干熄焦的原理及應(yīng)用11

1、干熄焦的原理及應(yīng)用1、國(guó)內(nèi)干熄焦使用概況干法熄焦簡(jiǎn)稱干熄焦（CDQ,是相對(duì)于濕熄焦而言的采用惰性氣體熄滅赤熱焦炭的一種熄焦方法。干熄焦能回收利用紅焦的顯熱，改善焦炭質(zhì)量，減輕熄焦操作對(duì)環(huán)境的污染。1.1干熄焦的發(fā)展過程干熄焦起源于瑞士，20世紀(jì)40年代許多發(fā)達(dá)國(guó)家開始研究開發(fā)干熄焦技術(shù)，采取的方式各異，而且一般規(guī)模較小，生產(chǎn)不穩(wěn)定。進(jìn)入60年代，前蘇聯(lián)在干熄焦技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，獲得專利發(fā)明權(quán)，并陸續(xù)在國(guó)內(nèi)多數(shù)大型焦化廠建成干熄焦裝置。到目前為止，前蘇聯(lián)有40%的焦化廠采用了干熄焦技術(shù)，單套處理量在5070t/h。但前蘇聯(lián)干熄焦裝置在自動(dòng)控制和環(huán)境措施方面起點(diǎn)并不圖。

2、20世紀(jì)70年代的全球能源危機(jī)促使干熄焦技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，資源相對(duì)貧乏的日本，率先從蘇聯(lián)引進(jìn)了干熄焦技術(shù)，并在裝置的大型化、自動(dòng)控制和環(huán)境保護(hù)方面進(jìn)行了有效地改進(jìn)。到90年代中期，日本已建成干熄焦裝置31套，其中單套處理能力100t/h以上的裝置有17套，日本新日鐵和NKK等公司建成的干熄焦單套處理量可達(dá)到200t/h以上；裝置方式采用了料鐘布料，排焦采用了旋轉(zhuǎn)密封閥連續(xù)排焦，接焦采用了旋轉(zhuǎn)焦罐接焦等技術(shù)，使氣料比大大降低極大地降低了干熄焦裝置的建成投資和裝置的運(yùn)行費(fèi)用；在控制方面實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制，做到了全自動(dòng)無人操作；在除塵方面，采用了除塵地面站方式，避免了干熄焦裝置可能帶來的二次污染。日

3、本的干熄焦技術(shù)不僅在其國(guó)內(nèi)被普遍采用，同時(shí)它將干熄焦技術(shù)輸出到德國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家，其干熄焦技術(shù)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。20世紀(jì)80年代，德國(guó)又發(fā)明了水冷壁式干熄焦裝置，使氣體循環(huán)系統(tǒng)更加優(yōu)化，并降低了運(yùn)行成本。德國(guó)帝森爾奧托（TSOA）公司成功地將水冷柵和水冷壁置入干熄爐，并將干熄爐斷面由圓形改成方形，同時(shí)在排焦和干熄爐供氣方式上進(jìn)行了較大改進(jìn)，干熄爐內(nèi)焦炭下降及氣流上升，實(shí)現(xiàn)了均勻分布，大大提高了換熱效率，使氣料比降到1000m3/t焦下,進(jìn)一步降低了干熄焦裝置的運(yùn)行費(fèi)用。TSOA干熄焦技術(shù)在德國(guó)得到推廣，同時(shí)該技術(shù)還輸出到韓國(guó)和中國(guó)的臺(tái)北。干熄焦技術(shù)發(fā)展至今，雖然出現(xiàn)了不同形式，但基本工藝流程

4、大同小異，只是在裝焦、排焦、循環(huán)氣體除塵等方面有所區(qū)別。具有代表性的有德國(guó)TSOA公司設(shè)計(jì)的干熄焦工藝和日本新日鐵設(shè)計(jì)的干熄焦工藝，這兩種典型的干熄焦工藝在消化吸收前蘇聯(lián)干熄焦成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上都有所創(chuàng)新，形成各自的特點(diǎn)，并使干熄焦技術(shù)及其應(yīng)用達(dá)到了較先進(jìn)的水平。中國(guó)的鞍山焦耐院和首鋼設(shè)計(jì)院，以及武鋼、寶鋼、首鋼在吸收消化日本干熄焦技術(shù)方面做了一些有益的工作，并積累了一些130套。較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。目前，全國(guó)正在用于生產(chǎn)的干熄焦裝置約1.2煉焦工藝1.2.1 高溫?zé)捊篃熋焊艚^空氣加熱到9501050C,經(jīng)過干燥、熱解、熔融、黏結(jié)、固化、收縮等過程最終制得焦炭，這一過程焦高溫?zé)捊?。焦炭是一種質(zhì)地堅(jiān)硬

