三佳清洁型热回收焦炉研发及节能环保纪实

三佳清洁型热回收焦炉研发及节能环保纪实

技术巨大创新推广举步艰难

三佳清洁型热回收焦炉研发及节能环保纪实

一方面，国外在立法淘汰无法根治污染的机焦炉技术，而国内却

在迅猛发展着；另一方面，国外觊觎着我们自主创新的清洁型焦炉技

术，国内推广应用却困难重重。老百姓需要清洁的水源，干净的空气。

因此，多年来受机焦炉污染的群众疾呼，大力推广应用清洁型热回收

焦炉，让节约环保的创新技术造福黎民苍生！

中国山西，是一个举世闻名的煤炭大省。人们常说，世界焦炭看

中国，中国焦炭在山西。而在山西，有一个大名鼎鼎的焦炭大王阎吉

英先生。2006年春节前夕，冬日里的山西白雪苍茫，银装素裹。踏着

积雪，我们来到晋中大地介休绵山，采访了这位商界奇人、三佳煤化

公司董事长兼总经理阎吉英先生。听他介绍了自主创新的清洁型热回

收焦炉的节能环保优点和公司发展的美好前景后，我们顿时感到暖意

融融。山间春早。原来，炼焦技术的春天在这里。

水平室式机焦炉是历史功臣

此次同行者，还有山西省环保局巡视员王景龙先生。这位技术型

的领导说起炼焦技术的发展历史和创新潮流，更是旁征博引，娓娓道

来，让我们增长了很多专业知识。而我们感受到的还有，作为环保官

员，他心急如焚，想让先进的环保技术设备早日推广应用，造福环境、

造福人民。

我们知道，焦炭与工业生产息息相关，在冶金工业中发挥着重要

作用。它既是热源，也是还原剂，是不可缺少的原料和燃料。

焦炭是由煤炼就而成的。有一个技术设备叫水平室式机焦炉，它

诞生于欧洲，人们用它来炼焦已有150多年了。水平室式机焦炉是伴

随着工业化和机械化发展起来的，是世界钢铁业发展的功臣。然而，

时过境迁，到了上世纪70年代，随着工业化给环境带来的严重影响，

这种焦炉对环境的危害日益凸现出来。在炼焦过程中，煤在高温下气

化，有大量的有害有毒物质产生出来，如挥发酚、硫化氢、苯类、苯

并茂、氟化物、汞、氨等，对大气、水体、土壤造成严重污染。

其实，水平室式机焦炉技术一直在进步。后来的发展，它可通过

化产回收部分物质，即将废气中的物质提取，作为化工原料，再延伸

产业链作为煤化工，从刚开始能回收四种、五种，发展到回收70多种。

但由于提炼技术限制，且许多物质所占比例小无回收价值，生产中产

生的大量有毒有害化学物质随废水或废气只得排入环境。从1972年斯

德哥尔摩人类环境会议之后，人们环保意识不断增强，在各国民众的

强烈要求下，欧洲I、北美、日本及其他国家纷纷对焦炉的污染治理技

术进行研究，探索无害化处理工艺，即通过采取物理、化学、生物方

法对尚不能回收的污染物质进行处理，以期达到环境要求。但是，科

学家们经过30多年的努力之后发现，修修补补的结果是，焦化污染问

题难以得到根本上的解决。

水平室式机焦炉生产由于产生大量有毒有害物质，环境压力越来

越大。由于这种焦炉采用正压生产工艺，虽配套多种污染治理措施，

但废气捕集有限、大部分污染物无法净化处理、基建费用巨大、运行

费用昂贵，企业难以承受。结果是虽有一定的治理效果、但不能满足

环保全面达标和人群健康的要求（产焦区癌症发病率是周边地区的80

倍），生产工艺受到广泛质疑。因此，科学家们开始从根本上否定。

日本焦炭协会20世纪90年代中期开始研究新型炼焦工艺路线，美国、

德国等也在探索新的炼焦方法。

水平室式机焦炉致命的环保问题

通过幻灯图片和浅显的事例，王景龙比划着给我们讲述了水平室

式机焦炉的种种弊端。现在，让我们来具体看一看，水平室式机焦炉

有哪些致命的环保问题。

一是对机焦炉产生的废气捕集有限。机焦炉采用正压生产，炼焦

