大型焦炉能量流

1、大型焦炉能量流研究大型焦炉能量流研究中冶焦耐工程技术有限公司中冶焦耐工程技术有限公司郑文华郑文华 于振东于振东 主要内容主要内容焦化厂能量流焦化厂能量流合理选择焦炉炉型、孔数和匹配合理选择焦炉炉型、孔数和匹配 2.1 2.1 建设高效大型焦炉，淘汰低效落后产能建设高效大型焦炉，淘汰低效落后产能 2.2 2.2 依据生产规模选择最适宜炉型、孔数和匹依据生产规模选择最适宜炉型、孔数和匹配配焦炉输出热量的充分利用焦炉输出热量的充分利用 3.1 3.1 大力推广采用高温高压锅炉的干熄焦技术大力推广采用高温高压锅炉的干熄焦技术 3.2 3.2 大力推广利用焦炉烟道气废热的煤调湿技大力推广利用焦炉烟道气废

2、热的煤调湿技术术 3.3 3.3 研发荒煤气带出热的回收和利用研发荒煤气带出热的回收和利用焦炉煤气的资源化利用焦炉煤气的资源化利用 4.14.1焦炉煤气制甲醇焦炉煤气制甲醇 4.24.2焦炉煤气变压吸附制氢焦炉煤气变压吸附制氢 4.34.3焦炉煤气直接还原制海绵铁焦炉煤气直接还原制海绵铁 4.44.4焦炉煤气喷入高炉炼铁焦炉煤气喷入高炉炼铁 5.5. 结论结论1.1.大型焦炉能量流大型焦炉能量流 我国钢铁企业以长流程为主，主要的能源消耗是煤我国钢铁企业以长流程为主，主要的能源消耗是煤炭，其中以炼焦煤形式输入的能量占总能量炭，其中以炼焦煤形式输入的能量占总能量57%57%左右。左右。因此，钢铁企

3、业节能减排的关键之一就是提高焦化厂因此，钢铁企业节能减排的关键之一就是提高焦化厂入炉煤的有效利用。入炉煤的有效利用。 面对面对2121世纪全球资源能源紧张、环境世纪全球资源能源紧张、环境- -生态问题约生态问题约束的日益严峻，束的日益严峻，焦化厂不仅要焦化厂不仅要进一步进一步发挥好为钢铁制发挥好为钢铁制造流程生产优质焦炭的制造功能，而且还要高度重视造流程生产优质焦炭的制造功能，而且还要高度重视能源转化功能的优化能源转化功能的优化和充分发挥废弃物消纳和充分发挥废弃物消纳- -处理及再处理及再资源化的功能。资源化的功能。 从钢铁制造流程的整体看，从钢铁制造流程的整体看，焦化厂炼焦过程实质是焦化厂炼

4、焦过程实质是根据铁素流这一被加工主体的要求（为高炉冶炼提供根据铁素流这一被加工主体的要求（为高炉冶炼提供优质焦炭）而发生的碳素流转换和耗散过程，或称为优质焦炭）而发生的碳素流转换和耗散过程，或称为能源转换过程能源转换过程。 焦化厂是焦化厂是钢铁制造流程中碳素能量流的主体，是钢铁制造流程中碳素能量流的主体，是钢铁制造流程的能源中心钢铁制造流程的能源中心，是将一次能源，是将一次能源煤炭经煤炭经过焦炉的高温干馏转变成二次能源过焦炉的高温干馏转变成二次能源焦炭、焦炉煤焦炭、焦炉煤气、焦油和粗苯等的高转化率气、焦油和粗苯等的高转化率“能源转换器能源转换器”。因此，。因此，焦化厂更要注重能源转化和传递的质

5、量，即焦化厂更要注重能源转化和传递的质量，即“”效效率，注重率，注重“” 的价值利用，以实现炼焦过程价值的价值利用，以实现炼焦过程价值最大化，在能量高效转化中实现节能减排。最大化，在能量高效转化中实现节能减排。 炼焦过程中的物质流主要是煤料在配煤、粉碎、炼焦过程中的物质流主要是煤料在配煤、粉碎、装炉、结焦和熄焦等过程的转换和耗散。装炉、结焦和熄焦等过程的转换和耗散。 炼焦过程中的能量流主要是加热用煤气炼焦过程中的能量流主要是加热用煤气（焦炉煤（焦炉煤气或高炉煤气或两者的混合煤气）气或高炉煤气或两者的混合煤气）燃烧对炭化室内煤燃烧对炭化室内煤料进行间接加热的过程。加热煤气的热量料进行间接加热的过

6、程。加热煤气的热量转化转化为焦为焦炭、焦炉煤气、化学产品和焦炉烟道废气的显热，并炭、焦炉煤气、化学产品和焦炉烟道废气的显热，并产生一定的热损失。产生一定的热损失。焦焦970 m3/t焦焦BFG100kwh/t焦焦500kg /t焦蒸汽焦蒸汽1000kg红焦红焦1000kg焦焦420m3/t焦焦1326kg（干）（干）/t焦焦电站电站 焦焦 炉炉焦炭焦炭焦炉煤气焦炉煤气加热煤气加热煤气电电 干熄焦装置干熄焦装置 焦焦废气废气2000m3/t焦焦入炉煤入炉煤烟囱烟囱焦炉能量流示意图焦炉能量流示意图在焦炉的在焦炉的输入端输入端： 物质流物质流煤料煤料进入焦炉炭化室进入焦炉炭化室 能量流能量流加热煤气

7、加热煤气进入燃烧室进入燃烧室在在焦炉中焦炉中：物质流的物质流的煤料煤料和能量流的和能量流的加热煤气加热煤气相互相互作用，相互影响作用，相互影响。加热煤气在燃烧室燃烧产生的高。加热煤气在燃烧室燃烧产生的高温烟气以辐射（占温烟气以辐射（占909095%95%）和对流传热形式将热量）和对流传热形式将热量传给炉墙，再通过炉墙的热传导，对炭化室中的煤传给炉墙，再通过炉墙的热传导，对炭化室中的煤料进行间接加热，即料进行间接加热，即高温干馏高温干馏。煤料依次经过结焦。煤料依次经过结焦过程的各个阶段：干燥、开始热解、形成胶质体、过程的各个阶段：干燥、开始热解、形成胶质体、固化生成半焦、半焦收缩转变为固化生成半

