清潔型熱回收煉焦技術的應用與發展趨勢

秦 瑤

(山西中鑫潔凈焦技術研究設計院有限公司，山西 太原 030006)

引 言

“十三五”期間，焦化行業面臨著調整結構、轉變發展方式的重大歷史任務。為促進焦化行業結構調整和轉型升級，引導和規范焦化企業投資和生產經營，我國已全面實施《焦化行業準入條件(2014年修訂)》。熱回收煉焦技術作為重要的潔凈煤技術對焦化企業的轉型升級將發揮著至關重要的作用。

熱回收煉焦技術是在總結國內熱回收焦爐技術和借鑒國外熱回收焦爐經驗的基礎上開發的一種清潔型熱回收搗固煉焦技術[1]，具有能耗低、污染小、工藝流程短、建設速度快、操作簡單、運行成本低及可以擴大煉焦煤資源等特點，已在國內外得到廣泛應用。

1 清潔型熱回收搗固煉焦技術

清潔型熱回收搗固煉焦技術是一種回收利用煉焦燃燒煙氣余熱的焦炭生產技術，配置有搗固機、裝煤推焦車和接熄焦車三大焦爐機械，采用先進的液壓搗固技術[2]。焦爐炭化室微負壓操作，機械化搗固、裝煤、出焦。全過程負壓操作，煉焦煙塵得到控制，不產生廢水；炭化室大型化，具有煉焦焦炭塊度大，焦爐電耗低，壽命長等優點；煉焦廢氣余熱實現回收利用。

1.1 設備組成

熱回收焦爐煉焦用主要設備有：QRD系列清潔型熱回收搗固焦爐；推焦裝煤設備：推焦裝煤車、搗固站；熄焦設備：熄焦車、熄焦塔、熄焦泵、晾焦臺等。熱回收焦爐是指焦爐炭化室微負壓操作、機械化搗固、裝煤、出焦、回收利用煉焦燃燒廢氣余熱的焦炭生產裝置。圖1、圖2分別為六聯拱熱回收搗固焦爐立面和正面視圖。六聯拱熱回收搗固焦爐主要由爐頂、炭化室、主墻上升火道、六聯拱燃燒室、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焦爐已在我國大范圍推廣使用，是目前我國最先進、最完善、最可靠的熱回收焦爐。

圖1 六聯拱熱回收搗固焦爐立面圖

圖2 六聯拱熱回收搗固焦爐正面視圖

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

1.2 技術原理

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)，通過熱分解和結焦產生焦炭、焦爐煤氣和其他煉焦化學產品的工藝過程[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爐炭化室，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，形成惰性氣體保護層。由于干餾階段的荒煤氣不斷產生，在煤(焦)層上覆蓋和向爐頂的擴散不斷進行，使煤(焦)層在整個煉焦周期內始終覆蓋著完好的惰性氣體保護層，從而在隔絕空氣的條件下加熱，并經干法熄焦、篩分，得到焦炭。熱回收煉焦工藝為微負壓煉焦，煉焦爐為拱型結構，煉焦產生的副產品高溫煙氣通過余熱鍋爐進行換熱產生蒸汽，蒸汽直接外供使用或者用于驅動汽輪機發電。低溫煙氣經過除塵、脫硫，經煙囪排出。

圖3 熱回收煉焦工藝技術流程圖

熱回收煉焦的高溫煙氣系統包括上升管、集氣支管、集氣總管及集氣外管四部分。高溫煙氣系統內襯采用耐高溫、導熱系數低、強度高、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煙氣系統，對延長其使用壽命，降低煉焦能耗，提高企業經濟效益起著關鍵性作用。

1.3 清潔型熱回收搗固煉焦技術的特點

1) 六聯拱燃燒室

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

2) 煉焦煤低燒損

焦爐爐頂采用拱型結構，并安裝有可調節的一次空氣進口和布風裝置，從爐頂進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) 煉焦煤供應更廣，成本更低

裝入煤的揮發性物質從19%～38%都可使用，無煙煤可配入30%～40%，煉焦煤供應更方便，成本更低。

4) 焦炭質量更高

獨特的煉焦工藝，能生產出CSR>66%、CRI<23%的高質量焦炭，可以根據用戶要求生產各種品種和質量的焦炭。

5) 節約能耗

通過改變焦爐爐體局部結構、耐火磚的結構，有利于焦爐調火操作，同時，提高了焦爐的傳熱效率，減小了系統阻力，降低了焦爐散熱，節約了能源。

6) 高發電量

新一代熱回收焦爐主要特征是煉焦余熱高發電量，噸焦發電量>750 kWh。

7) 嚴格的環境保護設施

新一代熱回收焦爐主要特征之一是更嚴格的裝煤、推焦、煙氣等環保設施，PM<30 mg/m3，φ(SO2)<50 mg/m3，φ(NOx)<100 mg/m3。

8) 濕熄焦水回收和除塵

新一代熱回收焦爐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，節約了水資源，保護了環境。

9) 干法熄焦

新一代熱回收焦爐主要特征是可以提供干法熄焦，對改善焦炭質量，保護環境，提高高爐的生產效益和節約能源具有一定作用。

10) 更安全、更衛生

新一代回收焦爐的主要特征是采用了更完善的PLC和DCS控制系統，具有更安全、更衛生的生產環境。

2 國內市場應用分析

我國從1999年開始研發熱回收焦技術并取得成功，從2000年開始規模建設。我國熱回收煉焦技術燃燒室開始采用四聯拱結構，從2008年起燃燒室采用更先進的六聯拱結構。目前，利用清潔型熱回收搗固式煉焦技術的焦炭產能已超過2 000萬t/a，在國際焦炭生產總量中占據相當份額。

