干熄焦技术的难点、现状及发展方向.doc

干熄焦技术一、 干熄焦技术及其特点1. 干熄焦技术基本原理：干法熄焦简称 “干熄焦”，是相对于用水熄灭炽热焦炭的湿熄焦而言的，其基本原理是利用冷的惰性气体（燃烧后的废气）在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦。吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再由循环风机鼓入干熄炉冷却红焦。干熄焦锅炉产生的中压（或高压）蒸汽用于发电。工艺流程（见图1）：从炭化室中推出的9501050的红焦经过拦焦机的导焦栅落入运载车上的焦罐内，运载车由电机车牵引至干熄焦装置提升机井架底部，由提升机将焦罐提升至井架顶部，再平移到干熄炉炉顶，通过炉顶装入装置将焦炭装入干熄炉。在干熄炉中，焦炭与惰性气体直接进行热交换，冷却至250以下。冷却后的焦炭经排焦装置卸到胶带输送机上，再经炉前焦库送筛焦系统。180的冷惰性气体由循环风机通过干熄炉底的供气装置鼓入炉内，与红焦炭进行热交换，出干熄炉的热惰性气体温度约为850左右。热惰性气体夹带大量的焦粉经一次除尘器进行沉降，气体含尘量降到6g/m3以下，进入干熄焦锅炉换热，在这里惰性气体温度降至200以下。冷惰性气体由锅炉出来，经二次除尘器，含尘量降到1g/m3以下后同循环风机送入干熄炉循环使用。锅炉产生的蒸汽或并入厂内蒸汽管网或送去发电。干熄焦装置的主要设备包括：电机车、焦罐及其运载车、提升机、装料装置、排焦装置、干熄炉、鼓风装置、循环风机、干熄焦锅炉、一次除尘器、二次除尘器等。2. 与湿熄焦相比干熄焦的特点a) 回收红焦显热出炉红焦的显热约占焦炉能耗的3540，这部分能量相当于炼焦煤能量的5。如果将这部分这量回收并充分利用，可以大大降低冶金产品成本，起到节能降耗的作用。采用干熄焦可回收约80的红焦显热，平均每熄1吨焦炭可回收3.9MPa，450蒸汽0.45t，发达国家可产0.6t左右。日本新日铁株式会社曾对其企业内部包括干熄焦、高炉炉顶煤气压差发电等所有节能项目效果进行过分析，结果干熄焦装置节能占总节能的50。b) 减少环境污染干熄焦的这个优点体现在两个方面：1) 炼焦车间采用湿法熄焦，每熄一吨红焦炭就要将0.5t含有大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸汽抛向天空，严重地污染了大气及周围的环境。这部分污染占炼焦对环境污染的三分之一，且很难找到比较好的治理方法。干熄焦则是利用惰性气体，在密闭系统中将红焦熄灭，并配备良好的除尘设施，基本上不污染环境。2) 由于干熄焦能够产生蒸汽（5-6t蒸汽需要1吨动力煤），并可用于发电，可以避免生产相同数量蒸汽的锅炉对大气的污染，尤其减少了SO2、CO2向大气的排放。对规模为100万t/a焦化厂而言，采用干熄焦，每年可以减少8-10万t动力煤燃烧对大气的污染。c) 改善焦碳质量干熄焦与湿熄焦相比，焦炭M40提高38个百分点，M10改善0.30.8百分点。这对降低炼铁成本，提高生铁产量极为有利，尤其对采用喷煤粉技术的大型高炉效果更加明显。国际上公认：大型高炉采用干熄焦焦炭可使其焦比降低2，使高炉生产能力提高1。在保持原焦炭质量不变的条件下，采用干熄焦可以降低强粘结性的焦、肥煤配入量1020，有利于保护资源，降低炼焦成本。d) 投资和能耗较高干熄焦与湿熄焦相比，确实存在着投资高及本身能耗高的问题，这是制约我国干熄焦技术发展的主要因素，也是我们一直想解决的问题。目前，干熄焦投资在200元/t焦左右（合理配置干熄焦装置，并实现设备国产化后能降到140元/t焦），而湿熄焦投资不超过10元/t焦。干熄焦本身能耗为22kWh/t焦，而湿熄焦为2kWh/t焦左右。但干熄焦带来的经济效益、环境效益和节能效果完全可以抵消其投资高及本身能耗高带来的不足。