8、焦、半焦收缩转变为焦炭焦炭。在结焦过程。在结焦过程中，煤料中的挥发份挥发成含有煤焦油、粗苯和萘中，煤料中的挥发份挥发成含有煤焦油、粗苯和萘等化学产品的等化学产品的焦炉煤气焦炉煤气。在焦炉的在焦炉的输出端输出端： 95095010501050焦炭焦炭作为物质流承载着较多部分能作为物质流承载着较多部分能量，从炭化室被推出；量，从炭化室被推出； 650650700700煤气煤气和气态化学产品带着热能和化和气态化学产品带着热能和化学能以能量流的形式从上升管排出；学能以能量流的形式从上升管排出； 250250300300焦炉烟道废气焦炉烟道废气带着热能和动能以能带着热能和动能以能量流的形式从烟囱逸出；量

9、流的形式从烟囱逸出； 一部分热量一部分热量作为能量流一部分从焦炉炉体表面作为能量流一部分从焦炉炉体表面散发损失至环境空气中。散发损失至环境空气中。 对炼焦过程能量流的分析，不仅要注意物质流、对炼焦过程能量流的分析，不仅要注意物质流、能量流在焦炉输入端的行为，而且也要关注其在输能量流在焦炉输入端的行为，而且也要关注其在输出端的行为。出端的行为。炼焦过程能量流的研究炼焦过程能量流的研究主要是主要是： 高效率的能量转换高效率的能量转换 加热焦炉用煤气热能的节约加热焦炉用煤气热能的节约 焦炉支出热的回收和高效利用焦炉支出热的回收和高效利用 产出的焦炉煤气的高质量利用产出的焦炉煤气的高质量利用 提供给焦

10、炉的能量，其有效能提供给焦炉的能量，其有效能是指炼焦过是指炼焦过程在完全可逆的情况下，经过炉内复杂的物理、化学程在完全可逆的情况下，经过炉内复杂的物理、化学变化后，达到与环境完全平衡的状态时，体系所能给变化后，达到与环境完全平衡的状态时，体系所能给出的最大功；出的最大功； 无用部分的能量称为无效能无用部分的能量称为无效能（损），是损），是炼焦过程炼焦过程的不可逆性所引起的能耗，它不具有做功的的不可逆性所引起的能耗，它不具有做功的本领。炼焦过程的不可逆性是指炉内由于存在着温度本领。炼焦过程的不可逆性是指炉内由于存在着温度差、压力差，以及炉内高向、长向温度、压力、浓度差、压力差，以及炉内高向、长向

11、温度、压力、浓度分布的不均匀性和系统内分子运动的湍动而引起的有分布的不均匀性和系统内分子运动的湍动而引起的有效能损失，效能损失，即即 减减 增增。 按照热力学第一定律，在炼焦生产的能量转换和按照热力学第一定律，在炼焦生产的能量转换和传递过程中，传递过程中，“”和和“”的总量总是守恒的。的总量总是守恒的。 按照热力学第二定律，炼焦生产过程是不可逆过按照热力学第二定律，炼焦生产过程是不可逆过程，是程，是“”转换为转换为“”的过程。的过程。 焦炉是能量转换装置中焦炉是能量转换装置中效率高的热工设备，净效率高的热工设备，净效率高达效率高达87%87%89%89%。这是因为炼焦过程不仅是一个这是因为炼焦

12、过程不仅是一个较完善的能量转换过程，产生优质的二次能源，而且较完善的能量转换过程，产生优质的二次能源，而且焦炉本体设备经过一百余年的不断改进，在煤气燃烧、焦炉本体设备经过一百余年的不断改进，在煤气燃烧、烟气热量利用、绝热等方面均较完善。但这烟气热量利用、绝热等方面均较完善。但这并不说明并不说明它已达到最完善的程度，没有节能的余地它已达到最完善的程度，没有节能的余地。2.2.合理选择焦炉炉型、孔数和匹配合理选择焦炉炉型、孔数和匹配 焦炉是焦化厂的心脏，是一次能源转换的关键设焦炉是焦化厂的心脏，是一次能源转换的关键设备备，是碳素能量流的主体装置。，是碳素能量流的主体装置。“工欲善其事，必先工欲善其

13、事，必先利其器利其器”，只有为焦化厂选择高效炉型、适宜孔数和只有为焦化厂选择高效炉型、适宜孔数和先进机械装备的焦炉才能使钢铁制造流程的碳素能量先进机械装备的焦炉才能使钢铁制造流程的碳素能量流有高流有高效率和低单位产品能耗，才能使炼焦过程中效率和低单位产品能耗，才能使炼焦过程中的物质、能量的物质、能量“耗散耗散”最小化。最小化。2.1 2.1 建设高效大型焦炉，淘汰低效落后小机焦建设高效大型焦炉，淘汰低效落后小机焦 我国是世界焦炭：我国是世界焦炭： 第一焦炭生产大国，第一焦炭生产大国，20082008年产焦年产焦3270032700万吨；万吨； 第一焦炭消费大国，第一焦炭消费大国，2008200

14、8年消费年消费3148731487万吨；万吨； 第一焦炭出口大国，第一焦炭出口大国，20082008年出口年出口12131213万吨。万吨。 至至20082008年底我国常规焦炉产能达年底我国常规焦炉产能达3.863.86亿吨，但亿吨，但其中仍有其中仍有45004500万吨产能是由不符合国家产业政策的万吨产能是由不符合国家产业政策的耗能大、污染严重的小焦炉构成的，必须予以彻底耗能大、污染严重的小焦炉构成的，必须予以彻底淘汰。淘汰。 按照按照20092009年年1 1月实施的新月实施的新“焦化行业准入条件焦化行业准入条件”，应该建设炭化室高应该建设炭化室高66米顶装焦炉或炭化室高米顶装焦炉或炭化

