标志中国 [44] 由产焦大国转而成为炼焦技术强国 。 此外,从为高炉炼铁服务而生产冶金焦的常规焦炉发展看,在上世纪80年代 在鞍钢化工总产还曾进行过炭化室高8m的焦炉加热与生产实验。在最近一段时 间我国还在一些地方建设投产了炭化室高4.4m、炭化室高5.1m以及为南非建设的 炭化室高6.2m 的常规顶装焦炉;炭化室高5.6m和炭化室高6m等炉型的投产。以 及炭化室高6.35m、6.7m等捣固焦炉的开发。还有积煤干燥(或煤预热)、干熄 焦或煤气热解等不同功能直立式连续炼焦炉的实验等,中国炼焦技术得到了空前 的发展。 12 第一章 文献综述 1.3.2 焦炉大型化对焦炭质量的影响 多年来的生产实践表明,6m 焦炉与4.3m 焦炉相比,显示了无可比拟的技术 优势。以包钢焦炉为例,在同种配煤比及焦炉生产均正常的情况下,JN60 型焦 炉与ПВР型焦炉相比,焦炭的机械强度M40 提高了2% ~ 4%,M10 降低了0.2% ~ 0.4%,焦炭CSR 改善了2% ~ 4%,吨焦的炼焦能耗降低了13.6kgCE[45]。另外, 焦炭质量提高后在高炉炼铁生产中产生的延伸效益更是巨大的。 2008 年,马钢7.63m 焦炉和5m 焦炉在采用同一配煤比的情况下,焦炭质量 比较见表1-2 。 表1-2 马钢焦炭质量比较表 Table 1-2 Comparative coke quality data from Ma Iron 焦炭质量指标 5m 焦炉 7.63m 焦炉 7.63m-5m M40 (% ) 86.2 89.1 +2.9 M10 (% ) 6.5 5.9 -0.6 CRI (% ) 21.9 21.2 -0.7 CSR (% ) 70.6 72.3 +1.7 可以看出,7.63m 焦炉生产的焦炭明显优于5m 焦炉。 据调查了解,就目前我国建成投产的7.63m 焦炉和对应的煤源状况而言,其 焦炭质量的改善有着不可替代的技术优势,具体情况见表1-3 。 表1-3 我国建成投产的7.63m 焦炉配煤及焦炭质量指标 Table 1-3 Data of coal blending and coke quality of 7.63m coke oven built in China 配合煤质量指标 焦炭质量指标 企业 Ad Vdaf S,t X Y M40 M10 CRI CSR G % % % mm mm % % % % 武钢 9.66 28.17 0.74 82.94 26.50 18.13 90.90 5.95 26.72 65.66 马钢 9.67 28.52 0.82 81.60 50.0 17.8 89.1 5.9 21.2 72.3 太钢 9.62 24.71 0.73 82.70 29.20 21.59 89.35 5.15 22.8 71.4 13 第一章 文献综述 因此,焦炉大型化增加了炭化室的高度和宽度,提高了装炉煤的堆密度,降 低了焦炉的结焦速率,焦炭成熟均匀,以改善焦炭质量,节省了稀缺的优质炼焦 煤。 1.3.3 我国焦炉大型化发展需解决的问题 焦炉是炼焦化学工厂的核心设备,正确地进行焦炉的各项操作,可以充分发 挥焦炉作用,生产出优质的焦炭、煤气、煤焦油、焦化粗轻苯和氨类等各种炼焦 产品;降低消耗、减少对环境的污染、延长焦炉寿命。为企业、为社会创造出最 [46] 大经济效益! 1.3.3.1 大型焦炉设计的精品化 需要对炉型结构的进一步观察考验:如加热水平的选择、低氮氧化物排放、 自动化水平提高;更为注意的是如何实现精品化设计,依据业主要求,在焦炉炭 化室高度、宽度及长度等进行综合创新,任意组合,并相应改进配套的转型结构、 加热方式、自动化控制以及焦炉机械装备、配套的煤气净化和环保设施等。这才 是中国炼焦技术走在世界先进行业的标志。 1.3.3.2 大型焦炉装备水平的提高 从目前大型焦炉的实际运行,有些还需要优化,特别是在四大机车的功能提 高和除尘环保设施的完善。 如捣固炼焦捣固机械,装煤推焦的烟尘治理; 1.3.3.3 大型焦炉的技术指标的探索 努力达到焦炉设计的预期目标;对煤资源的利用更趋合理性并实现可持续发 展;焦炭质量指标稳定并具较好的经济效益;配套设施的运行不断优化。 1.3.3.4 对大型焦炉的管理与技术提高 焦炉的基本操作制度和管理的优化,炉温的调节,炉体护炉设施的管理,最 优结焦时间的确立等,还有探讨改进的空间。 因此,新建或者改扩建焦化项目,合理选择焦炉是一切工作的中心。必须从 企业的根本利益出发,符合产业政策,充分权衡投资效益,兼顾煤源、占地、环 保等多种制约因素,满足产量和质量需求,确保技术先进、生产可靠、效益最好。 