甘肅武威榮華工貿集團有限公司150萬t/a熱回收煉焦項目2011年開始設計，2013年5月1日正式投產運行。該項目是熱回收煉焦、煉焦余熱發電、背壓和抽汽發電蒸汽供熱的循環經濟項目，是目前中國焦炭產量最大、設備水平最高的熱回收煉焦項目，采用裝煤車上除塵、焦爐六聯拱燃燒室結構、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技術，創造了我國熱回收煉焦多項第一。

3 國際市場應用分析

熱回收煉焦技術是近期發展的煉焦新技術之一，中國的熱回收煉焦技術及其焦炭生產規模在國際上已處于領先水平。該技術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熱回收項目、越南HOA PHAT熱回收項目實施后的煉焦生產圖。目前，煉焦煤燒損低、結焦時間短、環保設施完善、余熱發電量高、技術水平和裝備水平先進的熱回收煉焦技術成功地在這些發展中國家成熟應用，并得到了原先的設計預期，取得了顯著的經濟效益與社會效益。

圖4 印度GSIL熱回收項目

圖5 越南HOA PHAT熱回收項目

青山集團印尼瑞浦55萬t/a熱回收焦爐配套2×25 MW余熱發電工程，采用專利技術CHS-2015型清潔型熱回收搗固煉焦爐，生產的焦炭和電力全部供給不銹鋼工業園區使用。CHS-2015型熱回收焦爐炭化室長度為15 210 mm，燃燒室為六聯拱結構。余熱發電采用高溫高壓機組，主蒸汽閥前主蒸汽額定壓力為8.83 MPa，額定溫度為535 ℃。本項目焦爐已于2017年8月29日順利投產出焦，余熱發電機組于2018年2月1日順利投產。投產以來，焦爐和發電機組運行正常，焦炭產量、質量及余熱發電量達到或超過了設計指標。特別是余熱發電量噸焦為750 kWh，達到了世界先進水平。該工程是青山集團在印尼不銹鋼園區的配套項目，為我國煉焦技術和裝備制造業的出口作出了貢獻。

隨著各國環境保護的日益嚴格，優質煉焦煤日益貧乏，熱回收煉焦技術受到了越來越高的重視和關注，有較好的應用前景。中國、美國、越南、印度等國把熱回收煉焦技術列入國家發展的煉焦技術。歐洲共同體聯合則把熱回收煉焦技術列入鋼鐵行業污染物綜合防止最佳可行技術之一。隨著我國“一帶一路”經濟政策的深入實施，熱回收煉焦技術將會在“一帶一路”沿線國家的經濟建設和社會發展中發揮重要作用。

4 技術發展趨勢

隨著節能、環保和安全要求越來越高，對熱回收煉焦技術應在以下幾個方面進一步的發展和應用，以滿足時代的發展要求。

1) 理論研究

目前，在成焦機理和焦爐爐體結構的研究方面仍然不夠。需要進一步加強熱回收煉焦技術的理論研究，掌握煉焦機理，有利于利用更多弱黏結性煤，提高煉焦效率。

2) 推廣和普及干熄焦技術

開發、推廣、普及熱回收焦爐干法熄焦技術，改善焦炭質量。熱回收焦爐配套鋼鐵廠建設，焦炭直接用于高爐，提高高爐效率。

3) 提升智能化自動監測控制水平

自動化水平、可視化監控水平尚需提高，由于測控手段落后，爐內溫度不好控制，高溫點漂移不定，影響爐體的使用壽命。采用穩定可靠的焦爐吸力和溫度自動調節控制系統，可減少煉焦煤的燒損，提高焦炭質量和煉焦效率。

4) 操作規范與標準建設

目前生產過程中焦炭燒損仍偏高，導致焦炭表面灰分高，成焦率降低。需要根據不同的熱回收煉焦企業，編制詳細可靠的操作規范，利于更好的操作管理，使熱回收煉焦產生更高的效益。

5 結論

熱回收煉焦技術以清潔生產和節約能源為其顯著的技術優勢。熱回收煉焦技術在煉焦煤資源貧乏、生產高質量焦炭、環境要求更嚴格、需要焦炭和電力的企業是一種優先選擇的煉焦技術。目前我國的清潔型熱回收搗固煉焦技術及其焦炭生產規模在國際上已處于領先水平。