15、室高5.55.5米捣固焦炉，用以替代落后产能。米捣固焦炉，用以替代落后产能。 与小焦炉比，大型焦炉的优点是显而易见与小焦炉比，大型焦炉的优点是显而易见的：的：1 1）有利于采用各种节能措施，降低炼焦工序能耗）有利于采用各种节能措施，降低炼焦工序能耗 大容积焦炉吨焦炉体表面积小，散热损失小，有大容积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，利于提高焦炉热效率。在相同生产规模条件下，6 6米米焦炉吨焦表面积比焦炉吨焦表面积比4.34.3米焦炉减少米焦炉减少5.3%5.3%。 生产规模相同时，大容积焦炉炉孔数少，其散热生产规模相同时，大容积焦炉炉孔数少，其散热量较

16、大的炉门框、装煤孔、装煤孔盖和座、燃烧室量较大的炉门框、装煤孔、装煤孔盖和座、燃烧室顶、炭化室顶就少，相应的散热量也大幅度减少。顶、炭化室顶就少，相应的散热量也大幅度减少。 大容积焦炉大容积焦炉的蓄热室长向分格、装备计算机加热的蓄热室长向分格、装备计算机加热自动控制系统等综合起来自动控制系统等综合起来节省节省3%3%4%4%炼焦耗热量炼焦耗热量。按此计算，按此计算，每生产每生产1t1t焦炭可节约焦炭可节约COGCOG约约6m6m3 3，同时明显，同时明显减少减少COCO2 2排放排放。（2 2）劳动生产率显著提高）劳动生产率显著提高 同样推一孔炭化室焦炭：同样推一孔炭化室焦炭：4.34.3米顶

17、装焦炉每孔推米顶装焦炉每孔推出焦炭出焦炭13.413.4吨、吨、6 6米顶装焦炉米顶装焦炉21.421.4吨、吨、6.986.98米米530mm530mm宽宽顶装焦炉顶装焦炉35.835.8吨、吨、7.637.63米顶装焦炉米顶装焦炉43.843.8吨。吨。大型焦炉大型焦炉的劳动生产率远远高于中型焦炉。的劳动生产率远远高于中型焦炉。提高劳动生产率就提高劳动生产率就是节能。是节能。（3 3）提高装炉煤密度，改善焦炭质量）提高装炉煤密度，改善焦炭质量 4.3m4.3m顶装焦炉的装炉煤堆比重（按干煤计）为顶装焦炉的装炉煤堆比重（按干煤计）为0.75 t/m30.75 t/m3，6m6m顶装焦炉为顶装

18、焦炉为0.76 t/m30.76 t/m3，7.63m7.63m顶装焦顶装焦炉为炉为0.82 t/m30.82 t/m3。装炉煤堆比重的提高，有利于改善。装炉煤堆比重的提高，有利于改善焦炭质量。焦炭质量。优质焦炭可使高炉节能降耗优质焦炭可使高炉节能降耗； 20082008年我国新建已投产的焦炉产能年我国新建已投产的焦炉产能30353035万吨，其万吨，其中大型焦炉产能已占中大型焦炉产能已占71.4%71.4%。我国正在掀起建设高效节我国正在掀起建设高效节能的大型和超大型焦炉来替代低效高耗能小焦炉的热能的大型和超大型焦炉来替代低效高耗能小焦炉的热潮。潮。太钢太钢7.637.63米焦炉机侧米焦炉机

19、侧太钢推焦车太钢推焦车太钢太钢7.63米焦炉拦焦车米焦炉拦焦车邯钢集团邯宝公司邯钢集团邯宝公司1 1号号7 7米焦炉于米焦炉于20082008年年2 2月顺利投产月顺利投产鞍钢鲅鱼圈鞍钢鲅鱼圈7米焦炉米焦炉2008年年4月投产月投产鞍钢鲅鱼圈鞍钢鲅鱼圈7米焦炉拦焦车米焦炉拦焦车鞍钢鲅鱼圈鞍钢鲅鱼圈7米装煤车米装煤车2.2 2.2 依据生产规模选择最适宜炉型和匹配依据生产规模选择最适宜炉型和匹配 炼焦过程要达到动态炼焦过程要达到动态- -有序、连续有序、连续- -紧凑和高效紧凑和高效- -精精准的运行目标，必须实现准的运行目标，必须实现“界面技术界面技术”的优化。即备煤、的优化。即备煤、炼焦、干

20、熄焦、筛焦和煤气净化等工序之间具有经济的炼焦、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、容量恰到好处的衔接匹配、合理的接点、密切的协同、容量恰到好处的缓冲。缓冲。最经济的焦炉匹配是：一套操作人员、一套焦炉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。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，才能创造高的最大潜力，才能创造高效率和低能耗。效率和低能耗。 焦炭生产规模是选择炉型的最基本依据焦炭生产规模是选择炉

21、型的最基本依据。规模小，。规模小，而选择过大型焦炉，是大马拉小车，是贪大求洋，造成而选择过大型焦炉，是大马拉小车，是贪大求洋，造成能量浪费；规模大，而选择过小型焦炉，是低水平产能能量浪费；规模大，而选择过小型焦炉，是低水平产能的堆砌，同样是能量浪费。的堆砌，同样是能量浪费。 实际上，在充分发挥设备操作性能的前提下，实际上，在充分发挥设备操作性能的前提下，每种炉每种炉型都有自已最经济、最节能的匹配，从而保证型都有自已最经济、最节能的匹配，从而保证一次能源一次能源煤料向二次能源煤料向二次能源焦炭等焦炭等能量转换的高能量转换的高效率，效率，能量能量流流加热煤气的加热煤气的“耗散耗散”最小化和近最小化

22、和近“零排放零排放”。如：。如：焦炉炉型焦炉炉型座座孔数孔数经济规模（万吨经济规模（万吨/ /年）年）6 6米顶装米顶装2 250 50 2 26060100 100 1201206.986.98米顶装米顶装2 260 60 2 27070150 150 1751757.637.63米顶装米顶装2 260 60 2 27070200 200 2202205.55.5米捣固米捣固2 255 55 2 26565110 110 1301306.256.25米捣固米捣固2 250 50 2 25252120 120 1251253.3.焦炉输出热量的充分利用焦炉输出热量的充分利用高效回收利用在炼焦过