5、，以碳為主要成分的、含有裂紋和缺陷的不規(guī)則多孔體，呈銀灰色。其真密度1.81.95g/cm3,視密度為0.801.08g/cm3'氣孔率為35唳55%堆密度為400500kg/m3。用肉眼觀察焦炭都可以看到裂紋。焦炭主要用于高爐冶金，其次還用于鑄造、氣化和生產(chǎn)電石等，它們對(duì)焦炭有不同的要求，但高爐煉鐵用焦炭的要求為最高，用量也最大。1.2.2 焦炭生產(chǎn)過程洗煤：原煤在煉焦之前，先進(jìn)行洗選。目的是降低煤中所含的灰分和去除其他雜質(zhì)。配煤：將各種結(jié)焦性能不同的煤按一定比例配合煉焦。目的是在保證焦炭質(zhì)量的前提下，擴(kuò)大煉焦用煤的使用范圍，合理地利用國(guó)家資源，并盡可能地多得到一些化工產(chǎn)品。煉焦：將

6、配合好的煤裝入煉焦?fàn)t的炭化室，在隔絕空氣的條件下通過兩側(cè)燃燒室加熱干儲(chǔ)，經(jīng)過一定時(shí)間，最后形成焦炭。將爐內(nèi)推出的紅熱焦炭送去熄焦塔熄火，然后進(jìn)行破碎、篩分、分級(jí)、外運(yùn)。1.2.3 煉焦的產(chǎn)品處理獲得不同粒度的焦炭產(chǎn)品，分別送往高爐及燒結(jié)等用戶。熄焦方法有干法和濕法兩種。濕法熄焦是把紅熱焦炭運(yùn)至熄焦塔，用高壓水噴淋6090s。干法熄焦是將紅熱的焦炭放入熄焦室內(nèi)，用惰性氣體循環(huán)回收焦炭的物理熱，時(shí)間為24h。在煉焦過程中還會(huì)產(chǎn)生煉焦煤氣及多種化學(xué)產(chǎn)品。焦?fàn)t煤氣是燒結(jié)、煉焦、煉鐵、煉鋼和軋鋼生產(chǎn)的主要燃料。2、干熄焦2.1 干熄焦工藝2.1.1 干熄焦的裝置干熄焦的主要設(shè)備包括：電機(jī)車、焦灌車及其運(yùn)

7、載車、提升機(jī)、裝料裝置、排焦裝置、干熄爐、鼓風(fēng)裝置、循環(huán)風(fēng)機(jī)、干熄焦鍋爐、一次除塵器、二次除塵器等。a）電機(jī)車與焦罐車電機(jī)車是牽引機(jī)車，車上備有行走裝置和空壓機(jī)等，用來牽引焦罐車（或熄焦車）和開閉熄焦車車門。為確保行車安全和對(duì)位準(zhǔn)確，其剎車系統(tǒng)有三種制動(dòng)方式，機(jī)氣閥剎車、電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)制動(dòng)和電磁吸軌器，同時(shí)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)。大型干熄焦裝置一般采用旋轉(zhuǎn)焦罐，使罐內(nèi)焦炭粒度分布均勻，由于條件限制也可能采用方行焦罐。電機(jī)車與焦罐車正常情況下采用定點(diǎn)接焦方式。b）提升機(jī)提升機(jī)位于干熄焦構(gòu)架上，將裝滿紅焦的焦罐提升并移至干熄爐爐頂。c）裝料裝置裝料裝置包括加焦漏斗、干熄爐水封蓋和移動(dòng)臺(tái)車。裝料裝置靠電動(dòng)缸驅(qū)

