱能，同時又消耗了大量熄焦水，影響焦炭質(zhì)量。干熄焦是以惰性冷氣體氮氣為載體，通入干熄焦爐內(nèi)冷卻熾熱紅焦炭，使火紅焦炭由1100℃冷卻至250℃以下。氮氣循環(huán)是在密閉系統(tǒng)內(nèi)完成熄焦過程，基本消除了濕法熄焦排放的有害物質(zhì)和濕蒸汽。循環(huán)的惰性熱氣體熱量經(jīng)回收產(chǎn)生蒸汽并發(fā)電。
1、 干熄焦裝備迅速發(fā)展
我國干熄焦裝備技術(shù)始于20世紀80年代寶鋼從日本引進75t/h CDQ裝置，在寶鋼共有12套處理焦炭75t/h CDQ裝置，1996年濟鋼投產(chǎn)了處理焦炭70t/h 2套CDQ裝置。2000年前我國焦化企業(yè)僅有上述兩家有CDQ裝置。
隨著我國鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展，導(dǎo)致焦化企業(yè)快速擴張和建設(shè)。為嚴格控制污染加強環(huán)境治理，國家發(fā)展改革委員會于2004年發(fā)布了《焦化行業(yè)準入條件》公告76號文，規(guī)范了焦化廠的建設(shè)條件，使我國焦化廠配套建設(shè)CDQ裝置得到迅猛發(fā)展。截止2009年6月，僅四年時間，我國投產(chǎn)和在建CDQ裝置增至123套。其中已投產(chǎn)71套（產(chǎn)能達6000多萬t），相應(yīng)干熄焦年產(chǎn)能達11448萬t，占焦碳總產(chǎn)能為35%，在鋼鐵企業(yè)干熄焦率高達50%。
就干熄焦的規(guī)模而言，我國居世界首位。首鋼京唐鋼鐵公司260t/h CDQ是目前世界最先進、最大規(guī)格的第二套裝置。2004年前我國還不具備干熄焦技術(shù)設(shè)計能力，馬鋼和通鋼CDQ裝置技術(shù)和設(shè)備國產(chǎn)化示范順利投運，為我國自行設(shè)計CDQ裝置技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。目前我國CDQ裝置從50～260t/h有16種規(guī)格。我國部分企業(yè)CDQ裝置見表1。
表1 我國部分企業(yè)CDQ裝置分布情況
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單位 CDQ裝置規(guī)格 投產(chǎn)時間 單位 CDQ裝置 投產(chǎn)時間
數(shù)量，t/h 規(guī)格數(shù)量
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寶鋼 12×75 1985 攀鋼 1×145 2006.01
1×145 2008.5始建
鞍鋼 4×140 2005.10 漣鋼 1×150 2007
2×160 杭鋼 1×75 2006.05.19
武鋼 2×140 2003.12 鄂鋼 1×140 2005.07
2×140 在建 通鋼 2×90 2004
首鋼 1×65 2001 昆鋼 1×140 2005.06
韶鋼遷焦 2×95 2009.6.20 南鋼 2×140 2006.07
2×140 2007 三明 2009.02
唐鋼 1×150 2006.06 柳鋼 1×150 2007.11.28
1×160 2009-7-20
1×180 2008.7建 寧波 1×140 在建
濟鋼 2×70 1996 太鋼 2×150 2008.05.28
2×150 2006 本鋼 2×150
沙鋼 3×140 2005 梅鋼 1×140 2008.06
萊鋼 2×140 2005.12.28 包鋼 3×125 2006-2007
馬鋼 3×125 2004.04 新余 2×90 2008
2×130 2007.6 1×155
首鋼京 1×260 2009.5.19
唐公司 1×260 在建 開灤中潤 1×140 2009.6.30
安陽鋼廠 1×75 2009-7-28
山東石 1×95 沙鋼 2×140 2008建
橫特鋼
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2、干熄焦技術(shù)特點
以某廠干熄焦裝置處理能力140t/h為例。
