干熄焦工程项目设计方案

干熄焦工程项目设计方案1.项目概况与建设必要性本项目旨在建设一套高效、环保、节能的干熄焦设施，以替代现有的湿法熄焦工艺。干熄焦（CokeDryQuenching，简称CDQ）技术利用惰性气体冷却红焦，吸收的热量通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，进而驱动汽轮发电机组发电，实现红焦显热的回收利用。在当前钢铁行业面临“双碳”目标压力与环保政策日益严苛的背景下，本项目的建设具有极高的战略意义。建设必要性主要体现在以下三个方面：首先，从能源回收角度分析，红焦显热约占炼焦能耗的35%至45%，湿法熄焦将这部分热量白白浪费于大气，并产生大量含有酚、氰、硫化物等有害物质的蒸汽。采用干熄焦工艺可回收约80%的红焦显热，大幅降低炼焦工序能耗。其次，从焦炭质量角度考量，干熄焦避免了湿熄焦的剧烈热冲击，焦炭内部结构应力减少，机械强度（M40、M10）和热态性能（CSR、CRI）得到显著改善，有利于降低高炉炼铁焦比，提高生铁产量。最后，从环境保护与社会效益出发，干熄焦基本消除了熄焦烟尘的排放，同时减少了粉尘污染，极大改善了焦化厂及周边的生态环境，符合国家清洁生产标准。2.设计依据与主要原则本设计方案严格遵循国家及行业现行标准、规范，包括但不限于《炼焦工艺设计规范》、《钢铁企业节能设计规范》、《工业企业煤气安全规程》以及《压力容器安全技术监察规程》等。设计过程中贯彻“安全可靠、技术先进、经济合理、节能环保”的指导思想。设计核心原则包括：第一，确保系统高可靠性。关键设备如提升机、干熄炉本体、排焦装置等采用成熟技术或引进国际顶尖配置，保证年运行时间达到340天以上。第二，最大化热能回收效率。优化换热参数，选择合适的锅炉参数，追求蒸汽产量与发电效率的最佳平衡点。第三，严格的安全生产保障。设置完善的安全联锁系统，特别是针对可燃气体积聚、粉尘爆炸、设备过载等风险点，设计多重冗余保护。第四，智能化与自动化控制。采用DCS集散控制系统，实现生产过程的自动调节、监控与管理，降低人工干预，提高控制精度。3.工艺流程设计详解本工艺流程主要由红焦输送、红焦装入、干熄冷却、冷焦排出、气体循环、余热回收及除尘排灰等子系统组成。3.1红焦输送与装入系统从焦炉推出的红焦（温度约950℃-1050℃）由焦罐车接取，通过电机车牵引至干熄焦提升井架下方。提升机将载有红焦的焦罐提升至干熄炉顶部，通过走行机构移动至干熄炉装料口上方。焦罐底部的自动对位装置与炉顶料斗对接，利用重力将红焦通过装料口装入干熄炉预存室。装料过程设有除尘导流罩，通过负压将装料时产生的烟尘吸入除尘器，防止无组织排放。3.2干熄冷却与循环气体系统干熄炉是热交换的核心设备，分为预存室和冷却室两部分。红焦在预存室暂时贮存，起到缓冲和稳定生产的作用。随后，红焦缓慢进入冷却室，与从底部鼓入的循环惰性气体进行逆流热交换。循环气体主要由氮气组成，在冷却室吸收焦炭热量后，温度升至约800℃-960℃，成为高温循环气体。高温循环气体经斜道排出，首先经过一次除尘器（重力沉降室），去除其中夹带的大颗粒焦粉。随后，高温气体进入余热锅炉，经过换热器将热量传递给锅炉给水，产生蒸汽。换热后的循环气体温度降至约160℃-180℃，从锅炉排出。降温后的循环气体进入二次除尘器（多管旋风除尘器），进一步净化气体中的细粉。净化后的气体由循环风机加压，重新送入干熄炉底部。为了补充系统泄漏的气体并控制可燃成分浓度，系统设有自动补氮装置，确保循环气体中氢气、一氧化碳等可燃气体含量始终处于爆炸极限下限的安全范围内。3.3冷焦排出与运焦系统冷却后的焦炭（温度低于200℃）汇集在干熄炉底部的锥形漏斗区。通过底部的电磁振动给料器或旋转密封阀，将冷焦均匀、连续地排出。排焦量通过变频器调节给料器频率来精确控制，以适应焦炉推焦节奏。排出的冷焦经皮带输送机运至筛焦楼，进行分级后送往高炉。3.4余热锅炉系统余热锅炉是能量转换的关键节点，采用自然循环方式，由汽包、蒸发器、过热器及省煤器组成。设计选用高温高压参数（如：9.8MPa，540℃），以提高热效率。