过程中产生的所有气态物质，都会通过炉门、上升管等各种缝隙向外

逸散，特别是在加煤、出焦时产生大量的废气排放出来。对这些散逸

气体，采用干法地面站处理工艺，捕集率只能达到80%,除烟尘外，

其他废气污染物均未能实现达标排放。

二是化工产品回收有限。虽有少量物质可以回收并取得丰厚的利

润，但据中国环科院资料称，炼焦产生的煤气焦油中有上万种有机物，

可提炼的有400多种。由于技术限制，加之许多物质所占比例小，能

够提炼出来的是少数，仍有大量有毒有害物质无法回收，作为废物排

入环境。特别是如强致癌物苯并茂、剧毒物质汞等有害物质难以回收。

三是无害化处理有限。对不能回收的物质进行无害化处理，是规

避污染的方法之一。然而，现有技术对有些物质如氧化物、挥发酚等，

虽可进行无害化处理，但处理不完全；有些物质至今仍没有有效的处

理技术，如焦化废水中的苯并茂、苯等。对焦化生产中产生的汞污染，

目前也没有合理的解决办法。国家环保总局曾在北京召开过焦化行业

污染防治国际研讨会，邀请了美国、欧盟等多个国家的技术权威人士

对我国焦化汞污染防治献计献策。专家们研讨了两天，得出基本结论

有两个：一个是汞污染的问题肯定存在；另一个是如何处理，目前仍

没有可行的办法。对炼焦造成的土壤污染治理，德国曾花了30年的时

间进行研究、实验，仍未能取得理想成效。

四是环保设施投资巨大，设施运行费用昂贵。如装煤、出焦废气

的捕集与处理、干熄焦、回炉煤气净化、污水处理等设施的建设，占

地大、投资大、运行费用高，企业难以承受。况且这些只能减轻一些

污染，而不能从根本上清除焦化污染。

全球寻找焦化业的技术创新方向

2001年，在美国召开的〃全球焦化年会〃，主题是〃走在十字路

口的全球焦化业〃。这就是说，风靡了150年的传统机焦炉走到了尽

头。国际焦化业的发展趋势是：在淘汰这种机焦炉的同时，继续研究

大容量、可负压运行的新型焦炉和发展无化学副产品回收（无回收）

焦炉。

鉴于美国和中国等已有一种完全不同于机焦炉的新型焦炉问世，

所以，这种环境友好型的焦炉得到了充分肯定。美国的《清洁空气法》

明确规定，禁止新建机焦炉，只允许建设清洁型无回收焦炉（近几年

无回收已发展为热回收）。现有机焦炉（碳化室高度8米）也要逐步

淘汰关闭。欧洲也采用了同样的做法，世界闻名的炼焦大公司德国鲁

尔公司17座大型机焦炉已关闭了16座。

我国的机焦炉发展比世界发达国家要晚，长期以来一直作为钢铁

行业的一个组成部分而存在。后来，我国发展了一部分为城市供煤气

的机焦炉，直到上世纪90年代才有独立的小型机焦厂发展起来。因此,

可以说一直沿袭国际走过的老路。目前，就整体而言，焦炉水平正在

走发达国家上世纪五六十年代的路，污染治理技术正在走上世纪七八

十年代的路。应该说，对传统机焦炉的污染问题，我们还没有足够的

认识。

山西省的情况也是如此。在2000年前，只有钢铁厂、城市供气和

其他独立的小型机焦炉,每年产量不足2000万吨。到2001年后，所

谓的大型机焦炉（碳化室高度4.3米）迅猛发展起来。当美国关闭碳化

室高度8米的机焦炉、德国等欧洲国家关闭碳化室高度6米以上焦炉

的时候，我们却在大力发展碳化室高度4.3米以上的焦炉。当这些发达

国家看清了机焦炉背后大量的有害污染物难以回收、难以治理时，我

们却开始搞〃化产回收〃（其实对回炉煤气脱硫、脱酚、脱苯，是为

了不影响焦炉设备而采取的煤气净化措施，不能算作化产回收。真正

的化产回收，是将约占50%的乘除煤气转化为其他化工产品）。

随着大量机焦炉的出现，别的国家曾经出现的环保问题，在我国

也逐步显现出来。

其一，绝大多数焦化企业由于环保投入的巨大而未上环保设施。