干熄焦裝置額定處理能力140t/h，采用帶橫移的旋轉(zhuǎn)焦罐及高溫高壓自然循環(huán)余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽最大80.5t/h，實際71.87t/h，主蒸汽調(diào)節(jié)閥后壓力9.5MPa，溫度540℃。配置1套25MW抽凝式汽輪發(fā)電機組用來發(fā)電和供熱。
干熄焦年處理105.3萬t/a(年運行時間按345天計算)，溫度1000±50℃焦炭。主要產(chǎn)品產(chǎn)量：蒸汽37.26萬t/a，壓力1.2MPa,溫度過熱；發(fā)電125.33×106 kWh/a；除塵焦粉2.1萬t/a。主要技術(shù)特點如下。
1) 干熄槽（冷卻段）采用矮胖型。
2) 爐頂設(shè)料鐘式布料器。
3) 在冷卻段與循環(huán)風機之間設(shè)置給水預(yù)熱器，使干熄爐入口處的循環(huán)氣體溫度由約170℃降至≤130℃。
4) 采用連續(xù)排料的電磁振動給料器與旋轉(zhuǎn)密封閥組合的排出裝置。
5) 爐頂水封設(shè)壓縮空氣吹掃管。
6) 電機車采用APS強制對位裝置，使焦罐車在提升塔下的對位修正范圍控制在±100mm，對位精度達±10mm。
7) 余熱鍋爐采用膜式水冷壁，全懸掛形式。高溫高壓自然循環(huán)。
8) 提升機使用PLC控制。
9) 干熄槽設(shè)有2個料位計，高料位采用電容式料位計，同時采用雷達微波料位計進行連續(xù)測量。
10) 裝入裝置漏斗后部設(shè)有尾焦收集裝置。
11) 采用帶橫移的旋轉(zhuǎn)焦罐。
12) 根據(jù)干熄槽各部位的操作溫度和工作特點，采用性能不同的耐火材料。
3、 干熄焦工藝流程圖及技術(shù)要求
干熄焦流程圖包括干熄焦系統(tǒng)工藝流程圖，見圖1。
生產(chǎn)操作技術(shù)要求以下。
1) 旋轉(zhuǎn)焦罐內(nèi)只能接一爐焦炭（約21.4t），靜置時間不超過30min，焦罐內(nèi)不得裝入爐頭焦、余煤、鐵器等。
2) 干熄爐預(yù)存段壓力保持在0～-100Pa，爐內(nèi)料位控制在常用料位（下限料位與上限料位之間），排焦溫度小于200℃。
3) 嚴格控制干熄爐入口處循環(huán)氣體的溫度在115～130℃之間，在鍋爐入口處溫度不高于970℃，工況正常時不得低于680℃。
4) 通過導(dǎo)入空氣（鍋爐入口溫度在600～970℃時）以及向循環(huán)氣體通入N2（鍋爐入口溫度600℃以下或970℃以上時），及時調(diào)控循環(huán)氣體含量，使其符合工藝要求。要求CO＜6%，H2＜3%，O2＜1%，CO2≤15%，N2＞75%。
5) 按設(shè)備運行情況及時調(diào)控純水箱、除氧器、汽包的水位。除鹽水罐水位：0±100 mm（根據(jù)實際工況確定零點）；除氧器水位：0±100mm；汽包水位：0±50mm。
6) 認真分析鍋爐水質(zhì)及時調(diào)控使水質(zhì)達標，主蒸汽品質(zhì)合格。鍋爐給水及爐水基準值見表2所示。
表2 鍋爐給水及爐水基準值
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控制項目 單位 控制指標
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鍋 硬度 μmol/l ≤2.0
爐 鐵 μg/l ≤30
給 銅 μg/l ≤5
水 二氧化硅 μg/l ≤20
pH值(25℃) 8.8～9.5
油 mg/l ≤0.3
電導(dǎo)率 μs/cm ＜0.2
聯(lián)氨 μg/l 10～50
含氧量 μg/l ≤15
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鍋 pH（25℃） 9.0～10.5
爐 總含鹽量 mg/l ≤100
爐 電導(dǎo)率 ms/cm <150
水 磷酸根離子 mg/l 2～10
二氧化硅 mg/l ≤2
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7) 嚴格控制好副省煤器的入口水溫不低于60℃，除氧器入口水溫不高于85℃。
8) 控制除氧器壓力保持在0.02MPa以上，確保除氧效果。