23、程中产生的余热资源是高效回收利用在炼焦过程中产生的余热资源是资资源节约、环境友好的源节约、环境友好的绿色焦化厂节能的主要方向和潜绿色焦化厂节能的主要方向和潜力所在，也是提高力所在，也是提高 效率的主要途径之一。通过对炼效率的主要途径之一。通过对炼焦过程输入端和输出端能量流分析得出焦过程输入端和输出端能量流分析得出出炉红焦显热约占焦炉输出热的出炉红焦显热约占焦炉输出热的3737CDQCDQ荒煤气带出热约占荒煤气带出热约占焦炉输出热的焦炉输出热的3636正在正在 开发开发焦炉烟道废气带出热约占焦炉烟道废气带出热约占焦炉输出热的焦炉输出热的1717 煤调湿煤调湿炉体表面热损失约占炉体表面热损失约占焦

24、炉输出热的焦炉输出热的1010加加 强保温强保温3.1 3.1 大力推广采用高温高压锅炉的干熄焦技术大力推广采用高温高压锅炉的干熄焦技术 干熄焦是干熄焦是相对于用水熄灭炽热红焦的湿熄焦而言的。相对于用水熄灭炽热红焦的湿熄焦而言的。其基本原理是：其基本原理是：利用冷惰性气体在干熄炉中与红焦直接换利用冷惰性气体在干熄炉中与红焦直接换热，从而冷却焦炭。热，从而冷却焦炭。 采用干熄焦可回收约采用干熄焦可回收约8080红焦显热，平均每熄红焦显热，平均每熄1 1吨红吨红焦可回收焦可回收3.9MPa3.9MPa、450450蒸汽蒸汽0.50.50.6t0.6t，可直接送入蒸汽，可直接送入蒸汽管网，也可发电管

25、网，也可发电; ; 采用干熄焦可以改善焦炭质量，降低高炉焦比或在配采用干熄焦可以改善焦炭质量，降低高炉焦比或在配煤中多用煤中多用10101515的的弱粘结性煤；弱粘结性煤； 吨焦炭节水大于吨焦炭节水大于0.45m0.45m3 3； 采用干熄焦技术可净降低炼焦能耗采用干熄焦技术可净降低炼焦能耗404050kgce/t50kgce/t焦，焦， 效率高达效率高达70%70%。 截至截至20092009年年8 8月底，我国大中型钢铁企业焦炭月底，我国大中型钢铁企业焦炭生产干熄焦率已达生产干熄焦率已达6565以上以上。按干熄焦能力计，按干熄焦能力计，位居世界位居世界第一位第一位。唐唐钢钢处处理理能能力力

26、为为180t/h的的干干熄熄焦焦装装置置太钢全封闭式太钢全封闭式140t/h干熄焦装置干熄焦装置太钢全封闭式太钢全封闭式140t/h140t/h干熄焦装置干熄焦装置 在研究干熄焦回收红焦显热并在锅炉中变成蒸汽的在研究干熄焦回收红焦显热并在锅炉中变成蒸汽的能源转化中，不能只注重蒸汽量的回收，而忽视了回收能源转化中，不能只注重蒸汽量的回收，而忽视了回收蒸汽的品质蒸汽的品质，要注重锅炉与发电机组的匹配耦合及利用，要注重锅炉与发电机组的匹配耦合及利用价值，以免造成过剩供应能源的损失耗散。大锅炉价值，以免造成过剩供应能源的损失耗散。大锅炉- -大发大发电机的热电系统，热机效率高，单位电能的能耗低，而电机

27、的热电系统，热机效率高，单位电能的能耗低，而且易于实现钢铁企业电能自给，经济效益好。因此，且易于实现钢铁企业电能自给，经济效益好。因此，国国家发改委在家发改委在“钢铁产业调整和振兴规划钢铁产业调整和振兴规划”中，要求推广中，要求推广采用高温高压锅炉的干熄焦技术。而现在我国已投产和采用高温高压锅炉的干熄焦技术。而现在我国已投产和在建的在建的134134套干熄焦装置中，大多采用中温中压锅炉，采套干熄焦装置中，大多采用中温中压锅炉，采用高温高压锅炉的占用高温高压锅炉的占20%20%多。多。项目项目方案一方案一中温中压联合循环中温中压联合循环方案二方案二高温高压联合循环高温高压联合循环方案三方案三高温

28、高压自然循环高温高压自然循环蒸汽参数蒸汽参数3.82MPa3.82MPa、4504509.81MPa9.81MPa、5405409.81MPa9.81MPa、540540额定产汽量额定产汽量74 t/h74 t/h71 t/h71 t/h71 t/h71 t/h汽机装机容量汽机装机容量18000 kw18000 kw20000 kw20000 kw20000 kw20000 kw小时发电量小时发电量16086 kw16086 kw19189 kw19189 kw19189 kw19189 kw电耗量电耗量980 kw980 kw1560 kw1560 kw1390 kw1390 kw小时净发电

29、量小时净发电量15106 kw15106 kw17629 kw17629 kw17799 kw17799 kw小时焦炭产量小时焦炭产量125.6 t125.6 t125.6 t125.6 t125.6 t125.6 t吨焦净发电吨焦净发电120.3 kwh120.3 kwh140.4 kwh140.4 kwh141.7 kwh141.7 kwh投资投资3767 3767 万元万元5010 5010 万元万元4745 4745 万元万元说明：说明：1 1）方案一和方案二联合循环所需的强制循环泵按引进考虑；）方案一和方案二联合循环所需的强制循环泵按引进考虑； 2 2）投资只限于热力专业，不含其它专

30、业，但其它专业投资变化不大。）投资只限于热力专业，不含其它专业，但其它专业投资变化不大。 目前常用的目前常用的140t/h140t/h干熄焦装置配建干熄焦装置配建凝汽式凝汽式汽轮发电汽轮发电机组几种机组几种锅炉选择的比较：锅炉选择的比较：分析与建议：分析与建议：1 1）高温高压联合循环比中温中压联合循环的吨焦发电高温高压联合循环比中温中压联合循环的吨焦发电增加增加16.7%16.7%。按。按0.500.50元元/ /度计，小时净增收益度计，小时净增收益1261.51261.5元，元，全年净增收益全年净增收益1261.51261.5元元80408040小时小时= =1014.21014.2万万元