直到现在，环保设施、煤气净化（化产回收）设施不全的企业不到

5%%。山西省政府下达了64家焦化企业的治理任务，据调查在预定

时间里仅有12家落实。其余厂家因投资费用高,进展迟缓。

其二，即使环保设施全部建成，由于机焦炉技术根本性的弊端，

也没有一家企业能做到污染物排放全面达标。山西省环境监测中心站

随机对建成污水处理设施具备监测条件的3个焦化厂处理后的废水进

行了监测，虽然这3个焦化厂的废水处理设施采用的是当前最先进的

工艺，但监测结果表明，3个厂废水中的苯并茂分别超标3400倍、

6800倍和17000倍。目前，有的厂将这种高废超标废水用于熄焦，

苯并茂又会转成气态进入大气，让成千上万的人吸入，其后果更加严

重。再以某钢铁焦化厂为例，他们是我国最早建起的一批高度炭化室

4.3米的机焦炉，配套设施加煤出焦烟气回收、地面除尘站处理，污水

处理（煤气净化）、化产回收等都上全了。2004年1月，山西省环保

局组织省环境监测中心站和所在市的环境监测站两个站进行同步监测，

结果在监测的7天中空气中的苯并茂有4天超标。而据卫生部门反映，

该市的癌症发病率明显高于周边地区。

其三，煤气净化（化产回收），只对影响回炉煤气的物质进行脱

硫回收，对其他的物质如富化物、挥发酚、苯并花等物质并未回收，

而是排入环境。解决装煤、出焦污染的地面除尘站等设施既没有对污

染物完全捕集，也没有脱硫和有效消除苯并茂等污染物，而占炼焦产

气量50%%的剩余煤气（即除了回炉煤气用于炼焦的那部分煤气以外

的部分），化产回收进展缓慢，即使回收业只能回收其中一小部分，

仍有相当多的污染物质会不可避免地排入环境。目前，山西省临汾等

市的饮用水源地已有挥发酚、氨氮等污染物质检出（焦化废水中含有

大量的挥发酚，也称酚氟废水，废水中的氨氮也是较难处理的污染物

质），临汾市政府已决定将位于水源地周围的机焦炉厂全部关闭（改

良焦早已关闭）。

有一个问题值得思考，美国人为什么要立法逐步淘汰机焦炉、发

展无回收焦炉呢？因为美国人发明了一种新型工艺的炼隹技术，即无

回收焦炉（现已发展为热回收），它避免了机焦炉炼焦产生的难以从

根本上解决的污染问题。在经济发展离不开焦炭、又要避免环境污染

的时代，这是一种上好的选择。

有人说，美国人研发的无化回收焦炉与山西省有着一层特殊的关

系。山西介休三佳煤化公司经过多年的自丰研发，创新了一种清洁型

无回收焦炉（后发展为热回收焦炉），炼出的焦炭质量很好，多年来

销往美国英国等钢铁公司，引起了美国钢铁界的关注。1996年，美国

钢铁焦炭协会年，邀请三佳公司前往介绍了这种高质量焦炭的炼制方

法。随后于1996年、1997年、1998年，美国钢铁焦化协会生铁与炼

焦委员会主席瓦利亚博士及其他技术人员（包括焦炉设计人员），多

次到三佳公司考察焦炭质量，每次进行了长达10天以上的驻厂调研。

1998年，美国再次邀请三佳公司向年会作了专题发言。同年，美

国宣布发明了一种无化学副产品回收的热电联产炼焦炉。当时正值传

统机焦炉（碳化室8米以上）污染问题难以解决、充分显露的时候，

由于新炉型炼出的高质量焦炭和环保优势，很快得到了各方面的认可。

美国《清洁空气法》很快要求此后只允许新建此种焦炉并逐步淘汰现

有机焦炉的规定。

美国人研发的这种无回收焦炉，用美国钢铁协会主席瓦利亚的话

说：〃在结构和工作原理上与山西三佳公司的SJ-96清洁型热回收热

电联产焦炉非常相似。〃〃中国在负压操作、无化学产品回收的焦炉

开发方面走在了世界的前列。因为三佳公司在1996年已经投产使用了

‘负压’状态生产的焦炉，这比美国、德国、西班牙等先进国家设计

使用这种焦炉的时间要早。"