软水经除氧器除氧后，由给水泵加压送入省煤器，预热后进入汽包。汽包内的水通过下降管进入蒸发器，吸收高温循环气体的热量变成汽水混合物，再经上升管返回汽包进行汽水分离。饱和蒸汽经过热器加热为过热蒸汽，并入蒸汽管网或送入汽轮发电机组。为了防止锅炉管壁磨损，在气流速度较高的部位设有防磨装置。同时，锅炉系统配备全套吹灰器，定期清除受热面积灰，保证换热效率。4.主要工艺设备选型与技术参数设备选型遵循“成熟、耐用、高效”的原则，关键部件考虑耐磨、耐热及抗疲劳性能。4.1干熄炉本体干熄炉采用竖窑式结构，内衬采用高强耐磨砖和隔热浇注料。预存室设计容量需满足最大焦炉单炉操作时间的缓冲需求。冷却室段设有独特的供气装置，确保循环气体沿炉截面均匀分布，避免“沟流”或偏析现象，保证焦炭冷却均匀。设备名称主要技术参数设计特点与材质要求干熄炉本体处理能力：150t/h（根据实际规模设定）预存室容积：200m³冷却室有效高度：6.5m外壳为钢板，内层为莫来石砖，中层为轻质隔热砖，外层为保温纤维。关键部位采用高耐磨碳化硅砖。旋转密封阀排焦能力：0-180t/h可调耐温：200℃采用耐高温合金钢制作，密封性能好，能防止循环气体外泄和空气漏入。4.2提升机提升机作为干熄焦最关键的特种设备，需具备极高的安全可靠性。采用全程自动控制，具备超速保护、过载保护、断绳保护及防摇摆功能。设备名称主要技术参数设计特点焦罐提升机提升重量：满载约50t提升速度：高速40m/min，低速4m/min走行速度：80m/min采用钢丝绳牵引，变频调速。PLC控制系统实现平滑加减速，定位精度误差<5mm。具备自动、半自动、手动三种操作模式。4.3余热锅炉锅炉系统设计需充分考虑焦粉磨损和积灰问题，选用适合含尘烟气传热的特种锅炉。设备名称主要技术参数设计特点干熄焦余热锅炉额定蒸发量：70t/h（匹配处理能力）蒸汽压力：9.8MPa(G)蒸汽温度：540℃给水温度：104℃强制循环与自然循环结合设计。过热器、蒸发器、省煤器模块化布置。设有人孔、检修孔，方便维护。4.4除尘系统除尘系统包括环境除尘和工艺除尘。环境除尘针对装焦、排焦及运焦皮带产生的粉尘，采用低压脉冲袋式除尘器，净化后气体含尘浓度<10mg/Nm³。工艺除尘主要针对循环气体中的焦粉回收，通过一次除尘和二次除尘将焦粉收集至粉焦仓，外售作为高炉喷吹原料或烧结燃料。设备名称主要技术参数设计特点环境除尘器处理风量：150000m³/h过滤面积：2000m²滤袋材质：覆膜聚酯针刺毡离线清灰技术，阻力低<1200Pa。卸灰阀采用双层锁风，防止二次扬尘。循环风机流量：120000Nm³/h全压：6500Pa介质温度：~180℃采用双吸入双支撑离心风机，机壳采用耐磨衬板。变频调速，根据干熄炉料位自动调节风量。5.公用及辅助设施设计5.1给排水系统给水系统分为生产新水、净环水、软水及除盐水系统。生产新水用于除尘器喷淋及地面冲洗。生产新水用于除尘器喷淋及地面冲洗。净环水主要用于干熄炉底部排焦部位的水封槽及各设备冷却。净环水主要用于干熄炉底部排焦部位的水封槽及各设备冷却。化水车间制备的除盐水作为余热锅炉的补充水。设计要求除盐水硬度接近于零，电导率≤0.2μS/cm，以防止锅炉结垢。化水车间制备的除盐水作为余热锅炉的补充水。设计要求除盐水硬度接近于零，电导率≤0.2μS/cm，以防止锅炉结垢。排水系统遵循“清污分流”原则。锅炉排污水经降温池冷却后排放，含油废水集中处理，生活污水排入厂区生化处理站。5.2供配电系统本项目负荷等级为一级负荷，需由两路独立电源供电。主要高压负荷包括循环风机、给水泵、提升机主电机。低压负荷包括皮带机、阀门、照明等。变电所设置在干熄焦本体附近，减少线路损耗。系统配置无功补偿装置，功率因数补偿至0.95以上。针对提升机等大容量、频繁起制动设备，采用变频软启动技术，减少对电网的冲击。5.3氮气供应系统氮气是干熄焦工艺的载热体和保护气，需求量大且纯度要求高。气源：接自厂区制氧站低压氮气管网。气源：接自厂区制氧站低压氮气管网。压力：0.6-0.8MPa。压力：0.6-0.8MPa。用途：系统充氮、循环气体置换、锅炉吹扫、气力输送及紧急冷却。