31、元（考虑（考虑1 1个月检修时间）；个月检修时间）；而投资仅增加而投资仅增加12431243万万元元，等于年净增收益的，等于年净增收益的122.5122.5；2 2）高温高压自然循环比中温中压联合循环的吨焦发电高温高压自然循环比中温中压联合循环的吨焦发电增加增加17.8%17.8%，小时净增收益，小时净增收益1346.51346.5元，元，全年净增收全年净增收益益1082.61082.6万元；而投资仅增加万元；而投资仅增加978978万元万元，等于年净等于年净增收益的增收益的90.590.5 ； 3 3）按照国标）按照国标GB/T 754-2007GB/T 754-2007发电用汽轮机参数系列

32、发电用汽轮机参数系列： 中温中压新蒸汽的流量推荐范围是中温中压新蒸汽的流量推荐范围是2020120t/h120t/h； 高温高压新蒸汽的流量推荐范围是高温高压新蒸汽的流量推荐范围是100t/h100t/h410t/h410t/h； 按宝钢、武钢等七个焦化厂干熄焦装置平均吨焦按宝钢、武钢等七个焦化厂干熄焦装置平均吨焦产汽量为产汽量为0.5960.596吨吨计，计，我国常用干熄能力为我国常用干熄能力为7575190t/h190t/h干熄焦装置的新蒸汽流量范围为干熄焦装置的新蒸汽流量范围为4141102t/h102t/h，符合中，符合中温中压新蒸汽的流量推荐范围，这是我国当前干熄焦温中压新蒸汽的流量

33、推荐范围，这是我国当前干熄焦装置较多选用中温中压锅炉的主要原因；装置较多选用中温中压锅炉的主要原因； 4 4）干熄焦锅炉蒸发量比电力系统锅炉蒸发量小干熄焦锅炉蒸发量比电力系统锅炉蒸发量小，强制循，强制循环水泵和锅炉给水泵因流量小、压力高、温度高，国环水泵和锅炉给水泵因流量小、压力高、温度高，国产化难度大，国外生产厂家也少，甚至产化难度大，国外生产厂家也少，甚至没有通用产品没有通用产品需重新设计，因此，需重新设计，因此，引进费用高，备品备件难求，采引进费用高，备品备件难求，采购时间长。购时间长。 这是我国当前干熄焦装置较多选用中温中压锅炉这是我国当前干熄焦装置较多选用中温中压锅炉的主要原因之二；

34、的主要原因之二；5 5）干熄焦锅炉参数的选择也与蒸汽的用途有关。如果干干熄焦锅炉参数的选择也与蒸汽的用途有关。如果干熄焦产生的蒸汽直接进入公司蒸汽动力管网，则蒸汽熄焦产生的蒸汽直接进入公司蒸汽动力管网，则蒸汽压力稍高于动力管网蒸汽压力即可，这是宝钢干熄焦压力稍高于动力管网蒸汽压力即可，这是宝钢干熄焦选择中温中压锅炉的主要原因；选择中温中压锅炉的主要原因；6 6）高温高压自然循环锅炉没有强制循环水泵，有用电量）高温高压自然循环锅炉没有强制循环水泵，有用电量 少的优势，但有些焦化厂担心：锅炉启动时间长，负少的优势，但有些焦化厂担心：锅炉启动时间长，负荷波动频繁；锅炉出口蒸汽参数不稳定，荷波动频繁；

35、锅炉出口蒸汽参数不稳定，减少了汽轮减少了汽轮发电机的运行时间，虽单位时间发电量高，发电机的运行时间，虽单位时间发电量高，但全年发但全年发电量不一定高，电量不一定高，节能效益并不一定十分理想节能效益并不一定十分理想，因此，因此，目前选用的厂家尚不多。目前选用的厂家尚不多。7 7）我国焦化企业几乎都是常压设备及低温低压锅炉，对我国焦化企业几乎都是常压设备及低温低压锅炉，对 操作高温高压锅炉生疏，甚至有惧怕的心理，这也是操作高温高压锅炉生疏，甚至有惧怕的心理，这也是 干熄焦装置选用高温高压锅炉较少的原因之一。干熄焦装置选用高温高压锅炉较少的原因之一。 然而随着高温高压锅炉在焦化厂实践的逐步增多，然而

36、随着高温高压锅炉在焦化厂实践的逐步增多，人们认识的逐步深入，再加上国家政策的提倡和支人们认识的逐步深入，再加上国家政策的提倡和支持，我国采用高温高压锅炉的干熄焦装置已经在逐持，我国采用高温高压锅炉的干熄焦装置已经在逐步增多。步增多。建议建议： 1 1）在有条件的钢铁企业，干熄焦回收的蒸汽应尽）在有条件的钢铁企业，干熄焦回收的蒸汽应尽 量并入钢铁企业的蒸汽管网系统，与其它蒸汽汇量并入钢铁企业的蒸汽管网系统，与其它蒸汽汇 总一起在大发电机组高效发电；总一起在大发电机组高效发电； 2 2）大型干熄焦装置采用高温高压锅炉。）大型干熄焦装置采用高温高压锅炉。3.2 3.2 大力推广利用焦炉烟道气废热煤调

37、湿技术大力推广利用焦炉烟道气废热煤调湿技术 “煤调湿煤调湿”是将炼焦煤料在装炉前去除一部分水是将炼焦煤料在装炉前去除一部分水份，保持装炉煤水份稳定在份，保持装炉煤水份稳定在6%6%左右，然后装炉炼焦左右，然后装炉炼焦。 其特点是：当煤料水分从其特点是：当煤料水分从11%11%下降至下降至6%6%时，炼焦时，炼焦耗热量节省耗热量节省10.60 kce/t10.60 kce/t（干煤）（干煤）；焦炉生产能力可；焦炉生产能力可提高提高4 48%8%；提高焦炭质量；提高焦炭质量或可或可多配弱粘结煤多配弱粘结煤5%5%10%10%；可减少可减少1/31/3剩余氨水量，相应减轻废水处理装置的生剩余氨水量，

