大型焦炉生产技术优化.ppt

郑文华姬福顺 大型焦炉技术优化及其干熄焦 目录1 大型化是世界焦炉的发展趋势2 发达国家早已实现焦炉大型化进程3 本世纪我国加快焦炉大型化步伐4 积极开发适合我国国情的大型焦炉技术5 为大型焦炉配套的干熄焦装置5 1大型焦炉配置干熄焦装置的两种方式5 2大型焦炉干熄焦备用的两种方式6 结论 1 大型化是世界焦炉的发展趋势焦化工业是钢铁产业链中的重要一环 经历了一百多年发展的今天 现代焦化工业正承受优质炼焦煤资源日益紧缺和环保法规日益严格的双重压力 这种压力就是当前国内外焦化工业技术发展的基本动力 为应对挑战 新一代钢铁流程的焦化厂不仅要实现焦化产品制造 能源转换 社会部分大宗废弃物的处理和消纳三大功能 而且在流程高效运行 资源有效利用 环境友好等方面应更具优势 为了应对挑战 新一代焦化厂应采用大型焦炉 因为与常规中小型焦炉比较 大型焦炉的优点显而易见 1 1有利于采用各种节能措施 降低炼焦工序能耗大型焦炉吨焦炉体表面积小 散热损失小 有利于提高焦炉热效率 在相同生产规模条件下 6米焦炉吨焦表面积比4 3米焦炉减少5 3 生产规模相同时 大型焦炉炉孔数少 其散热量较大的炉门框 装煤孔 装煤孔盖和座 燃烧室顶 炭化室顶就少 相应散热量也大幅度减少 大型焦炉的蓄热室长向分格 装备计算机加热自动控制系统等技术措施 综合起来节省3 4 炼焦耗热量 按此计算 每生产1t焦炭可节约COG约6m3 同时明显减少CO2的排放 含有7 水分的非捣固干煤相当炼焦耗热量 吨焦耗干煤按1 35吨计 大型焦炉为560kcal kg 108kgce t焦 中型焦炉为620kcal kg 120kgce t焦 小型焦炉为700kcal kg 135kgce t焦 而节约1t标准煤相当于减排2 5tCO2 0 0083 0 0165tSO2 0 0074tNOX 1 2劳动生产率显著提高同样推一孔炭化室焦炭 4 3米顶装焦炉每孔推出焦炭13 4吨 6米顶装焦炉21 4吨 6 98米530mm宽顶装焦炉35 8吨 7 63米顶装焦炉43 8吨 大型焦炉的劳动生产率远远高于中小型焦炉 如采用2 72孔4 3米焦炉 年产100万吨焦炭的焦化厂炼焦车间212人 人均年产焦炭4717吨 而首钢京唐采用4 70孔7 63米焦炉 年产焦炭420万吨 炼焦车间314人 人均年产焦炭13376吨 其劳动生产率是4 3米焦炉的2 84倍 提高劳动生产率就是节能 1 3提高装炉煤密度 改善焦炭质量4 3m顶装焦炉的装炉煤堆比重 按干煤计 为0 75t m3 6m顶装焦炉为0 76t m3 7 63m顶装焦炉为0 77t m3 装炉煤堆比重的提高 有利于改善焦炭质量 而优质焦炭可使高炉节能降耗 我国某钢铁公司其7 63米焦炉和5米焦炉采用基本相同的入炉煤 其焦炭质量对比如下表 7 63米焦炉生产的焦炭质量优于5米焦炉 1 4大大减少出炉次数 减少装煤和推焦阵发性污染200万吨 年焦化厂采用不同炉型每天推焦次数对比 焦炉越大 每天推焦孔数 次数 就越少 对环境的污染就越小 对200万吨 年焦化厂而言 采用7 63米焦炉的每天的推焦次数 仅为4 3米焦炉的31 7 其阵发性污染大大减少 1 5环保措施完善 泄漏点少 非阵发性污染减少非阵发性污染是指炉门 上升管和装煤孔等泄漏散发的有害气体 主要是SO2 H2S NOX CO和其它 主要是BSO和BaP等多环芳烃 等 不同规格焦炉 由于每天打开各泄漏口次数不同 密封面长度不同 所以排放的粉尘量和有害气体量也不同 