新时期焦化厂干熄焦技术节能减排探究

郭 毅

（山西焦化设计研究院（有限公司），山西 洪洞 041606）

引言

20 世纪80 年代，我国在宝钢一期工程中首次从国外引入和应用了干熄焦技术，干熄焦技术在我国至今有接近四十年的历史[1]。我国该领域专家人士也一直致力于干熄焦技术的研究和创新，多年来获得了诸多成果，也成功突破了干熄焦技术的诸多瓶颈。在此发展过程中，干熄焦技术形式也越来越多元化，但深入其中去研究，便会发现干熄焦技术的基本工艺流程并未出现大的改变[2]。目前，我国干熄焦装置的应用主要还是集中在大型钢铁联合企业当中，一些独立的焦化厂很少有建设和安装干熄焦装置的实力，即使安装和使用了干熄焦装置技术，也因为各种因素的困扰和局限影响到了干熄焦技术的节能减排效果，目前来看，干熄焦技术在独立焦化厂中适用性并不强[3-4]。

1 干熄焦技术的特点与优劣势分析

1.1 干熄焦系统组成部分与工艺流程

目前，焦化厂中所使用的干熄焦系统中，各个组成部分都发挥着不可替代的重要作用，任何一部分出现问题都会直接影响到整个系统的运行。干熄焦系统的组成部分有干熄炉、排焦装置、焦罐、除尘器、循环风机、干熄焦锅炉单元、发电部分、自动控制部分等。以干熄炉为例，干熄焦系统中的干熄炉是由预存段、斜道区和冷却段组成，干熄炉结构图如图1所示。

图1 干熄炉结构图

干熄焦的工艺流程如图2 所示。

图2 干熄焦工艺流程图

1.2 干熄焦技术的优劣势分析

1.2.1 优势分析

从目前焦化厂应用干熄焦技术的实际效果来分析，干熄焦技术最大的优势在于其可大幅提高红焦显热的有效率。现阶段，在焦炉能耗当中，正常情况下出炉红焦显热能耗可以占到40%左右的比重，干熄焦技术可以把这一部分热量进行有效保留，通常这部分能量的可回收度可达80%以上。除此之外，干熄焦技术的优势还体现在干熄焦技术在完成干熄之后的焦炭质量要更好一些，这便在提高生铁产量以及降低炼铁成本方面发挥着一定的作用。干熄焦技术在新建大型焦炉或者原有大型焦炉改造中有着非常广泛的应用，其在节能降耗方面发挥着不可替代的重要作用。

1.2.2 劣势分析

但是，干熄焦技术本身并不是完美的，其也有自身的劣势和不足。诸如干熄焦技术自身能耗比较高，而且投资成本很高。现阶段干熄焦装置工程的投资值相当于湿法熄焦装置工程的10 倍左右，这也是目前干熄焦技术主要应用在大型钢铁联合企业中的一个主要原因。除此之外，干熄焦技术自身能耗要比湿法熄焦装置高很多，排除可回收能源这一要素，干熄焦技术能耗为30 kWh/t，是传统湿法熄焦的15 倍。

据了解，现阶段焦化厂如果想购买一套140 t/h的干熄焦装置。需要花费大约1.5 亿元，而使用这套干熄焦装置之后，年处理焦炭量可以达到110 万t，每吨焦净收益会在24 元左右，经计算，焦化厂采用干熄焦装置的投资回收期约为7 年。

2 焦化厂干熄焦技术节能环保效果分析

2.1 节能效果

目前我国绝大多数焦化厂所使用的干熄焦系统，其工作原理是：借助惰性气体把红焦生产的热量传递到余热锅炉，然后再由余热锅炉生产出蒸汽作为其他方面（诸如发电）的使用。

从理论上来计算，1 t 红焦经过干熄焦技术处理之后生产出的过热蒸汽量，具体计算过程如下：

首先，先假定参数：红焦1 100 ℃，装入到干熄焦系统中排出200 ℃的焦炭。通常情况下，1 100 ℃时焦炭的比热容是1.561 kJ/（kg·℃），200 ℃时焦炭的比热容降到0.998 3 kJ/（kg·℃）。在没有导入空气的条件下，1 t 红焦显热回收的能量是：Q1=1 000×（1.561×1 100-0.998 3×200）=1.517 4×106kJ。