38、相应减轻废水处理装置的生产负荷。产负荷。 以焦炉烟道废气为热源对煤料进行调湿，可充分以焦炉烟道废气为热源对煤料进行调湿，可充分利用排入大气废热，减排利用排入大气废热，减排COCO2 248kg/t48kg/t焦炭，焦炭，具有显著具有显著节能效益和社会效益。其特点是：煤料与节能效益和社会效益。其特点是：煤料与230230300300焦炉烟道气直接接触换热，烟气余热利用率高，工艺焦炉烟道气直接接触换热，烟气余热利用率高，工艺流程短，设备少，投资省，操作成本低，占地面积少，流程短，设备少，投资省，操作成本低，占地面积少， 19961996年日本在新日铁年日本在新日铁室兰厂室兰厂投产了以焦炉烟道投产了

39、以焦炉烟道废气为热源、采用流化床干燥机的煤调湿装置。废气为热源、采用流化床干燥机的煤调湿装置。 20072007年年济钢济钢投产一套气流床煤调湿装置。该装置投产一套气流床煤调湿装置。该装置位位于备煤粉碎机前于备煤粉碎机前；具有；具有风选功能风选功能，首先将小于，首先将小于3mm3mm合合格粒度的煤料风选出来（占总量的格粒度的煤料风选出来（占总量的30304040），减），减轻粉碎机负荷，轻粉碎机负荷，节能；布袋除尘器滤出的煤粉（占节能；布袋除尘器滤出的煤粉（占总量的总量的3 35 5），压成型煤，），压成型煤，入炉炼焦。入炉炼焦。焦炉烟道废气焦炉烟道废气粉碎后湿煤粉碎后湿煤流化床流化床干燥机干

40、燥机布袋布袋除尘器除尘器焦炉煤塔焦炉煤塔引风机引风机烟囱烟囱日本室兰煤调湿流程示意图日本室兰煤调湿流程示意图细粒煤型煤细煤尘粗粒煤未粉碎配合煤调湿分级装置粉碎机焦炉煤塔陶瓷多管除尘器布袋除尘器煤尘成型机引风机放散烟囱济钢气流床煤调湿分级装置济钢气流床煤调湿分级装置焦炉烟道气济钢气流调湿分级装置济钢气流调湿分级装置顶层：除尘装置顶层：除尘装置三层：湿煤进入三层：湿煤进入二层：煤料干燥二层：煤料干燥底层：干煤排出底层：干煤排出3.3 3.3 研发荒煤气带出热的回收和利用研发荒煤气带出热的回收和利用3.3.1 3.3.1 用导热油回收焦炉荒煤气带出热用导热油回收焦炉荒煤气带出热 从炭化室经上升管逸出

41、的从炭化室经上升管逸出的650650700700荒煤气带荒煤气带出热占焦炉总热量的出热占焦炉总热量的3636。为了冷却高温的荒煤气必。为了冷却高温的荒煤气必须喷洒大量须喷洒大量70707575的循环氨水，高温荒煤气因循的循环氨水，高温荒煤气因循环氨水的大量蒸发而被冷却至环氨水的大量蒸发而被冷却至82828585，再经初冷，再经初冷器冷却至器冷却至22223535，荒煤气带出热被白白浪费荒煤气带出热被白白浪费。 现在正研发用导热油回收荒煤气带出热。现在正研发用导热油回收荒煤气带出热。即将上即将上升管做成夹套管，导热油通过夹套管与荒煤气间接换升管做成夹套管，导热油通过夹套管与荒煤气间接换热，被加热

42、的高温导热油可以去蒸氨，去煤焦油蒸馏，热，被加热的高温导热油可以去蒸氨，去煤焦油蒸馏，去干燥入炉煤。去干燥入炉煤。喷洒氨水喷洒氨水65070082852235初步冷却初步冷却器器冷却水冷却水传统的焦炉煤气冷却工艺传统的焦炉煤气冷却工艺上升管上升管焦焦 炉炉导热油储槽导热油储槽膨胀槽膨胀槽气液分离器气液分离器蒸氨预热器蒸氨预热器蒸氨再沸器蒸氨再沸器硫铵预热器硫铵预热器硫铵干燥器硫铵干燥器热导热油热导热油冷导热油冷导热油液相液相冷导热油冷导热油气相气相用导热油回收荒煤气带出热示意图用导热油回收荒煤气带出热示意图3.3.2 3.3.2 用荒煤气带出热对用荒煤气带出热对COGCOG进行高温热裂解或进行

43、高温热裂解或重整重整 上世纪上世纪9090年代，德国人提出生产两种产品年代，德国人提出生产两种产品焦焦炭炭和和还原性气体还原性气体的焦化厂。即的焦化厂。即高温荒煤气从炭化室逸高温荒煤气从炭化室逸出后不冷却，直接进入热裂解炉出后不冷却，直接进入热裂解炉，将，将COGCOG中煤焦油、中煤焦油、粗苯、氨、萘等有机物热裂解成粗苯、氨、萘等有机物热裂解成以以COCO和和H H2 2为主要成分为主要成分的合成气体，然后去合成氨或合成甲醇或生产二甲醚、的合成气体，然后去合成氨或合成甲醇或生产二甲醚、也可以直接还原制海绵铁。也可以直接还原制海绵铁。焦焦 炉炉合成气合成气高温热裂解高温热裂解炉炉合成氨合成氨合成

44、甲醇合成甲醇生产二甲醚生产二甲醚生产还原铁生产还原铁650700荒煤气高温热裂解生产合成气荒煤气高温热裂解生产合成气 日本人直接把焦炉上升管和集气管改造成日本人直接把焦炉上升管和集气管改造成COGCOG重整重整装置，利用装置，利用COGCOG自身显热（自身显热（650650700700）和夹带的）和夹带的水份，直接鼓入纯氧水份，直接鼓入纯氧, , 发生高温裂解和转化反应，发生高温裂解和转化反应， 重整生成合成气。重整生成合成气。 其优点是：节能；可大幅度提高其优点是：节能；可大幅度提高H H2 2 、COCO成份和成份和调整调整H H2 2与与COCO的比例；不产生焦油等副产品，可大大降的比例