以年产300万t的焦炉规模为例 炭化室高7m焦炉泄漏口数量比6m焦炉减少20 密封面长度减少12 3 每天打开各泄漏口次数减少30 9 从而大大减少有害气体的排放 不同炉型吨焦污染物排放量kg 2 发达国家早已实现焦炉大型化进程国际上主要焦炭生产国如日本 俄罗斯 德国 韩国 法国 比利时和英国等早在上世纪70 80年代就实施了焦炉大型化进程 建设了许多高度7m左右的大容积焦炉 为我国提供了参考和借鉴 见 世界大型焦炉表 世界大型焦炉表 不含中国大陆 20余年来 德国焦炉大型化的进程代表了国际炼焦技术的发展趋势 1984年 德国在Mannesmann钢铁厂建设投产了当时世界最大的炭化室高为7 85m大容积顶装焦炉 在萨尔Dillingen建设投产了当时世界最大的炭化室高6 25m捣固焦炉 1985年 在Prosper焦化厂建设投产了当时世界炭化室最宽 600mm 的7m焦炉 1992年在Kaiserstuhl焦化厂建设投产了炭化室高7 63m大容积焦炉 2003年3月 炭化室高8 43m世界最大焦炉在德国Schwelgan钢铁厂建设投产 见下表 德国现有6家焦化厂代表性焦炉情况 日本现有的15家焦化厂中 先进的大型焦炉产能占总产能的70 ThenewSchwelgerncokeplant ThenewSchwelgerncokeplant 8 43米焦炉机侧 8 43米焦炉机侧 8 42米焦炉炉顶 装煤车和稳定式熄焦塔 8 43米焦炉焦侧 拦焦车 8 43米焦炉焦侧 拦焦车和稳定式熄焦塔 Schwelgerncokeplant煤气净化部分 当前世界采用7 63米焦炉的厂家 3 本世纪我国加快焦炉大型化步伐本世纪 我国钢铁工业迅猛发展 尤其是特大型高炉日渐增多 促进我国建设大型焦炉的热潮 2006年 我国首座7 63m大容积焦炉在兖矿集团投产 引进迁建德国二手设备 2007年 太钢引进德国焦炉技术建设的2 70孔7 63m大容积新焦炉投产 从而在我国掀起了建设7 63米大型焦炉的热潮 至2010年 我国已投产7 63米大型焦炉15座 年焦炭产能达到1740万吨 为4000立方米 5000立方米大容积高炉生产出优质焦炭 现在我国7 63米大型焦炉的座数和产能均位居世界第一 我国7 63米焦炉投产厂家 首钢京唐和太钢焦化厂7 63米大型焦炉为特大型高炉生产了优质焦炭 满足了特大型高炉的生产需求 见下表 7 63米焦炉生产的焦炭质量 7 63米大型焦炉参数 首钢京唐焦化厂 首钢京唐7 63米焦炉机侧 首钢京唐7 63米焦炉炉顶 首钢京唐7 63米焦炉装煤车准备装煤 太钢7 63米焦炉推焦机 太钢7 63焦炉机侧 2005年 为适应我国钢铁企业建设大型焦炉的需要和炼焦煤的资源状况 我国在总结国内JN系列焦炉经验及我国8米实验炉实验的基础上 借鉴国外大型先进焦炉的长处 自行开发了炭化室高6 98米JNX70 2型 炭化室宽450mm 焦炉 即7米单段加热顶装焦炉 其特点是适用于强粘结性煤缺乏的地区 生产满足大高炉要求的优质焦炭 2008年初 邯钢和鞍钢鲅鱼圈各4座JNX70 2型 炭化室宽450mm 焦炉投产 为3000立方米和4038立方米大型高炉生产出优质焦炭 现在已投产和在建的共计20座 邯钢集团邯宝公司1号7米焦炉2008年2月28日顺利投产 鞍钢鲅鱼圈7米焦炉2008年4月投产 鞍钢鲅鱼圈7米焦炉拦焦车 鞍钢鲅鱼圈7米焦炉装煤车 2007年为适应国内外严格控制焦炉烟道废气中NOX量的要求 显著改善焦炉生产环保水平 