二、 干熄焦的发展简史及其国外现状1. 干熄焦发展简史干熄焦起源于瑞士，从20年代到40年代许多发达国家开始研究开发干熄焦技术，采取的方式各异，但一般规模较小，生产不稳定。进入60年代，前苏联在干熄焦技术方面取得了突破性进展，实现了连续稳定生产，取得专利发明权，并陆续在其国内多数大型焦化厂推广建设。至目前为止全苏有40焦炭采用干熄焦，多数为5070t/h的中型装置。70年代能源危机席卷全球，使干熄焦技术得以发展并得到进一步推广。当时日本从苏联引进干熄焦技术和专利实施许可，并在装置大型化、自动化、环境保护方面做了后续改进，到94年于日本已建成干熄焦装置31套，其中100t/h以上装置17套，按台数占总数的55，按能力占总能力的70。80年代德国又发明水冷壁式干熄焦装置，更加有效地减小了循环系统并降低了运行成本。目前除前苏联、日本和德国拥有干熄焦装置外，意大利、罗马尼亚、尼日利亚、土耳其、匈牙利、芬兰、波兰、印度、巴基斯坦、南朝鲜、台湾等国家或地区都有干熄焦装置相继投产，并逐步向大型化、自动化和低能耗方向发展。世界各国干熄焦装置建设情况详见表-1。表-1 世界各国干熄焦装置建设情况表序号设计公司建设国家数量1新日铁日本16南朝鲜3中国8德国12NKK日本113石川岛播磨日本12南朝鲜24蒂森斯蒂尔奥托德国3南朝鲜2中国台湾15乌克兰原苏联国家27中国6印度12罗马尼亚5波兰66鞍山焦耐院中国47意大利巴西58罗德洛基芬兰12. 乌克兰、日本、德国干熄焦技术对比乌克兰、日本、德国干熄焦装置主要技术对比见表-2。工业化干熄焦装置虽然最早由前苏联（现乌克兰）发明，但由于其设备处理能力、自动控制水平及环境保护措施方面没有多大改进，因此其技术领先地位被在这些方面有很大突破的日本所取代。日本的新日铁、NKK等公司建设的干熄焦单炉处理能力均达到200t/h以上，远远超过前苏联的70t/h。他们在加料装置上采用料钟布料，改进了鼓风装置位置和结构，采用旋转密封阀式连续排焦和旋转焦罐接焦等措施。在循环系统增加了节能设施，使气料比由1750m3/t焦降至1200m3/t焦，这不但使单炉处理能力得以提高，而且大大降低了装置运行费用。在自动控制方面实现了三电一体化，做到了 “全自动”无人操作。除尘方面，采用了地面站，实现了无尘操作。日本的干熄焦技术不仅在日本被普遍采用，还打入了德国和南朝鲜以及我国市场。表-2 乌克兰、日本、德国干熄焦技术对比表项目乌克兰日本德国备注处理能力(t/h)50，7056-25075-170控制方式三型仪表三电一体化三电一体化气料比(m3/t焦)1500-175012501000干熄炉形状圆形圆形方形，带水冷栅和水冷壁沉降槽有有无开发时间60年代70年代80年代t焦能耗22kWh17kWh13kWh80年代以来，德国蒂森 斯蒂尔 奥托（TSOA）成功地将水冷栅和水冷壁置入干熄炉，并将干熄炉断面由圆形改成方形，同时在排焦和干熄炉的出气方式上进行了根本改进，使焦炭在干熄炉中下降及气流在干熄炉中上升实现了均匀分布，大大提高了换热效率，使气料比降至1000m3/t焦以下，进一步降低了装置的运行费用。同时，传统干熄焦工艺中的一次除尘器被省去，整个循环系统大大简化并减小。自动控制方面，TSOA 干熄焦同样实现了无人操作。TSOA 在干熄焦除尘方面进行改进，将排焦、装焦放散气体与可燃成分较高的风机后放散气体分开，分别由地面站处理，经处理的风机后放散气体燃烧后再放散，大大减少了CO的排放。TSOA 干熄焦不仅在德国，而且在南朝鲜和中国台湾也得到了应用。三、 国内干熄技术现状及存在的问题1985年上海宝钢引进日本的475t/h干熄焦装置正式投产运行；同年上海浦东煤气厂引进了前苏联270t/h干熄焦装置，于1994年投产；1991年和19997年宝钢二期、三期的两组475t/h干熄焦装置相继投产；去年济钢270t/h干熄焦装置建成投产。