在环保上，解决炉体冒烟、加煤冒烟问题，中美两种炉型的效果

是一致的。但三佳公司比美国的这种炼焦炉还有技术独到之处，就是

三佳装煤出焦是采用冷装冷出，美国采用热装热出。其效果是，热装

热出焦炉有炉内化焦问题"旦出焦、熄焦方面，美国的热装热出焦炉

比三佳公司焦炉还略逊一筹。冷装冷出焦炉实际上是低温炼焦，这一

方面三佳有自己的创新技术，不为外人所掌握。

三佳清洁型热回收炼焦炉技术创新

企业是自主创新的主体。三佳公司老总阎吉英先生不断追求技术

创新一直为人称道。他投资了1亿元进行科研攻关。2006年1月，在

北京召开的全国科技大会，阎吉英先生作为山西省5人中唯一非政府

代表，走进了人民大会堂，参加了这次科技盛会。

春节前夕的阎总是非常忙碌的，但他还是挤出时间接受了我的采

访。雪后的绵山，空气清新，四周静谧。坐在绵山宾馆的房间里，一

壶热茶飘香。我们说及三佳公司的技术创新成果，儒雅的阎总如数家

珍，侃侃而谈。

三佳公司发明的SJ-96清洁型热回收炼焦炉，一直以来得到了各

方面的大力支持。1996年，山西省环保局将其列为山西省第一批焦化

污染防治示范项目，并于1998年通过了省环保局、省科委、省乡镇局

组织的验收；2000年，经山西省科委招标，列为省级科技攻关项目，

开发冷装冷出热电联产热回收焦炉；2002年，被山西省环保局、山西

省科技厅列为〃山西清洁型热回收炼焦示范工程〃；2004年，山西省

科技厅组织有关专家对山西"三佳公司的清洁型热回收焦炉〃作了科

技成果鉴定；2005年，通过了国家环保总局组织的焦炉技术鉴定，由

著名环保老人曲格平担任鉴定委员会主任，该炼焦炉技术被评为国际

先进水平。

SJ-96清洁型热回收炼焦炉一反传统正压机焦炉而为负压，它集引

火、加热、炭化、熄焦为一体，其系统设计科学、结构独特、工艺合

理、技术先进适用、密封性强、保温性好、操作方便，生产运行中，

采用冷装煤冷出焦、机械捣固、负压控制、二次燃烧、温度调节、闭

路循环水熄焦、烟气余热发电（或供热）和尾气净化等工艺，可以扩

大资源利用和生产高质量焦炭，实现清洁工艺生产并使污染物达标排

放，是一种综合性良好的清洁型炼隹炉，其综合技术处于国内同类产

品领先，并达到国际先进水平。其工艺特点具体表现在四个方面：

一是联体式炉体结构。炉体的基本单元为炼焦室，即一个同时实

现引火、加热、碳化、熄焦的封闭空间。由20孔炼焦室联成一组的联

体式炉体能够实现相邻炉引火与热能互补，4个联体式炉体构成一个热

回收单元，即一座炼焦炉。炼焦室上部为主燃烧室，两侧和底部为烟

气二次燃烧的双立火道及底火道。碳化室（炼焦室）通过四面加热，

将入炉煤干憎成焦。

二是机械捣固装煤工艺。焦炉装煤采用机械捣固工艺，增加了煤

的堆密度和提高了焦炭强度，与多方位快速加热方式结合提高了弱黏

结煤的流动性与黏结性，从而扩大了弱黏结性煤种的配入量，有效节

约了主焦煤资源。生产的焦炭质量优于国家标准，达到国外先进标准