8、動(dòng)。裝焦時(shí)加焦漏斗加焦聯(lián)動(dòng)，能自動(dòng)打開干熄爐水封蓋，配合提升機(jī)將紅焦裝入干熄爐，裝完焦后復(fù)位。裝料設(shè)備上設(shè)有集塵管，裝焦時(shí)無粉塵外溢。d）排焦裝置排焦裝置安裝于干熄爐底部，將冷卻后的焦炭排到皮帶輸送機(jī)上。目前，排焦裝置一般采用連續(xù)排焦，由電磁振動(dòng)給料機(jī)控制切出速度，采用旋轉(zhuǎn)密封閥將切出的焦炭在密閉狀態(tài)下連續(xù)排出，其耐溫、耐磨、氣密性好，排焦時(shí)粉塵不外溢。e）循環(huán)風(fēng)機(jī)循環(huán)風(fēng)機(jī)時(shí)干熄焦裝置循環(huán)系統(tǒng)的心臟，要求耐溫、耐磨并且運(yùn)行絕對(duì)可靠。f）給水預(yù)熱器給水預(yù)熱器安裝在循環(huán)風(fēng)機(jī)至干熄爐入口的循環(huán)氣體管路上，用以降低進(jìn)入干熄爐的氣體穩(wěn)定以強(qiáng)化干熄爐的換熱效果，同時(shí)用從循環(huán)氣體中回收的熱量加熱鍋爐給水，節(jié)

9、約除氧器的蒸汽用量，從而節(jié)約能量。g）干熄爐干熄爐是干熄焦裝置的核心，一般為圓形截面的豎式槽體，外殼用鋼板及型鋼制作，內(nèi)襯耐磨粘土磚及斷熱醇等。干熄爐上部為預(yù)存室，中間是斜道區(qū)，下部為冷卻室。在預(yù)存室外有環(huán)形氣道，環(huán)形氣道與斜道連通。干熄爐預(yù)存室容積要滿足焦炭預(yù)存時(shí)間的要求，預(yù)存一般在11.5h;冷卻室容積則必須滿足焦炭冷卻的要求。預(yù)存室設(shè)有上、下料位計(jì)，設(shè)有壓力測(cè)量裝置及自動(dòng)放散裝置；環(huán)形氣道設(shè)有自動(dòng)導(dǎo)入空氣裝置；冷卻室設(shè)有溫度、壓力測(cè)量及入孔、烘爐孔等。h）供氣裝置供氣裝置安裝在干熄爐底部，它由風(fēng)帽、氣道、周邊風(fēng)環(huán)形成，能將惰性氣體均勻的供入冷卻室，能夠使干熄爐內(nèi)氣流分布較均勻；另外，干熄

10、槽底錐段出口處通常設(shè)置擋棒裝置，可調(diào)節(jié)焦炭下料，使排出的焦炭冷卻均勻，冷卻效果好。i）一次及二次除塵器一次除塵器采用重力沉降槽式除塵，用于除去850-980度惰性氣體中所含的粗粒焦粉，外殼有鋼板焊制，內(nèi)襯高強(qiáng)粘土磚。二次除塵器采用多管旋風(fēng)除塵器，將循環(huán)氣體中焦粉進(jìn)一步分離出來。一次及二次除塵器設(shè)有防爆閥和入孔；一次除塵器上設(shè)有溫度壓力測(cè)量裝置、自動(dòng)放散裝置；一次及二次除塵器下部設(shè)有排粉焦管道；一次除塵器下的排粉焦管道設(shè)有水冷卻套管。2.2 干熄焦工作原理所謂干熄焦，是相對(duì)濕熄焦而言的，是指采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法。在干熄焦過程中，紅焦從干熄爐頂部裝入，低溫惰性氣體由循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)入