因此，我为有16套干熄焦装置在运行。目前鞍钢270t/h前苏联片干熄焦装置、首钢165t/h日本版干熄焦装置正在建设中。国内干熄焦装置建设详细情况见表318表-3 国内干熄焦装置建设情况介绍项目内容宝钢一期宝钢二期宝钢三期济钢浦东煤气厂备注处理能力475t/h475t/h475t/h270t/h270t/h技术来源新日铁新日铁新日铁乌克兰乌克兰见说明1基本设计新日铁新日铁焦耐院哈尔克夫设计院哈尔克夫设计院详细设计新日铁焦耐院焦耐院济钢设计院转化设计焦耐院转化设计气料比(m3/t焦)15001500150020001750见说明2主要设备设计制造情况提升机引进引进大部分引进买进制造图国内制造引进锅炉引进杭锅设计制造杭锅设计制造杭锅与国外联合设计，国内制造关键部件引进引进电机车引进引进引进引进引进，实际使用国产鼓风机引进引进引进沈鼓引进装焦装置引进引进国外方案设计，焦耐院详细设计，国内制造关键部件引进买进制造图，国内制造引进排焦装置引进引进国外方案设计，焦耐院详细设计，国内制造关键部件引进引进引进鼓风装置引进焦耐院设计国内制造焦耐院设计国内制造引进引进装备水平控制方式PLC+DCSPLC+DCS三电一体化PLC+DCS三型仪表软件编制国外焦耐院焦耐院济钢设计院劳动定员每班5人每班5人每班5人每班14人每班14人见说明3投产时间（年）8591979994投 资（亿元）未单独计算未单独计算4.52.31.0见说明4说明：1) 80年代未90年代初，当时由于苏联经济很不景气，从苏联引进设备不比国内制造费用高。因此浦东煤气厂、济钢及鞍钢均从苏联引进了干熄焦装置，但引进很不顺利。目前鞍钢的迟迟不能投产，浦东煤气厂的投产问题也较多，济钢建设了近6年才投产，投产仅8个月就停炉大修两次（正常干熄焦装置一年停炉大修一次），花掉了较多的大修费。2) 气料比是干熄焦装置最重要的技术参数，目前日本国内可降到1200m3/t焦，德国的可降到1000m3/t焦以下。乌克兰干熄焦装置设计气料比是1500-1750m3/t焦。3) 与日本和德国相比，乌克兰干熄焦装置设备可靠性差。4) 目前鞍钢270t/h前苏联版干熄焦装置、首钢165t/h日本版干熄焦装置正在建设中。鞍钢的引进模式及装备水平基本上与上海浦东煤气厂的相同，首钢引进模式及装备水平基本上与宝钢一期的相同，但采用了一些新技术。从前面的表中可以看出我国干熄焦装置特点是：1) 技术分别来自乌克兰和日本，技术上有较大差别，表-4列出了日本75t/h和乌克兰70t/h干熄焦装置技术对比；2) 装置建设的不少，但规格单一，且处理能力小，无法按照焦炉的生产规模经济合理地配置干熄焦装置；3) 宝钢干熄焦装置自动控制和烟气除尘基本达到世界领先水平；4) 关键设备需要引进，济钢的部分设备实现了国产，但是不可靠。表-4 日本75t/h和乌克兰70t/h干熄焦装置对比表项目日本75t/h乌克兰70t/h单槽处理能力，t/h7570预存段容积，m3200277冷却段容积，m3300398排焦方式旋转密封阀式连续排焦闸板式间歇排焦供气方式周边+中央风帽中央风帽循环气体量，m3/t设计15001750实际操作15002000循环风机能力，m3/t理论112500122500实际选型125000198000循环风机数量，台12控制水平三电一体化PLC+DCS除尘方式布袋地面站水磨式引进设备提升机、循环风机、电机车、排焦装置的旋转密封阀电机车、排焦装置、鼓风装置四、 过去干熄焦装置在我国推广难的原因分析20多年来，鞍山焦化耐火材料设计研究总院进行过一系列干熄焦装置的前期设计，其中有代表形的见表-5.