我国在总结国内外多段加热大容积焦炉设计理念的基础上进行创新 又开发了高6 98米多段加热的JNX3 70 1和JNX3 70 2型焦炉 其主要特点是 贫煤气加热时 贫煤气和空气分三段供给 焦炉煤气加热时 空气分三段供给 使燃烧过程基本在供氧不足的情况下进行 以降低燃烧强度 进而降低燃烧温度 减少NOX的生成 2010年春 我国第一座多段加热7米焦炉已在宝钢梅山投产 现在已投产和在建的多段加热7米焦炉20多座 宝钢梅山多段加热7米焦炉 梅山多段加热7米焦炉炉顶 梅山多段加热7米焦炉焦侧拦焦机 十一五 期间 我国还新建了许多6米顶装焦炉 使其总数达到近150座 产能超过8000万吨 进而使我国 6米顶装焦炉的产能超过了1亿吨 占总产能的20 多 位居世界第一 建设大型焦炉大大提高了我国焦化行业的技术装备水平 现在我国一些大型钢铁企业焦化厂技术装备和生产管理水平已位居世界前列 综上所述 炼焦过程要达到动态 有序 连续 紧凑和高效 精准的运行目标 必须实现 界面技术 的优化 即备煤 炼焦 干熄焦 筛焦和煤气净化等工序之间具有经济的衔接匹配 合理的接点 密切的协同 容量恰到好处的缓冲 最经济的焦炉匹配是 一套操作人员 一套焦炉机械 配置一个煤塔和两座焦炉而能操作的最大孔数 只有这样才能充分发挥操作人员 焦炉机械和焦炉本体的最大潜力 才能创造高 效率和低能耗 实际上 在充分发挥设备操作性能的前提下 每种炉型都有自已最经济 最节能的匹配 从而保证一次能源 煤料向二次能源 焦炭等能量转换的高 效率 能量流 加热煤气的 耗散 最小化和近 零排放 如 4 积极开发适合我国国情的大型焦炉技术本世纪我国大型焦炉产能的快速增长 说明对大型焦炉技术和设备的需求旺盛 但是现在我国建设7 63米大型焦炉尚需引进德国焦炉技术和焦炉机械技术 需要花费大量外汇 12座新建的7 63米焦炉仅技术使用费就花掉了1亿多欧元 使吨焦基建投资增加100元人民币 为此 我国迫切需要开发一种具有自主知识产权的大型焦炉炉型 以满足国内大型钢铁联合企业大型高炉的需求 我国大型焦炉的研发理念是在吸取国外7 63米和Schwelgern8 43米大型焦炉经验教训的基础上 升华我国炼焦技术积聚的实践经验 研发出适合我国国情的大型焦炉 其目标是 总体装备水平不低于国外7 63米和8 43米焦炉 在焦炉炉体结构 护炉系统 烟尘排放控制和降低能耗等方面 既符合国情 又有明显改善和提高 最大限度地体现 低碳化 和节省基建投资 这种待开发的新炉型应该 两座焦炉为一组的年焦炭产能规模为200 220万吨 与德国7 63米焦炉产能相当 填补我国适应大规模产能的大型焦炉炉型的空白 应适合我国炼焦煤资源的国情 能够多使用我国储量相对丰富的气煤煤种 节省我国紧缺的强粘结性煤 其炼焦工艺 焦炉机械 自动控制 环境保护 操作环境和劳动条件等方面应不低于国外大型焦炉的水平 从而 带动我国焦化行业整体装备水平的提高 依据上述要求 我国焦化工作者提出自主开发8米大型焦炉 完全替代引进的7 63米焦炉 其与7 63米焦炉的参数对比如下 JNX3 80型焦炉的设计理念和主要创新如下 依据中国国情 炭化室不易太宽 炭化室宽度大于550mm的焦炉界定为宽炭化室焦炉 7 63米焦炉炭化室平均宽度为590mm 属于宽炭化室焦炉 其适合的入炉煤是以粘结性好 结焦性好 挥发分为22 25 肥煤和焦煤为主的配合煤 炭化室加宽后 会使炭化室中心部位胶质层升温速度降低和最终干馏温度降低 使焦炭显微强度下降和气孔率增加 导致焦炭质量呈下降趋势 