清洁型热回收炼焦技术的应用与发展趋势

秦 瑶

(山西中鑫洁净焦技术研究设计院有限公司，山西 太原 030006)

引 言

“十三五”期间，焦化行业面临着调整结构、转变发展方式的重大历史任务。为促进焦化行业结构调整和转型升级，引导和规范焦化企业投资和生产经营，我国已全面实施《焦化行业准入条件(2014年修订)》。热回收炼焦技术作为重要的洁净煤技术对焦化企业的转型升级将发挥着至关重要的作用。

热回收炼焦技术是在总结国内热回收焦炉技术和借鉴国外热回收焦炉经验的基础上开发的一种清洁型热回收捣固炼焦技术[1]，具有能耗低、污染小、工艺流程短、建设速度快、操作简单、运行成本低及可以扩大炼焦煤资源等特点，已在国内外得到广泛应用。

1 清洁型热回收捣固炼焦技术

清洁型热回收捣固炼焦技术是一种回收利用炼焦燃烧烟气余热的焦炭生产技术，配置有捣固机、装煤推焦车和接熄焦车三大焦炉机械，采用先进的液压捣固技术[2]。焦炉炭化室微负压操作，机械化捣固、装煤、出焦。全过程负压操作，炼焦烟尘得到控制，不产生废水；炭化室大型化，具有炼焦焦炭块度大，焦炉电耗低，寿命长等优点；炼焦废气余热实现回收利用。

1.1 设备组成

热回收焦炉炼焦用主要设备有：QRD系列清洁型热回收捣固焦炉；推焦装煤设备：推焦装煤车、捣固站；熄焦设备：熄焦车、熄焦塔、熄焦泵、晾焦台等。热回收焦炉是指焦炉炭化室微负压操作、机械化捣固、装煤、出焦、回收利用炼焦燃烧废气余热的焦炭生产装置。图1、图2分别为六联拱热回收捣固焦炉立面和正面视图。六联拱热回收捣固焦炉主要由炉顶、炭化室、主墙上升火道、六联拱燃烧室、主墙下降火道、炭化室底及端墙组成。QRD系列清洁型热回收捣固式机焦炉已在我国大范围推广使用，是目前我国最先进、最完善、最可靠的热回收焦炉。

图1 六联拱热回收捣固焦炉立面图

图2 六联拱热回收捣固焦炉正面视图

捣固站(捣固机)是将装炉煤料在煤塔下面的捣固站上捣固成煤饼的设备，主要由平煤、走行、捣固、侧板定位、液压系统、电气系统、钢结构等组成；捣固机多为液压捣固方式，具有维修率低、噪声低、煤饼表面平整、密度均匀等优点。装煤推焦车具有摘门、推焦和装送煤饼的功能。主要由开闭炉门机构、推焦装置、装煤饼装置、走行装置、液压系统、电气系统、操作室等组成。接熄焦车主要由开闭炉门机构、接焦装置、倾翻装置、走行装置、液压系统、电气系统、操作室等组成。

1.2 技术原理

炼焦是指炼焦煤在隔绝空气条件下加热到1 000 ℃左右(高温干馏)，通过热分解和结焦产生焦炭、焦炉煤气和其他炼焦化学产品的工艺过程[3]。热回收炼焦工艺流程如图3所示。将炼焦煤配煤、粉碎、捣固后装入热回收焦炉炭化室，利用炭化室主墙、炉底、炉顶储蓄的热量和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，形成惰性气体保护层。由于干馏阶段的荒煤气不断产生，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，从而在隔绝空气的条件下加热，并经干法熄焦、筛分，得到焦炭。热回收炼焦工艺为微负压炼焦，炼焦炉为拱型结构，炼焦产生的副产品高温烟气通过余热锅炉进行换热产生蒸汽，蒸汽直接外供使用或者用于驱动汽轮机发电。低温烟气经过除尘、脱硫，经烟囱排出。

图3 热回收炼焦工艺技术流程图

热回收炼焦的高温烟气系统包括上升管、集气支管、集气总管及集气外管四部分。高温烟气系统内衬采用耐高温、导热系数低、强度高、加热永久线变化较小的耐火隔热材料。合理可靠的炼焦高温烟气系统，对延长其使用寿命，降低炼焦能耗，提高企业经济效益起着关键性作用。

1.3 清洁型热回收捣固炼焦技术的特点

1) 六联拱燃烧室

六联拱由原四联拱的两两一组火道分别增加一条火道循环，拉长了废气行程，使废气成分燃烧得更充分、完全；同时，对上部炭化室起到更好的支撑作用。较之前的四联拱，燃烧室炼焦产生的挥发性物质100%燃烧，提高了10%左右传热效率，焦炉使用寿命由15年增加到30年。

2) 炼焦煤低烧损

焦炉炉顶采用拱型结构，并安装有可调节的一次空气进口和布风装置，从炉顶进入的一次空气不和炼焦煤直接接触，降低了炼焦煤的烧损，达到炼焦煤隔绝空气下高温干馏的目的，炼焦煤烧损由原来的3%左右降低到了1.5%以下。