45、；不产生焦油等副产品，可大大降低生产用水量和污水排放。低生产用水量和污水排放。 其不足是：不回收其不足是：不回收COGCOG里的焦油、粗苯等副产品，里的焦油、粗苯等副产品，等于失去许多宝贵的难以替代的化学物质；焦炉每等于失去许多宝贵的难以替代的化学物质；焦炉每个炭化室至少有一个上升管，而且管内荒煤气量波个炭化室至少有一个上升管，而且管内荒煤气量波动，压力很低，把它们逐一或分组改造成在高温下动，压力很低，把它们逐一或分组改造成在高温下工作的重整炉，无论从技术上还是从经济上实施起工作的重整炉，无论从技术上还是从经济上实施起来都有一定难度。来都有一定难度。 20052005年日本爱知万博会上，向大型

46、燃料电池公共年日本爱知万博会上，向大型燃料电池公共汽车充加氢气的濑户北加氢站，就是由新日铁君津汽车充加氢气的濑户北加氢站，就是由新日铁君津焦化厂的焦化厂的COGCOG重整提氢，然后用罐车将氢气运送至加重整提氢，然后用罐车将氢气运送至加氢站。氢站。 日本煤炭能源中心（简称日本煤炭能源中心（简称JCOALJCOAL）在焦炉旁安装）在焦炉旁安装一个一个COGCOG重整装置，在重整装置，在1200120012501250高温下对高温下对COGCOG进进行重整，生成合成气行重整，生成合成气。目前已在日本三井矿山焦化。目前已在日本三井矿山焦化厂的焦炉间台进行厂的焦炉间台进行三孔炉实验三孔炉实验。其特点是不

47、使用催。其特点是不使用催化剂，不用对现有焦炉进行较大改造。化剂，不用对现有焦炉进行较大改造。3.3.3 3.3.3 荒煤气带出热用于加热和制冷荒煤气带出热用于加热和制冷 将焦化厂初冷器第一段将焦化厂初冷器第一段6565高温冷却水用于采高温冷却水用于采暖，已经普遍应用，高温冷却水热量实际就是荒煤暖，已经普遍应用，高温冷却水热量实际就是荒煤气带出热的一部分。气带出热的一部分。 最近，最近，中冶焦耐在设计焦炉煤气真空碳酸钾法中冶焦耐在设计焦炉煤气真空碳酸钾法脱硫时，将再生塔底部分脱硫贫液抽出，送至初冷脱硫时，将再生塔底部分脱硫贫液抽出，送至初冷器上段与荒煤气间接换热。换热后脱硫贫液通过再器上段与荒煤

48、气间接换热。换热后脱硫贫液通过再生塔底部闪蒸装置，产生蒸汽，作为脱硫液再生热生塔底部闪蒸装置，产生蒸汽，作为脱硫液再生热源，节能效果显著。对于一个年产源，节能效果显著。对于一个年产200200万吨焦炭焦化万吨焦炭焦化厂，年节约低压蒸汽厂，年节约低压蒸汽2626万吨，相当于回收利用了万吨，相当于回收利用了25%25%荒煤气带出热荒煤气带出热。此技术已在焦化工程中推广。此技术已在焦化工程中推广。 来自脱硫再生塔底的部分脱硫贫液来自脱硫再生塔底的部分脱硫贫液蒸蒸汽汽脱硫液再生脱硫液再生热源热源2222焦炉煤气去电扑焦油器焦炉煤气去电扑焦油器来自焦炉荒煤气来自焦炉荒煤气初初 冷冷 器器闪蒸闪蒸一段一段

49、二二 段段三三 段段荒煤气带出热用于再生脱硫液荒煤气带出热用于再生脱硫液加热后脱硫贫液加热后脱硫贫液 最近，我国江苏双良集团开发出一种热水制冷机，最近，我国江苏双良集团开发出一种热水制冷机，可利用初冷器第一段可利用初冷器第一段6565高温冷却水制取高温冷却水制取1616的低温的低温水，就近用于焦化厂初冷器第三段的低温冷却。水，就近用于焦化厂初冷器第三段的低温冷却。以年以年产产120120万吨焦炭焦化厂为例，如果取初冷器第一段高万吨焦炭焦化厂为例，如果取初冷器第一段高温冷却水温度为温冷却水温度为68/58,68/58,则可取出则可取出750t/h750t/h热水，可热水，可以实现以实现32032

50、0万万kcal/hkcal/h的制冷量。虽然热水制冷的成本的制冷量。虽然热水制冷的成本大约是常规蒸汽制冷的一倍，但其投资回收期基本上大约是常规蒸汽制冷的一倍，但其投资回收期基本上在在2.52.5年以内。年以内。 焦化厂初冷器第一段高温冷却水，冬天用于采暖，焦化厂初冷器第一段高温冷却水，冬天用于采暖，夏天用于制冷，使荒煤气带出热得到较好利用。夏天用于制冷，使荒煤气带出热得到较好利用。 2222焦炉煤气去电扑焦油器焦炉煤气去电扑焦油器来自焦炉来自焦炉80808282荒煤气荒煤气初初 冷冷 器器一段一段二二 段段三三 段段5858循环冷却水循环冷却水6868循环冷却水循环冷却水热水制冷机热水制冷机1

51、616制冷水制冷水2323冷却水冷却水荒煤气带出热用于制冷荒煤气带出热用于制冷4. 4. 焦炉煤气的资源化利用焦炉煤气的资源化利用 COGCOG含有含有54545959H H2 2和和24242828CHCH4 4，只有在万不只有在万不得已的情况下，才用作燃料和发电得已的情况下，才用作燃料和发电，因为比较而言，因为比较而言，直接燃烧和发电的效益最差。直接燃烧和发电的效益最差。应大力提倡将应大力提倡将COGCOG燃料燃料化利用改为资源化利用，高质量地利用化利用改为资源化利用，高质量地利用COGCOG不仅有利不仅有利于降低钢铁企业单位产品的能源消耗和排放负荷，甚于降低钢铁企业单位产品的能源消耗和排

52、放负荷，甚至能开发出大量最清洁能源至能开发出大量最清洁能源氢气氢气, ,从而引发钢铁从而引发钢铁制造流程能量流新的供制造流程能量流新的供- -需平衡关系需平衡关系，甚至会引发，甚至会引发整整个社会新的供个社会新的供- -需关系需关系，体现出对可持续发展社会的，体现出对可持续发展社会的“多样化支持多样化支持”，由此可产生巨大的经济效益和社会，由此可产生巨大的经济效益和社会效益。效益。4.1 4.1 焦炉煤气制甲醇焦炉煤气制甲醇 COGCOG中含有中含有50%50%以上氢，只需将以上氢，只需将COGCOG中中CHCH4 4转化成一转化成一定比例的定比例的COCO和和H H2 2，即可满足合成甲醇的