然而 其对粘结性好 结焦性好的入炉煤影响不大 而对粘结性差 结焦性差的入炉煤影响明显 在我国 粘结性好 结焦性好的肥煤只占炼焦煤总储量的14 焦煤只占24 而粘结性差 挥发分高的气煤却高达47 因此为适应我国气煤多的国情 炭化室宽度不易过大 当然 宽度成就高度 高度需要宽度支撑 随着炭化室容积的加大 高度的增加 考虑到焦饼的稳定性 需要适当加宽炭化室 理论和实践表明 JNX3 80型焦炉炭化室宽度最大限度以热态宽度不大于550mm为宜 三段加热 保证高向加热均匀JNX3 80型焦炉在燃烧室高向三个不同高度处开口 立火道底部 即斜道口 燃烧室中部和上部 供入空气 而且上部出口断面可通过调节砖进行调节 以改变立火道高向温度分布 使炭化室高向受热均匀 保证焦炭均匀成熟 采用废气循环与分段加热相结合的结构 形成分段燃烧 降低燃烧强度 从而降低燃烧温度 最大限度降低燃烧废气中NOX的排放 选择适宜的加热高度 调整好炉顶空间温度炭化室顶标高与燃烧室顶标高的差值称为加热高度 其合适的标准是 当结焦时间2 3的时候 炉顶空间温度不高于850 并应使炉顶部煤料得到适当加热 不出现生焦 合适的加热高度应使焦饼成熟后 其顶面高出燃烧室顶100 200mm 结合以往焦炉设计经验 JNX3 80 型焦炉加热高度应定为1300mm和1450mm 这样既可保证焦炭均匀成熟 又使炉顶空间温度不致过高 炉顶不易结石墨 7 63m焦炉加热高度开始为1210 1400mm 并设有小跨越孔 生产时炉顶空间温度过高 造成炉顶结石墨严重 焦油品质下降 京唐和沙钢将加热高度提高至1440和1500mm 炉顶空间温度趋于正常 装煤采用除尘地面站依据我国入炉煤水分大 挥发份高的特点 JNX3 80型焦炉装煤除尘采用高压氨水喷射配合干式除尘地面站的方式 高压氨水喷射产生负压 将装煤时产生部分烟尘吸入集气管 另一部分烟尘则经装煤车除尘对接管路 由风机抽吸至地面站进行除尘处理 使最终排放气体达到环保要求 为了提高装煤烟尘捕集效果 推焦机上还设有平煤小炉门密封装置 7 63米焦炉采用PROven系统配合除尘装煤车 装煤车装煤套筒设密封导套 保证装煤烟尘不外溢 装煤时PROven系统的负压抽吸荒煤气至集气管 出焦采用地面站除尘JNX3 80型焦炉及7 63米焦炉一样均采用地面站除尘系统 在拦焦机上设有吸尘罩 将出焦时产生的烟气通过吸尘罩 集尘干管抽吸到地面站进行净化后外排 机侧均增设打开炉门 平煤及炉门清扫等处的烟尘捕集装置 焦侧增加捕烟尘挡罩以捕集摘焦侧炉门和推焦时从拦焦机烟尘罩和炉柱缝隙间泄漏的烟尘 上述改进会大大增加出焦烟尘的捕集率 千方百计减少连续性排放的烟尘JNX3 80型焦炉将采取一系列成熟可靠的技术措施 减少连续性排放的烟尘 如装煤孔盖采用球面密封 采用弹性刀边及腹板可调的空冷炉门 炉顶上升管盖和桥管与阀体承插均采用水封结构 上升管根部采用铸铁底座等 采用顶级焦炉机械JNX3 80型焦炉机械功能和配置与7 63m焦炉基本相同 全套焦炉机械均采用一次对位 2 1推焦串序进行操作 在驾驶室中通过屏幕用键盘程序控制 焦炉操作机械的定位由AUTOPOSI自动定位系统进行 在通常情况下 各焦炉机械上设司机1人 焦炉机械设置完善联锁系统 各焦炉机械之间 以及焦炉机械与焦炉控制室 除尘地面站之间 采用光缆实现可靠的通讯联系以及数据和信息的传输 此外 各车多配备事故停电处理措施 2座JNX3 80型焦炉的焦炉机械配置 JNX3 80型焦炉采用热态550mm宽炭化室 