国外干熄焦最新技术及发展趋势

一、国外干熄焦最新技术及发展趋势
（一）干熄焦工艺发展概况
干法熄焦简称干熄焦（CDQ），是相对于湿熄焦而言的采用惰性气体熄灭赤热焦炭的一种熄焦方法。干熄焦能回收利用红焦的显热，改善焦炭质量，减轻熄焦操作对环境的污染。
干熄焦起源于瑞士，最早的干熄焦装置是1917年瑞士舒尔查公司在丘里赫市炼焦制气采用的。20世纪30年代起，前苏联、德国、日本、法国、比利时等许多国家也相继采用了构造各异的干熄焦装置。干熄焦装置经历了罐室式、多室式、地下槽式、地上槽式的发展过程，由于处理能力都比较小，发生蒸汽不稳定、投资大等因素，这一技术长期未得到发展。到了20世纪60年代，前苏联在干熄焦技术工业化方面取得了突破性进展，在切列波维茨钢铁厂建造了带预存室的地上槽式干熄焦装置，处理能力达到52-56t/h。这种带预存室地上槽式干熄焦工业装置解决了过去干熄焦装置发生蒸汽不稳定等问题，实现了连续稳定的热交换操作。20世纪70年代，全球范围内的能源危机进一步推动了干熄焦技术的发展。日本首当其冲，在能源短缺、节能呼声高涨的背景下，从前苏联引进干熄技术和专利实施许可，经过消化移植，在大型化、自动化和环境保护措施等方面有所发展。到了20世纪90年代，日本建成投产了单槽处理能力为56-200t/h的多种规模的干熄焦装置39套，干熄焦率约占日本高炉焦用量的80%，是干熄焦装置应用最多的国家之一。
目前，日本新日铁、NKK、德国蒂森·斯梯尔·奥托公司在干熄焦技术上处于领先水平。这些公司在扩大干熄焦装置能力、改善冷却室特性、热平衡、物料平衡、自动化、环保等方面实现了最佳化设计，其处理能力和装置的先进性远远超过前苏联，并形成了各自的特点，见表1。

项目	乌克兰	日本	德国
处理能力(t/h)	50、70	56-250	75-170
控制方式	三型仪表	三电一体化	三电一体化
气料化(m3/t)	1500-1750	1200	1000
干熄焦槽形状	圆形	圆形	方形、带水冷机栅和水冷壁
一次除尘器	有	有	无
装料料种	无	有	无
吨焦能耗(kWh)	22	17	13
开发时间(20世纪)	60年代	70年代	80年代

除前苏联、日本、德国拥有干熄焦装置外，印度、韩国、波兰、罗马尼亚、巴西、土耳其、尼日利亚和我国都相继建成了干熄焦装置。
（二）工艺技术特点
与常规湿法熄焦相比，干熄焦主要有以下三方面特点。
1、回收红焦显热
出炉红焦显热约占焦炉能耗的35%-40%，干熄焦可回收80%的红焦显热，平均每熄1t焦炭可回收3.9-4.0MPa、450℃蒸汽0.45-0.55t。据日本新日铁对其企业内部包括干熄焦、高炉炉顶余压发电等所有节能项目效果分析，结果表明干熄焦装置节能占总节能的50%。可以说，干熄焦在钢铁企业节能项目中占有举足轻重的地位。
2、改善焦炭质量
干熄焦与湿熄焦相比，避免了湿熄焦急剧冷却对焦炭结构的不利影响，其机械强度、耐磨性、真比重都有所提高。M40提高3%-6%，M10降低0.3%-0.8%，反应性指数CRI明显降低。冶金焦炭质量的改善，对降低炼铁成本、提高生铁产量、高炉操作顺行极为有利，尤其对采用喷煤技术的大型高炉效果更加明显。前苏联大高炉冶炼表明，采用干熄焦炭可使焦比降低2.3%，高炉生产能力提高1%-1.5%。
同时在保持原焦炭质量不变的条件下，采用干熄焦可扩大弱粘结性煤在炼焦用煤中的用量，降低炼焦成本。两种熄焦方法焦炭质量指标对比见表2。

焦炭质量指标	湿熄焦	干熄焦
水分(%)	2-5	0.1-0.3
灰分(干基)(%)	10.5	10.4
挥发分(%)	0.5	0.41
M40(%)	干熄焦比湿熄焦提高3%-6%
M10(%)	干熄焦比湿熄焦改善0.3%-0.8%
筛分组成:>80mm(%)	11.8	8.5
80-60mm(%)	36	34.9
60-40mm(%)	41.1	44.8
40-25mm(%)	8.7	9.5
<25mm(%)	2.4	2.3
平均粒度(mm)	65	55
CSR(%)	干熄焦比湿熄焦提高4%左右
真密度(g/cm3)	1.897	1.908