11、干熄爐冷卻段紅焦層內(nèi)，吸收紅焦顯熱，冷卻后的焦碳從干熄爐底部排出，從干熄爐環(huán)形煙道出來的高溫惰性氣體流經(jīng)干熄焦鍋爐進(jìn)行熱交換，鍋爐產(chǎn)生蒸汽，冷卻后的惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)重新鼓入干熄爐，惰性氣體在封閉的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。干熄焦冷卻焦碳的機(jī)理是：在干熄爐冷卻段，焦碳向下流動(dòng)，惰性循環(huán)氣體向上流動(dòng)，焦碳通過與循環(huán)氣體進(jìn)行熱交換而冷卻。冷惰性氣體（主要成分為氮?dú)猓瑴囟?70190C）在干熄爐中與煉焦?fàn)t推出的大約為1050c的赤熱焦炭逆向流動(dòng)（惰性氣體被加熱到700850C）直接換熱，從而冷卻焦炭（200C）。由于焦碳的塊度大，在斷面上形成較大的孔隙，因而有利于氣體逆流。在同一層面焦碳與循環(huán)氣體溫差不大，因

12、而焦碳冷卻的時(shí)間主要取決于氣流與焦碳的對(duì)流傳熱和焦塊內(nèi)部的熱傳導(dǎo),而冷卻速度則主要取決于循環(huán)氣體的溫度和流速，以及焦塊的溫度和外形表面積等2.3 干熄焦工藝流程3.干熄焦優(yōu)點(diǎn)：干熄焦與濕法熄焦相比能提高焦炭強(qiáng)度和降低焦炭反應(yīng)性，對(duì)高爐操作有利，尤其對(duì)質(zhì)量要求嚴(yán)的大型高爐用焦炭，干熄焦更有優(yōu)勢(shì)（降低高爐燃料比、增加出鐵比，提高爐頂溫度，增加煤粉噴吹量），同時(shí)減少對(duì)大氣造成污然。干熄焦回收紅焦廢熱產(chǎn)生蒸汽，可用于發(fā)電，避免了生產(chǎn)等量氣燃煤而對(duì)大氣的污染（5-6t蒸汽需要1噸動(dòng)力煤）。對(duì)規(guī)模為100萬t/a焦化廠而言，采用干熄焦技術(shù)，每年可以減少8-10萬噸動(dòng)力煤燃燒對(duì)大氣的污染。相當(dāng)于少向大氣排放

13、144噸-180噸煙塵、1280噸-1600噸SO2,尤其是每年可以減排10萬噸-17.5萬噸CO2采用干熄焦可以節(jié)水，寶鋼平均每噸焦炭節(jié)水大于0.44噸。采用干熄焦技術(shù)降低煉焦能耗50-60kgce/t焦。表1干熄焦與濕熄焦對(duì)比對(duì)環(huán)境影響提高焦炭強(qiáng)度排出粉塵（g/t焦炭）氣體（Nm3/t焦炭）冷狀態(tài)強(qiáng)度高溫反應(yīng)后強(qiáng)度濕式熄火200-400蒸汽大約700,CO和CO2約284.558.1CDQ<3無CO2排放8660.63.1.1提高焦炭質(zhì)量同濕法熄焦相比，避免了濕熄焦急劇冷卻對(duì)焦炭結(jié)構(gòu)的不利影響，其機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、真比重都有所提高。焦炭M40提高3%-8%,Ml0降低0.3%-0.8

14、%,且焦炭的熱反應(yīng)性（CSRCIR）均有所改善，焦炭M4毗高1%,這對(duì)降低煉鐵成本，提高生鐵產(chǎn)量極為有利，尤其對(duì)采用噴煤粉技術(shù)的大型高爐效果更加明顯。煉鐵焦比下降5千克/噸，產(chǎn)量則提高4%。在保持原焦炭質(zhì)量不變的情況下，采用干熄焦可以降低強(qiáng)粘結(jié)性的焦、肥煤配入量10-20%,有利于保護(hù)資源，降低煉焦成本。3.1.2回收顯熱、節(jié)能降耗同濕熄焦相比，干熄焦可回收利用紅焦約83%的顯熱，每干熄1t焦炭回收的熱量約為3.9-4.0MPa、450c蒸汽0.45-0.55t。濕熄焦沒有任何能源回收利用。3.1.3降低有害物質(zhì)的排放，保護(hù)環(huán)境濕熄焦產(chǎn)生大量酌酚、氧化合物和硫化合物等有害物質(zhì)（每熄一噸紅焦炭就要將0.5t含有大量酚、氧化物、硫化物及粉塵的蒸汽）自由排放，嚴(yán)重腐蝕周圍設(shè)備并污染大氣，這些污染物占煉焦過程對(duì)外排放水污染物的三分之一。干