第二，假定焦炭燃烧产生的热量是33 850 kJ/kg，按照1%的比例来计算，那么1 t 焦炭在干熄炉内烧损热量为：Q2=1 000×33 850×1%=3.385×105kJ。

第三，假定干熄炉系统传热效率定值是83%，干熄炉内1 t 红焦被循环气体带入锅炉的总热量为：Q3=（Q1+Q2）×83%=1.54×106kJ。

第四，余热锅炉热平衡。根据相关参数，在扣除焦炭燃烧产生的热量，1 t 红焦显热生产蒸汽量应该为0.348 t，也就是说干熄焦可以节能0.348 t。

2.2 环保效果

在应用干法熄焦技术之前，焦化厂采用的是湿法熄焦技术，湿法熄焦对环境的污染是非常大的，其污染来源主要有三条途径：其一，熄焦中会产生大量的粉尘，据研究，熄1 t 焦会排放0.2 kg 粉尘；其二，熄焦过程中会产生H2S，每熄1 t 焦大约会产生0.1 kg H2S，而且会伴有酚、硫化物等气体；其三，水煤气反应会产生大量的CO，熄1 t 焦会产生大约2 kg CO。由此可见，湿法熄焦技术对环境的污染力度有多强。与湿法熄焦相比，干法熄焦对环境的污染程度会小很多。干法熄焦是利用惰性气体，在密闭系统中熄灭红焦，而且密闭系统当中会配备优质的除尘设施，这样一来干法熄焦对环境的污染程度会大大减轻。表1是干、湿两种熄焦技术所产生的污染对比。

表1 干、湿熄焦技术产生的污染对比 g/m3

从表1 中可以看出，干法熄焦在环保方面具有优势，但也暴露出干法熄焦的一个问题，那就是采用干法熄焦会增加SO2的排放量，这主要是因为干法熄焦系统的工艺特点存在一定的局限性，其不利于SO2的减排。

目前，在大型钢铁联合企业当中，均倾向于采用干熄焦技术，因为其在节能环保中有着明显优势，而且焦化厂可利用处理后的酚氰废水冲渣，已经实现了废水不外排。而在一些独立的焦化厂当中，现阶段依然多采用的是湿法熄焦技术，很少有独立焦化厂采用干法熄焦，其与干法熄焦技术自身有着很大关系，干法熄焦工艺自身投资高、运行时间长，运行过程中一旦出现故障或者问题而影响了实际生产，独立焦化厂很难承担得起损失，还有一部分原因在于一般酚氰废水的产量是在0.3 m3/t，如果选择湿法熄焦技术，那么其耗水量约为0.5 m3/t，酚氰废水可以实现循环使用，而且也能够消耗掉一部分循环水排污水。

3 焦化厂应用干熄焦技术需要注意的问题分析

3.1 SO2 的减排问题

SO2是环境污染的主要成分之一，焦化厂如果采用干熄焦技术，那就意味着SO2的排放量会比之前增加很多，会有更多的SO2排放到空气当中污染大气环境。如何在采用干熄焦技术的过程中实现SO2的有效减排是目前焦化厂需要考虑和解决的核心问题之一。除此之外，焦化厂还需要注意到干熄焦炭本身含水量很低，也需要考虑到粉转污染问题。

3.2 酚氰废水的利用与外排问题

焦化厂在采用干熄焦技术的过程当中，必须要针对酚氰废水的利用和外排问题制定出切实可行的方案，无论是借助焦化废水深度处理与回用技术，还是借助其他方式，都需要提前为酚氰废水的利用和排外做好规划，杜绝酚氰废水的外流。

4 结语

综上所述，节能减排是焦化厂实现可持续发展的一项必然要求，焦化厂需要寻求各种各样的方式和途径来降低能耗，尽到环保责任。目前干熄焦技术的应用，其节能减排效果已经得到充分证明，干熄焦技术必将成为焦化厂节能减排方案中的核心技术依靠。当前在创新和完善干熄焦技术的过程，焦化厂也需要从自身寻求突破，增强自身综合实力，逐步摆脱客观因素的局限，为干熄焦技术的拓展应用提供更加广阔的空间。