自80年代初宝钢一期引进日本干熄焦装置至今已近20年，但我国干熄焦技术未能大量推广，其主要原因是：a) 各企业根据各自需要自行引进，没有进行有组织的协调和整合，造成重复引进，资金投入多，但没能解决根本问题，使我国的单套干熄焦装置处理能力一直徘徊在70t/h、75t/h的中型规模水平上，规格单一，无法按照焦化厂的生产规模经济合理地配置干熄焦装置。以包头钢铁公司焦化厂5、6号焦炉干熄焦装置为例，其生产能力为年产干全焦100万t，理应配置126t/h干熄焦装置，但由于受到我国干熄焦装置处理能力单一的限制，又不合适地考虑了设备的热态备用，而采用375t/h干熄焦装置，其实际处理能力超过实际需要近80，结果是投资高、效益差、使项目夭折。b) 没有专业制造厂介入专有设备的消化吸收，例如提升机、循环风机、电机车、排焦及装焦装置的部分设备至今还没有实现国产化，建干熄焦就要引进，再加上系统多，控制系统复杂，要引进大量的电气和自控设备，所以投资居高不下。c) 长期以来我国能源价格一直处于比较低的状态，使干熄焦节能的经济效益不明显，造成投资收益率低，回收期长。d) 没有看到干熄焦的延伸效益。过去因钢铁企业内部管理问题，前后工序之间不严格进行成本核算，未对焦炭质量对炼铁经济效益的影响进行单独考核，致使干熄焦对焦炭质量的提高未能在炼铁获得的经济效益中体现出来，这是造成工程经济效益差的另一个原因。实际上按比较保守的算法每吨干熄炭对炼铁系统的效益约14元。表-5 国内设计的干熄装置配置、效益一览表工程名称建设规模（t/h）对应焦炉生产规模(t万/a) / (t/h)干熄焦装置利用率（）投资（亿元）全投资内部收益率（，税后）全投资回收期（年，税后）设计时间（年）备注梅钢1、2号焦炉干熄焦工程27590/103690.41 1984工业实验，设备全部国产包钢6、7号焦炉干熄焦工程375100/114513.713.7315.931994关键设备引进本钢5号焦炉干熄焦工程17560/68.6913.166.5813.091996日本赠送大部分设备，并含0.88亿元外部配套费邯钢1、2号焦炉干熄焦工程17556/64851.510.848.661997关键设备引进武钢7、8号焦炉干熄焦工程1140110/126902.312.239.031997关键设备引进1.616.57.21997设备实现国产化后马钢5-8号焦炉干熄焦工程470210/240863.911.639.691997关键设备引由乌克兰引进涟钢3号焦炉干熄焦工程17555/63901.089.3110.081999关键设备实现国产，蒸汽价格只有47元/t*蒸汽合理价格应该在80元/t左右。五、大型化及设备国产化是发展干熄技术的方向随着我国国民经济的不断发展，能源价格已逐步趋向合理，同时，目前钢铁企业内部已经实行成本核算、成本否决制度。因此，以上提到的后两项推广应用的障碍已经得到基本解决，如果能够有效地降低干熄焦装置的建设投资，这项技术就一定能够在我国得到广泛应用，并取得可观的经济和社会效益。从前面的论述不难看出，降低干熄焦投资的关键，一是干熄焦装置系列化，使规模配置经济合理。二是干熄焦技术和设备全面国产化。1. 干熄焦装置系列化， 使规模配置经济合理宝钢一期引进投产以后，我国曾片面地追求100干熄，即干熄焦的备用装置也必须是干熄，结果造成基建投资大大增加，尤其是在干熄焦装置大型化后，投资增加更加惊人。正如前面分析的，为100万吨焦化厂配套干熄焦装置，采用75t/h干熄焦装置，以干熄焦备用，需建375t/h干熄焦装置，能力将增大二分之一；采用126t/h干熄焦装置，以干熄焦备用，能力将增大一倍。其实，干熄焦完全可以用湿熄焦备用。因为，随着干熄焦装置用耐火材料的不断开发，装置的检修时间间隔也越来越长，日本已达到每1.52.0年检修一次，一次只有20天左右，所以以干熄焦为备用的意义越来越小。日本、德国等经济发达国家近些年在设计干熄焦装置时，也采用湿熄焦备用，以减少基建投资。