浅谈热回收焦炉的应用前景

王 蓉

随着我国钢铁企业的发展和高炉大型化，对焦炭需求量和质量的要求也随之提高，但是优质炼焦煤资源却日趋匮乏。为了减少主焦煤的用量，多用弱黏结性煤、无黏结性煤，随后研究开发了配型煤炼焦、捣固炼焦、预热煤炼焦及调湿煤技术等。

目前，常见的是捣固炼焦，因为在相同配煤比的情况下，捣固炼焦所产的焦炭质量较好。因此，为了扩大炼焦用煤，特别是对高挥发分煤和弱黏结性煤贮量多的区域，采用捣固炼焦更为有利。

但是随着国民经济建设的大力发展，我国政府对焦化工业产业结构调整和环境保护工作越来越重视。投入大量的人力和财力，进行多次土焦改造和大力发展大机焦建设。焦炭工业必须加大技术创新力度，淘汰落后的简易小机焦，加强资源综合利用，加大环境保护力度，提高炼焦技术水平。清洁型热回收焦炉就是在这种产业结构调整的要求下，应用发展起来的。山西西山煤气化公司焦化二厂采用的就是QRD－2000清洁型热回收捣固焦炉。该焦炉由山西省化工设计院设计，是在总结国外无回收焦炉技术以及我国成熟的焦炉生产经验的基础上改进创新的清洁型焦炉。在该公司投入使用之前，山西兴高能源股份有限公司、晋城沁泽焦化有限公司等企业已应用QRD－2000清洁型热回收捣固焦炉生产焦炭，操作环境好，机械化程度较高。

1 热回收焦炉概述

热回收焦炉是指炼焦煤在炼焦过程中产生焦炭，其化学产品、焦炉煤气和一些有害的物质在炼焦炉内部合理地充分燃烧，回收高温废气的热量用来发电或其他用途的一种焦炉。

我国的热回收焦炉由于采用了捣固装煤，全部机械化操作，实现了清洁生产，因此，我国的热回收焦炉也叫清洁型热回收捣固焦炉。

热回收焦炉由于其独特的炉体结构和工艺技术，在炼焦过程中炭化室负压操作，不外泄烟尘，也不回收化学产品和净化焦炉煤气，很少产生污染物，因此，热回收焦炉解决了炼焦过程中主要污染物的排放，基本上实现了清洁生产和环境保护。同时由于热回收焦炉炼焦煤种适用广泛，焦炭块度大，质量高，在实际应用中已显示了它的优越性。

热回收焦炉与改良焦炉在炉体结构、机械配置、装备水平、工艺指标、自动化程度等方面有着根本的区别。热回收焦炉配备有与常规机焦炉基本相同的备煤、筛焦工艺，焦炉炉体有完善的焦炉保护板、炉柱、炉门等焦炉铁件，有装煤推焦车和接熄焦车，采用湿法熄焦，炼焦产生的废气余热经过锅炉产生蒸汽发电，废气经脱除二氧化硫后经烟囱排放。热回收焦炉工艺流程简单，设备少，且配套的辅助生产设施不多，简易流程示意图见图1。

图1 热回收焦炉工艺流程示意图

2 热回收焦炉的工作原理

热回收焦炉是将炼焦煤捣固后装入炭化室，利用炭化室主墙、炉底和炉顶储蓄的热量以及相邻炭化室传入的热量使炼焦煤加热分解，产生荒煤气，荒煤气在自下而上逸出的过程中，覆盖在煤层表面，形成第一层惰性气体保护层，然后向炉顶空间扩散，与由外部引入的空气发生不充分燃烧，生成的废气形成煤焦与空气之间的第二层惰性气体保护层。由于干馏产生的荒煤气不断产生，在煤(焦)层上覆盖和向炉顶的扩散不断进行，使煤(焦)层在整个炼焦周期内始终覆盖着完好的惰性气体保护层，使炼焦煤在隔绝空气的条件下加热得到焦炭。在炭化室内燃烧不完全的气体，通过炭化室主墙下降火道到四联拱燃烧室内，在耐火砖的保护下再次与进入的适度过量空气充分燃烧，燃烧后的高温废气送往发电并脱除二氧化硫后排入大气。

3 热回收焦炉的特点

1)有利于煤炭资源的综合利用。热回收焦炉配煤可以配入大量的弱黏煤，甚至可以配入少量的不黏煤。与传统的大机焦相比，大大节约了宝贵的焦煤与肥煤资源，同时也降低了焦炭生成成本，有利于提高企业经济效益。以该公司2010年实际生产情况来说，配煤方案中肥煤与焦煤共占30%，瘦煤占40%左右，剩余30%左右就配入了弱黏煤，曾经还配入过少量的不黏煤。从价格上来讲，肥煤、焦煤的入厂价格为1 540元左右，瘦煤的入厂价格为1 130元左右，其它弱黏煤的入厂价格大多在1 050元左右，大量配入弱黏煤也大大降低了焦炭的生产成本，提高了企业的经济效益。