9) 控制外部管網(wǎng)輸入的壓縮空氣、儀表用壓縮空氣及N2壓力在0.4MPa以上，低壓蒸汽壓力在0.6MPa以上。
10) 根據(jù)工況及時調(diào)整循環(huán)風量的大小，保證鍋爐順利運行。
11) 鍋爐入口氣體壓力，控制范圍-800～-200Pa。
12) 二次過熱器入口溫度540℃以下，且不低于飽和溫度±10℃。
13) 主蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥后出口蒸汽溫度540±10℃，壓力9.5±0.2MPa。
14) 鍋爐給水溫度104℃。
15) 干熄焦系統(tǒng)操作主要工藝參數(shù)見表3。
表3 干熄焦系統(tǒng)操作主要工藝參數(shù)
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項目名稱 主要工藝參數(shù)
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焦爐配置 2×55孔、6m焦爐
每孔炭化室出焦量 22.11t（設(shè)計）21.4（實際）
焦爐循環(huán)檢修時間 4.5h/d(3次)
每孔焦爐操作時間 8.42min
緊張操作系數(shù) 1.07
每小時焦炭產(chǎn)量 127.9(設(shè)計)、127.2（實際）
干熄站配置 1×140t/h
焦炭溫度 干熄前 950～1050℃
干熄后 ＜200℃
循環(huán)氣體流量 19.9萬m3/h
循環(huán)氣體溫度 進干熄爐 ～130℃
出干熄爐 900±50℃
干熄焦產(chǎn)汽率 0.575t/t焦
干熄爐日操作制度 24h連續(xù)
干熄爐年工作天數(shù) 345d
干熄站年工作制度 工作 345d連續(xù)
檢修 20d
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4、 干熄焦工藝技術(shù)效益分析
1) 改善焦炭質(zhì)量。與濕法熄焦相比，采用干法熄焦可以提高焦炭M40 3%～4%，M10降低0.3%～0.8%，反應(yīng)后強度CSR提高3%～5%，焦炭反應(yīng)性CRI降低1%～5%。焦炭冷強度提高的原因，一方面，由于紅焦在干熄爐預(yù)存室向干熄焦槽下移過程中緩慢冷卻，避免了濕熄焦過程中內(nèi)應(yīng)力驟增的問題，減少了焦炭大量微裂紋的產(chǎn)生；另一方面，由于焦炭在干熄槽內(nèi)自上而下運動，并進行碰撞和摩擦，使焦炭得到了充分的機械“整粒”作用。有研究認為，CDQ焦炭的總表面積，特別是微孔的表面積顯著小于濕法熄焦的焦炭，從而使CDQ焦炭的CO2反應(yīng)性指標CRI比濕熄焦焦炭低，而反應(yīng)后強度CSR也相應(yīng)提高。因此，焦炭微孔數(shù)量的減少和微孔表面積的降低是CDQ焦炭強度和熱反應(yīng)性能提高的主要原因。
2) 回收紅焦顯熱。出爐的紅焦顯熱約占焦爐能耗40%，這部分能量相當于煉焦煤能量5%。如回收和利用，可顯著降低產(chǎn)品成本，并達到節(jié)能降耗的效果。采用干熄焦可回收80%的紅焦顯熱，平均每干熄1t焦炭可回收3.9MPa、450℃的蒸汽0.45～0.6t。
3) 減少環(huán)境污染。干熄焦產(chǎn)生的蒸汽可用于發(fā)電，可以避免生產(chǎn)相同數(shù)量蒸汽的鍋爐燃煤對大氣的污染，尤其可減少SO2、H2S的排放。另外，在保持焦炭質(zhì)量的前提下，采用干熄焦工藝可以增加弱粘結(jié)性煤用量、減少焦、肥煤配入量10%～20%，緩解緊張的煉焦煤。
4) 節(jié)能降耗效果顯著。某企業(yè)140t/h CDQ裝置實際運行產(chǎn)生的效益如下：每年可產(chǎn)生0.95MPa蒸汽40萬t，年發(fā)電量2700萬kWh，二者年創(chuàng)效益3700萬元。降低焦化工序能耗40kgce/t焦，向大氣排放污染物減少36.96萬t，改善了焦化周邊環(huán)境。焦炭質(zhì)量經(jīng)實測對比M40提高4%，M10降低0.9%；焦炭熱性能CSR提高5.7%，CRI降低3.4%。
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