用途：系统充氮、循环气体置换、锅炉吹扫、气力输送及紧急冷却。设置一座氮气储罐，确保在厂区氮气管网波动时，干熄焦系统至少能维持30分钟的保压运行。6.自动化控制方案自动化控制系统是干熄焦装置的“大脑”，设计采用先进的DCS（集散控制系统）结合ESD（紧急停车系统）。6.1DCS系统功能DCS系统覆盖提升机、干熄炉本体、锅炉、除尘、发电等全部工艺单元。数据采集与监控（SCADA）：实时显示温度、压力、流量、料位、电流等所有工艺参数，具备历史趋势记录、报警记录及报表打印功能。回路控制（PID）：对锅炉汽包水位、蒸汽压力、主循环风量、排焦温度等关键参数进行自动调节。例如，通过调节排焦量来控制排焦温度；通过调节锅炉给水量来维持汽包水位。顺序控制：实现提升机的自动走行、提升、装料全过程逻辑控制；干熄炉预存室料位的自动管理。6.2ESD系统设计ESD系统独立于DCS，用于处理紧急事故，确保人员和设备安全。联锁逻辑：当循环气体中H₂、CO浓度超标；循环风机故障停机；锅炉水位极低；干熄炉压力异常等情况发生时，ESD系统自动触发紧急停炉、充氮置换、切断燃料等动作。安全级别：关键联锁回路采用SIL2或SIL3安全等级认证的仪表和逻辑控制器。6.3关键检测仪表配置料位测量：预存室采用γ射线料位计及雷达料位计双重测量，确保信号准确，防止空罐或满罐。温度检测：干熄炉预存室及冷却室不同高度设置多点热电偶，监测焦炭温度场。锅炉出口设置高温高压热电偶。气体分析：在循环风机入口设置在线气体分析仪，实时分析O₂、H₂、CO、CO₂含量，指导充氮操作。7.总图运输与土建工程7.1总图布置干熄焦装置布置在焦炉炉端台与焦侧之间，或者紧邻焦炉侧面，以缩短红焦输送距离。总图布置遵循紧凑合理、流程顺畅的原则。提升机井架位于干熄炉正前方。提升机井架位于干熄炉正前方。除尘器、风机房、锅炉房围绕干熄炉布置，管道连接最短化。除尘器、风机房、锅炉房围绕干熄炉布置，管道连接最短化。运焦皮带通廊与原有焦台系统衔接。运焦皮带通廊与原有焦台系统衔接。消防通道环形布置，满足消防车通行要求。消防通道环形布置，满足消防车通行要求。7.2土建结构设计基础：干熄炉本体和锅炉框架基础采用大体积混凝土筏板基础，防止不均匀沉降。地基处理需结合地质勘察报告，必要时采用桩基。框架：干熄炉框架及提升机井架为钢结构或钢筋混凝土结构，需承受巨大的设备荷载及热膨胀应力。设计考虑高温对结构材料性能的影响，采取隔热防护措施。耐热砌体：干熄炉、一次除尘器及锅炉烟道的耐火材料砌筑是土建工程的重点。砌体需具备良好的气密性、隔热性和耐磨性。施工中严格控制灰浆饱满度和膨胀缝留设，防止高温气体窜漏导致外壳过热或结构变形。8.环境保护与安全卫生8.1环境保护措施废气治理：装焦、排焦产生的烟尘通过密闭罩收集，经布袋除尘器净化后排放，颗粒物排放浓度低于10mg/m³，满足超低排放标准。锅炉烟气若设有燃气补燃，需配套低氮燃烧器。噪声控制：对循环风机、排焦风机、给水泵等高噪设备，采取加装消音器、隔声罩、基础减震等措施。厂界噪声符合《工业企业厂界环境噪声排放标准》。固废处理：除尘器收集的焦粉全部回收利用，不外排。废机油等危险废物委托有资质单位处理。8.2安全与职业卫生防爆防火：干熄炉属密闭容器，存在可燃气体积聚风险。设计通过连续吹扫氮气、在线监测、严防空气漏入等手段维持正压和低氧环境。电气设备选用防爆型。防烫伤与防坠落：所有高温管道、设备表面进行保温处理，表面温度控制在60℃以下。平台、楼梯设置护栏，孔洞设置盖板，防止人员坠落。职业健康：控制室设置空调，保持良好通风。巡检人员配备防尘口罩、防噪耳塞、防护服等劳保用品。9.节能分析与运行保障9.1能源平衡与节能效果干熄焦装置投入运行后，每吨红焦可回收约1.3-1.5吨蒸汽（视热力参数而定）。以年产焦炭100万吨计算，年可回收蒸汽约130万吨，折合标准煤约14万吨。同时，由于焦炭质量提高，高炉焦比可降低2%-3%，进一步产生间接节能效益。9.2运行保障与维护为确保项目长期稳定运行，设计方案中特别强调以下维护策略：烘炉与温升：制定严格的烘炉曲线，分为升温、恒温、保压