14 第一章 文献综述 1.4 干熄焦工艺技术 1.4.1 干熄焦生产工艺简述 绿色经济和循环经济是生产企业管理的发展方向,而焦炭干法熄焦(Coke Dry Quenching简称CDQ )是一种利用炽热的焦炭和惰性气体直接接触换热的新 型的熄焦工艺。它具有能源回收利用、环境保护以及改善焦炭质量等多项优点被 焦化行业推广。干熄焦起源于瑞士,进入60年代前苏联在干熄焦技术方面取得突 破性进展,到90年代中期,日本已建成干熄焦装置31套,干熄焦工艺得到长足发 展。20世纪80年代,我国宝钢首次从日本成功引进干熄焦技术,至今国内宝钢、 [47] 武钢、首钢、马钢、包钢等大型钢铁公司都采用了干熄焦工艺技术熄焦 。 试验基地现有3 套干熄焦,与6 座产焦炭6×50 万t/a 的6m 大容积焦炉相配 套的。面对干熄焦生产工艺下6 座大容积焦炉,在煤炭资源匮乏的年代,煤炭供 应严峻紧张的市场,来煤质量不稳定的情况下,如何进行配煤炼焦,改善和稳定 焦炭质量,满足高炉大型化生产,是摆在焦化厂工作者面前重要课题之一。 1.4.1.1 干熄焦工作原理[48] 干熄焦是指将焦炉生产的红焦显热通过惰性循环气体(主要为氮气)在干熄 炉内进行熄灭回收热量。惰性循环气体将回收的热量带到余热锅炉与水进行换热 产生中压蒸汽,送往干熄焦汽轮机发电站,由汽轮机带动发电机发电。高温循环 气体与水进行换热后成为低温循环气体,低温循环气体进入干熄炉再与红焦进行 换热,如此不断的循环换热,焦炭最终被冷却到200 ℃以下。 1.4.1.2 干熄焦工艺流程 干熄焦工艺流程图如图1- 1所示。装满红焦的焦罐车由电机车牵引至提升井 架底部。提升机将焦罐提升并横移至干熄炉炉顶,通过料钟式布料器的装入装置 将焦炭装入干熄炉内。在干熄炉中焦炭与惰性气体直接进行热交换,焦炭被冷却 至180℃以下,经排焦装置卸到带式输送机上,然后送往筛贮焦系统。 循环风机将冷却焦炭的惰性气体从干熄炉底部的供气装置鼓入干熄炉内,与 红热焦炭逆流换热。自干熄炉排出的热循环气体的温度约为900~980℃,经一次 除尘器除尘后进入干熄焦锅炉换热,温度降至160~180℃。由锅炉出来的冷循环 气体经二次除尘器除尘后,由循环风机加压,再经副省煤器冷却至130℃后进入 干熄炉循环使用。锅炉产生的中温中压蒸汽送往汽轮机发电站进行发电。 15 第一章 文献综述 走行 提升机 汽机停蒸 公司电网 汽轮发电机 汽并网 焦粉 水余装入装置 空气 蒸汽 焦粉 热 循环氮气 循环氮气 空焦罐 一次除尘器 提锅干升水下水炉粉焦贮槽 熄降锅炉给炉水泵循环氮气 循环氮气 二次除尘器 循环风机 副省煤器 水 氮气 板式换热器 焦粉 排焦装置 除盐水罐 水 除氧器给水泵 水 除氧器 水 蒸汽 中间仓 皮带GX-2 皮带GX-1 地面除尘站 焦炭 焦罐车 图1- 1 干熄焦工艺流程总图 Fig. 1- 1 Schematic diagram of coke-dry-quenching 1.4.2 干熄焦工艺对焦炭质量的影响 1.4.2.1 焦炭在干熄炉内冷却机理分析 在干熄炉冷却段,焦炭向下流动,惰性循环气体向上流动,焦炭通过与循环 气体进行热交换而冷却。由于焦炭的块度大,在断面上形成较大的间隙,因而有 利于气体逆流。在同一层面焦炭与循环气体温差不大,因而焦炭冷却的时间主要 取决于气体与焦炭的对流传热和焦块内部的热传导,而冷却速度则主要取决于循 环气体的温度和流速,以及焦块和外表面积等。 从焦炉炭化室推出的焦炭块度并不均匀,块度大的焦炭,由其表面向内部传 热缓慢而使冷却时间延长,因此焦炭的冷却时间不可能一致。但是,焦炭在装入 干熄炉以及在干熄炉内向下流动的过程中经受机械力作用而使块度大的变小,焦 炭块度会逐步均匀化;此外,先进的干熄焦工艺所设计的圆形旋转焦罐及带‘十’ 字型料钟的装入装置都有利于焦炭在干熄炉内的均匀分布,虽然在焦炭向下流动 的过程中部分大块焦炭会偏析到干熄炉的外周,也可通过调整循环气体进干熄炉 风道上的入口挡板来调节干熄炉内中央与周边的进风比例。这几个有利因素可使 焦炭冷却时间的差别降低,排焦温度趋于一致。 16 第一章 文献综述 由于气体循环系统负压段会漏进少量空气,O2 通过红焦层就会与焦炭反应, 生成CO ,CO 在焦炭层高温区又会还原成CO ,随着循环次数的增多,循环气 2 2 体里CO 浓度愈来愈高;此外,焦炭残存挥发份始终在析出,焦炭热解生成的 H 、CO 、CH 等也都是易燃易爆成分;因此在干熄焦运行中,要控制循环气体 2 4 中可燃成分浓度在爆炸极限以下。