3、减少环境污染
常规的湿熄焦，以规模为年产焦炭100万吨焦化厂为例，酚、氰化物、硫化氢、氨等有毒气体的排放量超过600t，严重污染大气和周边环境。干熄焦则由于采用惰性气体在密闭的干熄槽内冷却红焦，并配备良好有效的除尘设施，基本上不污染环境。
另一方面，干熄焦产生的生产用汽，可避免生产相同数量蒸汽的锅炉烟气对大气的污染，减少SO₂、CO₂排放，具有良好的社会效益。两种熄焦污染情况见表3。

生产方式	酚	氰化物	硫化物	氨	焦尘	一氧化碳
湿熄焦	33	4.2	7.0	14.0	13.4	21.0
干熄焦	无	无	无	无	7.0	22.3

（三）国外干熄焦工艺的最新技术及发展趋势
随着干熄焦技术的推广应用，干熄焦设备的高效化、大型化成为20世纪80年代中期以来的发展趋势。建设大型干熄焦装置，具有占地面积小、降低投资和运行费用、生产操作、自动控制、维修与管理简便、劳动生产率高等优点。20世纪80年代中期以来，日本相继开发设计并建成了单槽处理能力分别为110t/h、150t/h、180t/h、200t/h以上的大型干熄焦。干熄焦单槽处理能力按焦炉组生产规模确定，以一套配置，不配备备用干熄焦装置，当干熄焦装置检修时，启用湿法熄焦。
干熄焦大型化带来了工艺技术和装备的一系列改进，使干熄焦技术发展到一个新的水平。主要的改进措施如下：
1、装料装置的改进
提高干熄焦处理能力，不是单纯加高干熄槽高度，而是采取加大直径来增大干熄槽容积，选择合理的高径比H/D，使投资要经济一些，结构要紧凑一些。但随着干熄槽直径的加大，槽内面料偏析而更加不均匀。针对这个问题，在装料装置溜槽的底口设置一个布料料钟，不仅解决了装料偏析，同时由于布料均匀使冷却气体分布均匀，通过焦层阻力减小，使焦炭冷却速度也较为一致。因此，使冷却气体循环量下降200-300m³/t，从而降低了循环系统的动力消耗。
2、实现连续排焦
前苏联和日本以前的设计，都是采用间歇排焦，即用多道闸门交替开闭或振动给料器与多道闸门组合方式，这种排焦装置的结构和程度控制较复杂，且还造成干熄焦槽内温度压力频繁波动。
日本新日铁对此进行了改进，采用电磁振动给料器和旋转密阀组合成连续排焦装置。实现了连续不间断排焦，克服了间歇排焦之不足。这种装置结构紧凑，降低排焦设备高度5m左右。
德国TOSA公司采用的是方形干熄槽，冷却室下部设计为多格溜槽，每格装有摆动式排焦装置，通过摆动阀按顺序连续排焦，也解决了间歇排焦温度压力不稳定的问题。
3、采用旋转接焦方式
采用旋转接焦方式是防止接焦装焦偏析的措施，克服了过去采用矩形焦罐接焦形式的焦粒偏析和装焦布料的不均匀。其优点除此之外有以下四点：
一是圆形焦罐与矩形焦罐相比，在相同有效容积下，重量减轻，圆形焦罐的有效容积比大，为88%，矩形为65%；
二是由于重量减轻，提升机能力可降低，节省投资和运行费用；
三是圆形焦罐受热均匀，使用寿命相对延长；
四是圆形焦罐接焦均匀，提升机导轨受力平衡，避免了矩形焦罐载荷不均对一边提升导轨的过度磨损。
4、节能措施
新日铁采取在循环风机后，即入炉前增设给水预热器，降低入炉气体温度。德国TOSA在干熄槽冷却室安装水冷壁、水冷栅，都是为了提高冷却效率的节能措施，并使吨焦循环气体量下降。采用水冷壁、水冷栅方式，气料比降至每吨焦1000m³，吨焦能耗13kWh，仅为前苏联干熄焦吨焦能耗的60%。
5、锅炉设备
防止干熄焦废热锅炉炉管磨损，是一个关键问题。近年来，采取了许多耐磨耐蚀技术措施，使锅炉故障率大大降低，保证了干熄焦装置的正常安全运行。
日本电价昂贵，为增加发电量提高效益，日本的干熄焦吨焦产汽量高达600-700kg，蒸汽压力10MPa以上。
6、提高设备的可靠性
采用无备用干熄焦方式，对设备可靠性、作业率要求更高。日本干熄焦设备可以达到1.5年检修一次，作业率达到98%。干熄焦控制全部采用三电一体化方式，实现了全自动操作。
二、国内干熄焦工艺应用情况
（一）基本概况