3) 炼焦煤供应更广，成本更低

装入煤的挥发性物质从19%～38%都可使用，无烟煤可配入30%～40%，炼焦煤供应更方便，成本更低。

4) 焦炭质量更高

独特的炼焦工艺，能生产出CSR>66%、CRI<23%的高质量焦炭，可以根据用户要求生产各种品种和质量的焦炭。

5) 节约能耗

通过改变焦炉炉体局部结构、耐火砖的结构，有利于焦炉调火操作，同时，提高了焦炉的传热效率，减小了系统阻力，降低了焦炉散热，节约了能源。

6) 高发电量

新一代热回收焦炉主要特征是炼焦余热高发电量，吨焦发电量>750 kWh。

7) 严格的环境保护设施

新一代热回收焦炉主要特征之一是更严格的装煤、推焦、烟气等环保设施，PM<30 mg/m3，φ(SO2)<50 mg/m3，φ(NOx)<100 mg/m3。

8) 湿熄焦水回收和除尘

新一代热回收焦炉主要特征是可以提供湿熄焦回收熄焦塔水蒸气和除尘的装置，降低了水的消耗，减少了湿法熄焦颗粒物的排放，节约了水资源，保护了环境。

9) 干法熄焦

新一代热回收焦炉主要特征是可以提供干法熄焦，对改善焦炭质量，保护环境，提高高炉的生产效益和节约能源具有一定作用。

10) 更安全、更卫生

新一代回收焦炉的主要特征是采用了更完善的PLC和DCS控制系统，具有更安全、更卫生的生产环境。

2 国内市场应用分析

我国从1999年开始研发热回收焦技术并取得成功，从2000年开始规模建设。我国热回收炼焦技术燃烧室开始采用四联拱结构，从2008年起燃烧室采用更先进的六联拱结构。目前，利用清洁型热回收捣固式炼焦技术的焦炭产能已超过2 000万t/a，在国际焦炭生产总量中占据相当份额。

甘肃武威荣华工贸集团有限公司150万t/a热回收炼焦项目2011年开始设计，2013年5月1日正式投产运行。该项目是热回收炼焦、炼焦余热发电、背压和抽汽发电蒸汽供热的循环经济项目，是目前中国焦炭产量最大、设备水平最高的热回收炼焦项目，采用装煤车上除尘、焦炉六联拱燃烧室结构、下降火道口在炭化室拱顶下部、烟气氨法脱硫、烟气布袋除尘器除尘等先进技术，创造了我国热回收炼焦多项第一。

3 国际市场应用分析

热回收炼焦技术是近期发展的炼焦新技术之一，中国的热回收炼焦技术及其焦炭生产规模在国际上已处于领先水平。该技术使用最为典型的国家有中国、美国、澳大利亚、印度、巴西、哥伦比亚、越南、伊朗、泰国、印度尼西亚等。图4、图5分别为印度GSIL热回收项目、越南HOA PHAT热回收项目实施后的炼焦生产图。目前，炼焦煤烧损低、结焦时间短、环保设施完善、余热发电量高、技术水平和装备水平先进的热回收炼焦技术成功地在这些发展中国家成熟应用，并得到了原先的设计预期，取得了显著的经济效益与社会效益。

图4 印度GSIL热回收项目

图5 越南HOA PHAT热回收项目

青山集团印尼瑞浦55万t/a热回收焦炉配套2×25 MW余热发电工程，采用专利技术CHS-2015型清洁型热回收捣固炼焦炉，生产的焦炭和电力全部供给不锈钢工业园区使用。CHS-2015型热回收焦炉炭化室长度为15 210 mm，燃烧室为六联拱结构。余热发电采用高温高压机组，主蒸汽阀前主蒸汽额定压力为8.83 MPa，额定温度为535 ℃。本项目焦炉已于2017年8月29日顺利投产出焦，余热发电机组于2018年2月1日顺利投产。投产以来，焦炉和发电机组运行正常，焦炭产量、质量及余热发电量达到或超过了设计指标。特别是余热发电量吨焦为750 kWh，达到了世界先进水平。该工程是青山集团在印尼不锈钢园区的配套项目，为我国炼焦技术和装备制造业的出口作出了贡献。

随着各国环境保护的日益严格，优质炼焦煤日益贫乏，热回收炼焦技术受到了越来越高的重视和关注，有较好的应用前景。中国、美国、越南、印度等国把热回收炼焦技术列入国家发展的炼焦技术。欧洲共同体联合则把热回收炼焦技术列入钢铁行业污染物综合防止最佳可行技术之一。随着我国“一带一路”经济政策的深入实施，热回收炼焦技术将会在“一带一路”沿线国家的经济建设和社会发展中发挥重要作用。

4 技术发展趋势

随着节能、环保和安全要求越来越高，对热回收炼焦技术应在以下几个方面进一步的发展和应用，以满足时代的发展要求。

1) 理论研究

目前，在成焦机理和焦炉炉体结构的研究方面仍然不够。需要进一步加强热回收炼焦技术的理论研究，掌握炼焦机理，有利于利用更多弱黏结性煤，提高炼焦效率。

2) 推广和普及干熄焦技术

开发、推广、普及热回收焦炉干法熄焦技术，改善焦炭质量。热回收焦炉配套钢铁厂建设，焦炭直接用于高炉，提高高炉效率。

3) 提升智能化自动监测控制水平

自动化水平、可视化监控水平尚需提高，由于测控手段落后，炉内温度不好控制，高温点漂移不定，影响炉体的使用寿命。采用稳定可靠的焦炉吸力和温度自动调节控制系统，可减少炼焦煤的烧损，提高焦炭质量和炼焦效率。

4) 操作规范与标准建设

目前生产过程中焦炭烧损仍偏高，导致焦炭表面灰分高，成焦率降低。需要根据不同的热回收炼焦企业，编制详细可靠的操作规范，利于更好的操作管理，使热回收炼焦产生更高的效益。

5 结论

热回收炼焦技术以清洁生产和节约能源为其显著的技术优势。热回收炼焦技术在炼焦煤资源贫乏、生产高质量焦炭、环境要求更严格、需要焦炭和电力的企业是一种优先选择的炼焦技术。目前我国的清洁型热回收捣固炼焦技术及其焦炭生产规模在国际上已处于领先水平。