2)有利于焦炉实现清洁生产。热回收焦炉采用焦炉炭化室负压操作，从根本上消除了炼焦过程中烟尘的外泄，与传统的大机焦操作相比，杜绝了焦炉跑烟冒火现象;炼焦炉采用水平接焦，最大限度地减少了推焦过程中焦炭洒落产生的粉尘，彻底改善了焦化厂大气环境。熄焦水闭路循环使用，杜绝了废水外排，与传统的大机焦相比，不产生含酚废水等焦化废水，彻底改善了焦化厂所在区域的水质。炼焦工艺的设计与环保措施相结合，进一步实现了焦炉的清洁生产。

3)有利于控制产品质量。该公司采用的QRD－2000清洁型热回收捣固焦炉，设计以生产焦炭和发电为主。可生产铸造焦、冶金焦，炭化室长13 340 mm，宽3 596 mm，高2 758 mm，耐火材料有硅砖、黏土砖、高铝砖、轻质砖等。由于采用大容积捣固炼焦，炼焦煤堆密度在1.0～1.1 g/cm3。由于扩大了炼焦煤的使用，加入了大量的瘦煤与弱黏煤，更有利于控制焦炭的灰分、硫分，通过以下几组数据比较(该公司焦化一厂为机焦)，见表1。

表1 两种焦炉的灰分、硫分对比数据表

由表1可以看出，热回收捣固焦炉比传统机焦的焦炭产品质量更好。

4)有利于降低炼焦工序能耗。由于没有传统焦炉的化产回收、煤气净化等工序，也没有焦炉装煤出焦除尘、污水处理等环境保护的尾部治理措施，生产过程中能源消耗较低。通过该公司近几个月吨焦耗水、吨焦耗电情况，见表2，可以看出热回收捣固焦炉比机焦能源消耗要低。

4 热回收焦炉的发展前景

在改良焦炉关闭后，使已经形成铸造焦的供应市场出现短缺，需要新的生产能力补充市场需求。热回收焦炉保留了改良焦炉的大容积和捣固炼焦的特点，在实现生产操作机械化的同时，也使生产用煤质量发生了重大变化，即可以在大量利用非炼焦煤的基础上生产出优质的铸造焦。

表2 两种焦炉的吨焦耗水、吨耗电对比数据表

热回收焦炉适宜生产铸造焦的原因：

1)热回收焦炉炭化室宽、容积大，有客观条件生产大块焦炭。

2)热回收焦炉能使焦炉在较低温度下操作，降低炼焦温度和结焦速率，从炼焦工艺上减少炼焦煤在结焦过程中产生的热应力，减少焦炭在结焦过程中产生的裂纹，从而使焦炭块度增大。

3)热回收焦炉可以配入大量高变质程度煤，在保证炼焦煤的结焦性能的同时，尽可能减少炼焦时的收缩裂纹。

根据市场需求，为了增加公司经济效益，该公司(焦化二厂)热回收捣固焦炉将于2011年生产铸造焦，销售价格与同等质量的冶金焦要高出200元/t。

5 结束语

1)热回收焦炉工艺设计与环境保护措施相结合，实现了清洁生产，且操作简便。

2)可以生产优质焦炭。

3)扩大了炼焦煤资源，有利于节约宝贵的肥焦煤资源，降低焦炭生产成本，提高企业经济效益。

4)由于热回收焦炉实现余热回收，采用负压操作、二次燃烧，故生产过程中存在化焦现象，在今后设计及生产过程中有待严格控制。

通过该公司热回收焦炉(焦化二厂)与机焦炉(焦化一厂)的全焦率对比数据见表3，由表3可以看出，热回收焦炉的化焦现象较严重。

表3 两种焦炉的全焦率对比数据表

总之，热回收焦炉已经在国内外大力推广，并已纳入国家2008年修订的《焦化行业准入条件》，符合国家产业结构政策和环保要求。但作为一种新型生产工艺，在今后的设计、建设和生产过程中需进一步完善。2008年修订的《焦化行业准入条件》中明确提出：新建和改扩建焦化生产企业应满足节能、环保和资源综合利用的要求，实现合理规模经济。热回收焦炉：企业生产能力40万t/年及以上。应继续提升热回收炼焦技术，禁止新建热回收焦炉项目，焦化准入是为了使其真正地体现节约能源、清洁生产。

［1］ 潘立慧，魏松波.炼焦新技术［M］.冶金工业出版社出版，2006：176－180.