我国干熄焦技术的应用，始于上海宝钢。1985年，上海宝钢一期工程引进日本4*75t/h干熄焦装置并正式投产运行，这是我国最早引进投产的干熄焦装置。同年，上海浦东煤气厂引进前苏联2*70t/h干熄焦装置，并于1994年投产。1991年和1997年宝钢二期、三期采用日本技术的两组4*75t/h干熄焦，2001年首钢采用日本技术的1*65t/h干熄焦装置相继建成投产，2003年马钢的干熄焦工程被列入“九五”国家重大引进技术消化吸引项目——干熄焦消化吸收创新“一条龙”项目工程，是国内第一条自行设计制造，国产化率达90%以上的干熄焦装置。此外，武钢、鞍钢、昆钢、通钢等国内钢铁企业也都在进行干熄焦工艺的建设。迄今为止，国内已有17套干熄焦装置投入运行。
（二）国内冶金焦化行业特点和干熄焦发展趋势
首先，我国是产焦大国，焦炉多，且炉组生产能力不一，干熄焦装置应同炉组生产能力匹配，才能充分发挥资源和技术优势。起初我国引进的干熄焦装置以70t/h和75t/h两种规模为主，不能合理地与炉组生产能力匹配，且采用备用干熄焦方式，从而增加了不必要的建设投资，影响干熄焦经济效益。以年产焦量100万吨焦化厂为例，配置2*75t/h一组干熄焦装置，以湿熄焦备用，其处理能力富余20%；对年产焦量70-80万吨焦化厂，仍配置2*75t/h一组干熄焦，处理能力富余高达50%，显然不合理，以干熄焦备用，能力富余更多，更不合理。因此，我国干熄焦装置必须根据生产能力形成系列，向大型化发展，开发100t/h以上处理能力的干熄焦成为趋势。以国外干熄焦大型化进行来看，只有干熄焦装置大型化、高效化，才能降低投资成本，提高投资效益，干熄焦水平才能上一个新台阶。
第二，钢铁工业是国民经济中的能耗大户，随着国家能源价格的调整，能源消耗已占钢铁生产成本的30%左右。由于我国钢铁工业能耗较高，严重影响钢铁工业的竞争力，随着钢铁、能源价格与国际接轨，成为制约钢铁工业参与国际竞争的主要问题之一。因此，节能降耗成为自“九五”规划以来冶金全行业的工作重点。在钢铁联合企业中，炼铁系统（铁、炼、焦）占总能耗的50%以上，污染也是最严重的。因此，炼铁系统节能一直是冶金企业节能和环保的重点，而在炼铁系统中，最大的节能和环保技术措施当属干熄焦，干熄焦具有节能、环保、提高质量的三重效益。我国机焦生产能力达到9000万吨/a以上，其中冶金系统产焦能力达到6000万吨/a，但干熄焦率很低，建设干熄焦的市场需求很大。
针对以上所述情况，近几年来，在国家冶金技术发展政策引导下，干熄焦作为重点节能推广项目已经得到冶金企业积极响应，继武钢140t/h干熄焦项目之后，马钢（125t/h）、涟钢（100t/h）、本钢（121t/h）、包钢（125t/h）等十几家企业曾计划在十五期间建设100t/h以上规模干熄焦装置。从这些在建和拟建项目中可以看出，大型化、高效化、国产化是干熄焦发展的必然趋势。
我国自20世纪80年代引进干熄焦技术以来，在中间近20年缓慢发展之后，随着技术进步、节能降耗、市场竞争形势的要求，必将迎来一个新的建设高潮。
（三）国内部分厂家干熄焦设备运行情况
1、在宝钢的应用情况
（1）基本概况
我国第一套干法熄焦装置即宝钢干熄焦一期工程于1985年5月23日顺利投产，随后又进行了二、三期干熄焦工程。现共有12座处理能力为75t/h的干熄焦装置在安全、正常地运行着。
（2）运行工艺参数
处理能力： 75t/h
干熄槽主要尺寸：
储存室内径： Φ6060mm
预存室容积： 200m³
冷却室内径： Φ6800mm
冷却室容积：300m³
装入焦炭温度：1000-1050℃
冷却后焦炭温度： 200-250℃
循环气体量： 1500Nm³/t焦
循环气体入口温度： 180-200℃
循环气体出口温度： 800±50℃
蒸汽产率：420-450kg/t焦
蒸汽参数：46kgf/cm²,450℃
循环气体组成：
CO：8%-10%；H₂：2%-3%；O₂：0%-0.2%；CO₂：10%-15%；N₂：70%-75%
（3）效益评估
宝钢干熄焦自1985年5月23日投产至1998年5月31日，一、二、三期干熄焦共创造了如下经济实效：处理焦炭量3312万吨；产生蒸汽量1924万吨；发电量139347万kWH。