水平，焦炭全部出口。

三是冷出冷装、炉内熄焦。焦炉采用冷态装煤、冷态出焦，避免

了加煤出焦时大量污染物的产生。焦炉采用同室熄焦，避免了室外熄

焦造成的运输与熄焦过程的废气污染。熄焦采用密闭状态，主要依靠

蒸汽熄焦，熄焦废水经处理后再回用于熄焦。节约了水资源。焦炉基

础底部采用工程防渗，可避免对焦炉下部土壤及地下水影响。

四是炉内负压控制和烟气二次燃烧。针对传统机焦正压运行，经

常有烟气逸散外排的情况，采用负压运行，剩余的气体，除相邻炉互

补利用外，在烟道里进行二次燃烧，将烟气中的苯并茂、苯可溶物、

挥发酚等有害物质通过燃烧分解为无害物质，并将燃烧的热能回收利

用发电。

清洁型热回收炼焦炉的清洁生产效果

有良知的企业家总是有强烈的社会责任感的。阎吉英先生引领炼

焦技术创新潮流，三佳清洁型热回收炼焦炉重点所在，便是节能与环

保。

一是节约资源、能源。我国主焦煤的贮量少、分布面积小，传统

机焦炉生产冶金焦，主焦煤的用量占到50%以上，一般均在60%-

70%,而SJ-96清洁型热回收炼焦炉冶炼冶金焦主焦煤用量小于20%,

甚至可以不用。主焦煤是重要的战略物质，是我国稀有煤种，2004年

我国进口600万吨，大量节约主焦煤具有十分重要的意义。

SJ-96清洁型热回收焦炉在炼焦过程中不需大量用水，吨焦熄焦水

用量为0.3吨，与传统焦炉1.8—1.9吨比，节约了大量水资源；成焦

率高，为76%,与水平室式机焦炉处于同一水平；将煤转化为二次能

源焦炭和电，在炼焦过程中各室串联，根据炼焦不同时段产气和用气

的需要，余缺互补，四面加热，节约了炼焦用能，对余气通过二次燃

烧，既将除二氧化碳以外的其他有害物质全部进行无害化处理，又回

收热能用于发电，能源利用率高。

二是良好的环保效益。在炼焦过程中，不产生焦化废水；炉内负

压操作联体运行，解决了传统机焦炉正压运行废气污染物逸散（内含

上万种污染物）问题；同室密闭滴水蒸汽熄焦，解决了出焦和熄焦污

染的问题；冷态装煤、冷态出焦，解决了加煤出焦严重污染的问题；

通过二次燃烧热回收，将有毒有害物质全部进行无害化处理，转化成

了热能；在热回收后脱硫，烟气全部经脱硫除尘处理，净化率高。

据分析对比，三佳煤化公司的清洁型热回收焦炉的颗粒物排放量

是机隹的8.3%,大气中苯并茂是机隹炉的0.1%。如果加上机焦炉隹

化废水中的苯并茂综合评价的话，苯并茂排放量是机焦的百万分之几

（因清洁型热回收焦炉不产生焦化废水）。炉内烟气经二次高温燃烧

使BaP、BSO等有害物质得以分解并实现无害化转变。二氧化硫的排

放浓度是国家现行污染物排放标准的19%,吨焦排放量是标准的16%。

颗粒物的排放浓度是国家现行污染物排放标准的13%，吨焦排放量是

标注的10%。经山西省环境监测中心站全面监测，各类污染物排放均

优于国家标准规定。

三是产品质量高。SJ-96清洁型热回收炼焦炉焦炭质量高：可生产

特优级冶金焦和特优级铸造焦，高于国家标准一个等级，而且此种炉

型