在满足大产量的同时 也顾及了国内大多数地区配煤情况 同样达到环保技术先进 自动化水平高 产量和技术同步提升的效果 在节省引进费用的情况下 它显然是200万吨规模焦化厂的首选炉型 5 为大型焦炉配套的干熄焦装置5 1大型焦炉配置干熄焦装置的两种方式与我国7 63米大型焦炉配套的干熄焦装置有两种方式 见下表 70孔焦炉 70孔焦炉 260t h 湿熄焦系统 两座焦炉 年产能220万吨焦炭 配置建设1套260t h干熄焦装置 以后简称为 二炉一大 方式 例如 首钢京唐曹妃甸 两座焦炉 年产能220万吨焦炭 配置建设2套130t h 150t h干熄焦装置 以后简称为 二炉二小 方式 例如 兖矿 太钢 马钢 武钢和沙钢 70孔焦炉 70孔焦炉 140t h 140t h 湿熄焦系统 首钢京唐260t h干熄焦装置 首钢京唐260t h干熄焦装置 首钢京唐260t h干熄焦装置 2套装入装置 2套151t h高压锅炉 2套提升装置 2套260t h干熄槽 2套环境除尘装置 6套干熄焦车 唐山首钢京唐西山焦化有限责任公司260t h干熄焦装置 2台37万m3 h循环风机 2台2DC 2台1DC 唐山首钢京唐西山焦化 260t h 干熄焦装置 太钢2 70孔配置2套全封闭式140t h干熄焦装置 太钢全封闭式140t h干熄焦装置 两个配置方式各有利弊 对比如下 从上表可以看出 二炉一大比二炉二小投资稍少或相当 二炉一大比二炉二小的设备少 动力消耗少 从焦化厂和钢铁联合企业的生产管理而言 前者回旋余地少 而后者方便灵活 回旋余地大 当干熄焦正常检修 每年约20天 或突然发生事故时 前者使100 干熄能力停运 不能继续向高炉供应干熄焦炭 不能继续供应蒸汽或者停止发电 而后者只停运50 干熄能力 仍可保证60 多的干熄焦炭供应 1 5小时内的事故检修 可通过第二套干熄焦装置的紧张操作而解决 不必开启备用的湿法熄焦 可基本保证继续向高炉供应干熄焦炭 因此 可保持较高的干熄率 首钢京唐4 70孔7 63米焦炉配置2套世界最大的260t h干熄焦装置 其采用的主要先进技术是 干熄槽 冷却段 采用矮胖型 以减小干熄炉内循环气体的阻力 节省设备费 降低生产成本 在炉顶设置料钟式布料器 克服因焦炭粒径偏析及料位高差使干熄炉内的循环气体流速不均匀等弊端 有利于均匀冷却 斜烟道采用2段结构 以克服炉内斜烟道焦炭的上浮现象 采用高温高压自然循环锅炉 以提高热效率 5 2大型焦炉干熄焦备用的两种方式为节省基建投资 我国干熄焦装置几乎 宝钢除外 都是采用湿熄焦系统备用 因为一套湿熄焦系统的投资仅为干熄焦装置的1 4 1 5 即当干熄焦装置正常检修 通常需要20天 或事故停产时 启动备用的湿熄焦系统 临时向高炉供应湿熄焦炭 以维持焦炉的正常生产 但对大型高炉的正常操作会带来一些影响 为此 需要采取一些特殊措施 如有的焦化厂临时在入炉煤配比中增加10 强粘结性的肥煤或焦煤 以提高焦炭质量 缓解对高炉的不利影响 稳定式湿熄焦 传统湿熄焦 与7 63米焦炉配套的稳定式湿熄焦 近年来 随着我国大型钢铁联合企业大型 特大型高炉的快速增长 高炉的稳定操作对整个钢铁联合企业的生产与效益越发重要 因此 一些大型钢铁联合企业开始要求焦化厂全部采用干法熄焦 即向宝钢那样 备用也采用干熄焦工艺 以保证大型 特大型高炉连续不断地获得质量稳定的干熄焦炭 为此 对2 70孔7 63m大型焦炉 年产焦炭220万吨焦化厂干熄焦备用方式进行对比 干熄为主湿熄备用方式是配置2 140t h干熄装置 两套