在十几年的生产实践中，宝钢干熄焦装置进一步改进和完善，体现出如下特点：
A、只建干熄焦，没有湿熄焦
宝钢只建干熄焦，不建湿熄焦，就必须保证它百分之百的成功，并要持续安全运行，否则由于干熄焦的故障就会影响整个宝钢的正常生产。国外一些工厂多是在保留原有湿熄焦装置的条件下建设干熄焦的。把原有湿熄焦作为备用，以确保干熄焦在故障时仍能使焦炉正常生产，即干、湿两套装置并存。我国是在没有任何经验的条件下，在宝钢一期建设中就只建干熄焦，不设湿熄焦装置作备用，不能不说是个大胆的决定。这样既可避免转换湿熄焦装置后，焦炭质量波动带给高炉的不利影响，又能减少管理的复杂性和增加除尘系统操作的难度，为我国干熄焦建设走出了一条全新的道路。多年生产实践证明，宝钢干熄焦运行已进入稳定成熟阶段，宝钢已积累了一整套运行、维护、检修和管理方面的经验。
B、处理焦炭量之多在世界钢铁企业中名列前茅
宝钢12座干熄焦装置，总处理焦能力为900t/h，可处理年产510万吨焦炭，不仅有效保证宝钢高炉的用焦量，而且宝钢干熄焦处理焦炭量约占我国机制焦炭量的8%左右。这两方面在世界钢铁企业中都是罕见的。
C、干熄焦设计投产由全盘引进到立足于国内
宝钢干熄焦装置一期工程全部由日本新日铁公司引进。二、三期与一期相同，也是建四组75t/h干熄焦装置，是采取“立足于国内”的方针，由国内负责设计和组织投产。装备中除了装焦、排焦、大吊车、循环风机以及电控和部分仪表由新日铁引进外，其他均由国内供货，耐火砖、铸石板、钢结构等100%由国内供应。
2、在济钢的应用情况
济钢干熄焦工程是原国家经贸委批准立项的节能环保示范工程，是回收红焦显热和改善操作环境的一项先进工艺技术。该工程1996年正式开工建设，1999年3月建成投产，工程总投资约2.3亿元。
（1）设备情况
济钢干熄焦工程是引进国外先进生产技术与关键设备，由乌克兰国家焦耐院和济钢设计院共同设计、合作制造，实现了对干熄焦技术、设备的消化、吸收，设备国产化率达到90%，实现了国产化，是我国第一套国产化干熄焦装置。济钢干熄焦工艺由焦炭熄焦系统、循环系统、锅炉发电系统和环境除尘系统组成。它包括2座70t/h的干熄炉、2座35t/h的余热锅炉、4台630kWh和800kWh循环风机、2台48t提升机等主要设备。设计年冷却焦炭110万吨，产蒸汽52万吨，发电3919万kWh。
（2）生产运行情况
济钢干熄焦由1999年3月开工以来，经过不断改进与完善，使设备故障率大大降低，生产能力已接近设计值。现已实现连续、稳定、高效运行，各项工艺参数基本正常。
（3）干熄焦技术在济钢的发展
干熄炉底锥段将全部铸石板改为耐磨、耐热铸板。在斜风道、熄焦室顶部、沉降室入口及挡尘墙等部位均采用不定形耐火材料，十分有利于干熄焦技术的大力推广。
工艺除尘中的二次除尘器采用陶瓷多管除尘器，除尘效果良好，设备寿命长。
环境除尘采用陶瓷多管除尘器与湿式凝聚式除尘器两级除尘器串联使用，除尘效果非常好，实现了达标排放。采用陶瓷多管除尘器一级除尘器除去大量粒粉尘，同时实现了降温的功能。利用二级湿式凝聚式除尘器除去细微的粉尘，并通过喷洒废氨水中和除去气体中的SO₂等酸性气体。
采用自然循环锅炉技术，效果良好。
焦粉气力输送在该工程中的成功应用，解决了焦粉输送中的二次污染。
（四）干熄焦技术的展望
（1）加强干熄焦技术的研究与开发，针对我国焦炉炉型多的特点，开发出一系列的干熄炉型，形成系列。重点研究不同的处理能力，对炉型的要求，形成具有中国特色的专利技术。
（2）进一步加强循环系统能源的综合利用，给水预热器技术应用得到进一步应用和发展，从而进一步优化工艺参数，提高节能效果，提高干熄焦效果。
（3）干熄炉采用料钟布料和不定形耐火材料技术，将推动干熄炉技术的发展，干熄炉的长寿命攻关研究也将越来越被人们所重视。
（4）排焦装置采用连续排焦方式，减少循环气体的泄露，有利于生产的稳定和安全生产。
（5）干熄焦设备的检修将进一步规范，检修时间将进一步缩短。许多检修项目将在定修期间完成。在干熄焦检修时，选择湿法熄焦作为备用，更有利于降低成本，增加效益。