92年底投产的德国凯泽斯图尔（Kaiserstuhl）焦化厂是世界最现代化，也是环保和装备水平最高的焦化厂。该厂配备了一套世界上最大的250t/h干熄焦装置，其备用也是采用湿熄焦。表-6是日本干熄焦装置的配置情况，从表-6可以看出世界上干熄焦技术发展最快的日本，85年以后所建干熄焦均以湿熄焦为备用。表-6 日本干熄焦装置现状表公司名称生产厂所服务的焦炉干熄焦处理能力（t/h）投产年代（年.月）新日本制铁八幡No.3, 4117587.2室兰No.5, 6110881.7广田No.3, 4111083.11名古屋No.4112982.2No.1, 2110685.9大分No.3, 4118085.8No.1, 2119088.10新日铁化学君津No.1-3311083.1084.8No.4, 5117088.1NKK京浜No.157076.912No.237079.7福山No.4 B.C112586.4No.5120092.4川崎制铁千业No.5-735677.1水岛No.3, 421003.89No.5, 6113086.1住友金属工业鹿岛No.2 C.D113081.11No.2 A.B115084.1No.1 A-D11956.3关西热化学加古川No.1, 2114087.6中山制铁所船町No.216093.5干熄焦装置系列化是至关重要的。规模单一，不能形成系列，就不能按照焦炉的不同规模经济合理地配置干熄焦装置。还以为100万吨焦化厂为例，如果干熄焦装置处理能力不成系列，只能配置我国目前现已掌握的75t/h干熄装置，形成275t/h一组干熄焦装置，即使以湿熄焦作备用，其处理能力也将浪费20。对7080万吨焦化厂，仍配置275t/h一组干熄焦装置，处理能力将浪费7050。因此，干熄焦装置必须根据生产能力形成系列，也就是目前的75t/h处理能力是不够的，必须向大型化发展，其处理能力至少应满足110万吨焦化厂要求，既开发140t/h干熄焦装置，形成处理能力由70至140t/h系列干熄焦装置。表-6也反应出日本干熄焦装置配置的系列化及处理能力的大型化。2. 干熄焦技术和设备要全面国产化我国干熄焦装置设备国产化比例最高的是宝钢三期，只有提升机、循环风机、电机车、排焦装置的部分部件及电气、仪表元件需要引进。但是，这部分所占投资比例为总投资的一半左右!这几件设备中，电机车属专用设备，其特点是起动速度快、走行速度快、对位要求准确；循环风机国内目前尚无可选产品，要求耐磨性好，并能在较高温度下长期连续稳定运行；提升机是干熄焦专用设备，其特点提升速度快、走行速度快、对位准确、自动化程度高；排焦装置的部分部件主要是由于以前没有用过，选国内件代替没把握。出现这种局面的原因是以前的几个工程没有专业设备制造厂介入，所以没能有效地组织消化吸收。就我国目前的机械制造水平而言，只要国家投入一定人力、物力、财力，将有相当实力的起重机厂、风机厂、锅炉制造厂（在干熄焦装置大型化之后需要进一步消化吸收）及炼焦专用设备制造厂有效地组织起来，通过引进，进行消化吸收和创新，这些设备实现国产化不成问题。事实上，以上设备在我国已有或将有使用国产设备地尝试，以下是我国建设的干熄焦装置几件设备的制造情况：a) 电机车：建设时，济钢、宝钢、浦东煤气厂、鞍钢都是引进的。但由于供货原因，干熄焦装置投产时浦东煤气厂采用的是大连重型机械制造公司制造的湿熄焦用电机车。这台电机车未经过大的改动，虽发生过事故，但能够生产。b) 提升机：宝钢、浦东煤气厂、鞍钢都是引进的，济钢是自己的机械制造公司制造的。尽管济钢机械制造公司不是专业的提升机制造厂家，但生产的提升机也能够使用。c) 循环风机：建设时，宝钢、浦东煤气厂、鞍钢都是引进的。济钢采用的是沈阳鼓风机厂（简称 “沈鼓”）制造的风机，该风机运行有问题，据说不是由管理严格，产品质量高的沈鼓本厂制造的，而是由其协作厂制造的。宝钢一期4号干熄焦装置90年换了一