53、比例要求。，即可满足合成甲醇的比例要求。 但但COGCOG进行蒸汽转化后，进行蒸汽转化后，H/CH/C比较高，驰放气量大，比较高，驰放气量大，H H2 2没有得到充分利用。如果用钢铁企业含有丰富没有得到充分利用。如果用钢铁企业含有丰富COCO和和COCO2 2的高炉煤气或转炉煤气进行补碳，则可形成最佳气的高炉煤气或转炉煤气进行补碳，则可形成最佳气源。资料表明，一般源。资料表明，一般200020002200m2200m3 3COGCOG生产生产1t1t甲醇甲醇，相，相当于独立焦化厂（其生产的当于独立焦化厂（其生产的COGCOG约约50%50%用于本厂焦炉加用于本厂焦炉加热）每生产热）每生产8 8

54、1010万万t t焦炭的剩余焦炭的剩余COGCOG可生产可生产1 1万万t t甲醇。甲醇。一个年产一个年产200200万万t t焦炭独立焦化厂，不补碳，其剩余煤焦炭独立焦化厂，不补碳，其剩余煤气可生产气可生产2020万万t t甲醇；如果进行合适的补碳，则至少可甲醇；如果进行合适的补碳，则至少可生产生产2727万万t t，提高产能，提高产能35%35%。 用用COGCOG制甲醇的生产成本制甲醇的生产成本低于低于用天然气、用烟煤用天然气、用烟煤或者用无烟煤为原料制甲醇的生产成本，具有较强竞或者用无烟煤为原料制甲醇的生产成本，具有较强竞争力，是资源化利用争力，是资源化利用COGCOG有效途径之一。有

55、效途径之一。 目前我国目前我国COGCOG制甲醇年产能已达制甲醇年产能已达312312万吨万吨。四川达。四川达钢利用本厂钢利用本厂COGCOG和转炉煤气，建成投产了和转炉煤气，建成投产了1010万吨万吨/ /年甲年甲醇和醇和2020万吨万吨/ /年二甲醚装置，高质量利用了年二甲醚装置，高质量利用了COGCOG和转炉和转炉煤气煤气。4.2 4.2 焦炉煤气变压吸附制氢焦炉煤气变压吸附制氢 COGCOG含有丰富氢和含有丰富氢和CHCH4 4是优质制氢原料气，只需按是优质制氢原料气，只需按照焦化厂现有煤气净化工艺，去除有害杂质，即可通照焦化厂现有煤气净化工艺，去除有害杂质，即可通过变压吸附（过变压吸

56、附（PSAPSA）技术提取出高纯度（）技术提取出高纯度（99.9999.99）氢。）氢。1m1m3 3COGCOG约可制取约可制取0.44 m0.44 m3 3氢氢。COGCOG分离出氢后，分离出氢后，剩余气剩余气体中体中CHCH4 4含量提高含量提高1 1倍多，煤气热值提高倍多，煤气热值提高20%20%以上以上，使，使用价值更高。因此，用价值更高。因此，COGCOG制氢有可能成为大规模、高制氢有可能成为大规模、高效、低成本生产氢的有效途径，促进钢铁企业的环境效、低成本生产氢的有效途径，促进钢铁企业的环境改善和向工业生态化转型。改善和向工业生态化转型。 20082008年我国生产焦炭而副产年我

57、国生产焦炭而副产COGCOG中的氢资源量为中的氢资源量为600600亿亿m3m3，约，约600600万吨万吨，采用重整技术可以得到更多的，采用重整技术可以得到更多的氢。我国钢铁企业和独立焦化厂大多位于大中城市附氢。我国钢铁企业和独立焦化厂大多位于大中城市附近，近，将来可很方便地向城市输送清洁能源将来可很方便地向城市输送清洁能源氢气。氢气。 目前国内外钢铁企业目前国内外钢铁企业COGCOG最常见利用方式是作气最常见利用方式是作气体燃料体燃料燃料化利用燃料化利用，即首先满足钢铁制造流程对，即首先满足钢铁制造流程对气体燃料的需求，剩余煤气再用来发电。气体燃料的需求，剩余煤气再用来发电。新一代钢铁新一

58、代钢铁企业应当将企业应当将COGCOG由燃料化利用提升为资源化利用，即由燃料化利用提升为资源化利用，即钢铁企业焦化厂钢铁企业焦化厂生产的生产的COGCOG先全部通过先全部通过PSAPSA装置制氢，装置制氢，提取氢气后的高热值解吸气再返回钢铁制造流程，用提取氢气后的高热值解吸气再返回钢铁制造流程，用作燃料或发电作燃料或发电。对于。对于年产约年产约900900万吨粗钢的新一代钢万吨粗钢的新一代钢铁企业铁企业, ,采用资源化利用新流程采用资源化利用新流程，每年至少生产氢约，每年至少生产氢约6.76.7亿亿m m3 3/a/a，扣除钢厂内部使用氢约，扣除钢厂内部使用氢约844844万万m m3 3/a/a，至少至少可外供氢可外供氢6.66.6亿亿m m3 3/a/a（约约66000t/a66000t/a）。）。 COGCOG变压吸附制氢已成功应用于苯加氢、生产过变压吸附制氢已成功应用于苯加氢、生产过氧化氢（氧化氢（H H2 2O O2 2）、作轧钢厂保护性气体和生产尼龙）、作轧钢厂保护性气体和生产尼龙6666盐等。盐等。 4.34.3焦炉煤气直接还原制海绵铁焦炉煤气直接还原制海绵铁 传统炼铁工艺完全依靠碳为还原剂，随着炼焦煤和焦传统炼铁工艺完全依靠碳为还原剂，随着炼焦煤和焦炭资源的日益短缺，人们正在开发资源节约、环境友好的炭资源的日益短缺，人们正在开发资源节约、环境友好的氢冶