干熄焦工艺的节能减排作用与技术展望

张连斌

（济钢集团国际工程技术有限公司，山东 济南 250101）

我国是世界范围内最大的焦炭生产国和出口国，焦炭产量在世界范围内比例也比较大。炼焦的高温焦炭处理方法主要有两种，即干熄焦和湿熄焦技术。现代社会对于环境问题高度重视，早在2009年的哥本哈根会议中就已经提出了将低能耗、低污染为基础的低碳经济作为今后社会发展的主要趋势。

1 干熄焦工艺流程与技术特征

1.1 工艺流程

干熄焦本身是相对于湿熄焦进行的技术改进。传统湿熄焦方案是利用大量水在焦炭上喷洒并冷却的方法，与之相比干熄焦技术是将1 000℃的高温焦炭置入密闭的炉子之内，使用低温惰性气体来置换高温焦炭本身的热量，让焦炭的温度可以下降到200℃左右，且升温后的气体通过余热锅炉展开热交换后会产生高压蒸汽，这些蒸汽可以被应用于发电、采暖等，具备循环利用的价值。干熄焦设备包括电机车、干熄炉、提升机、台车、排焦装置、自动控制、发电控制部分等。由于不同生产厂家在干熄焦设备的选择和规划上存在差异，我们按照具体情况和具体要求，可能会在某些设备上进行增减处理。例如某些干熄焦系统就没有设计发电装置，产生的蒸汽在减压后主要通过并网的方式进行应用。不过从整体工艺流程上看比较接近。电机车将台车牵引至井架底部之后，提升机将焦罐提升至顶部并且将焦炭全部置入到干熄炉之内。焦炭排出后下降到冷却段并且和循环气体进行热交换，最后由专用皮带运输机进行输送。残余的焦粉会通过专门的提升机收集和储存，再经过湿搅拌机的处理后运输走，烟气中的粉尘质量浓度保持在比较低的水平，可以直接通过烟囱排出[1]。

1.2 技术特征

干熄焦的技术特征在于降低了焦炭的反应性，焦炭的强度也可以得到有效提升。另外，干熄焦技术对周围设备产生的腐蚀程度较低，产生的蒸汽可以循环利用用于发电降低能耗。具体来看焦炭之间的碰撞、摩擦次数增加，大块的焦炭会产生开裂，某些强度较低的焦炭也会脱落，改善了冶金焦的机械稳定性。从环境保护的角度来看，干熄焦设备的密封性良好，且除尘净化装置可以让惰性气体带来的粉尘通过净化装置进行处理，不会发生水煤气反应，出现的硫极少，大幅地改善了原有技术手段的环境污染问题。而在能源节约方面，由于传统湿熄焦措施将产生的蒸汽直接排放至大气环境当中，直接浪费了红焦的显热过程。干熄焦技术则可以将红焦的显热转换为蒸汽，并且将这些蒸汽用于发电等方面，既实现了能源节约，也可以让资源利用率得到提高。炼铁焦比下降时，节约的标准煤非常多，每年实现的经济效益非常显著。因为从干熄焦的经济效益层面展开讨论，涉及到对于影响因素一方面包括建设投资内容，另一方面则围绕动力消耗进行分析，包括能源的潜在回收量。与湿熄焦技术比较，干熄焦的冶金焦炭质量明显提升，这一部分因节能减排产生的延伸效益也不可忽视，每年由蒸汽、能源节约带来的经济效益也非常惊人。

1.3 节能减排发展趋势

干熄焦作为现阶段焦化行业的主要环保节能技术，为了充分地发挥其技术优势，我们就需要降低运营成本，让干熄焦技术可以在大型场合得到应用。将干熄焦技术国产化，利用专业设备来提升技术水准能够实现投资比例的大幅降低，根据工作需要及时地调整配置相关内容，实现干熄焦装置的系列化配置，增加其使用寿命周期[2]。

2 干熄焦技术在焦化厂的应用

2.1 组合干熄焦装置与工艺

组合干熄焦装置与工艺特点在于在装置上进行了显著改进，包括干熄焦罐座、连接管道、罐车等组成，其中焦罐既可以负责接焦和运输，也可以作为熄焦设备而存在。在熄焦工艺启动之前所有阀门全部关闭，依次开启高温介质阀、低温介质阀等。该技术的优势体现在采用了两个或两个以上的焦罐来替代传统的单台熄焦设备，节约了提升框架等某些复杂的输入设备，这些设备既是接焦设备，也是熄焦设备，循环应用可以提升熄焦效率，减少焦炭在熄焦过程中的烟尘外泄、二氧化碳大量排放等。而这些问题恰好就是造成环境污染的主要问题。设备配套使用的密封性良好，地面作业的安全系数也比较稳定，不会因为某些分件出现问题时而全部停车检修。通过热量交换满足节约能源目的的同时，重点改进了焦化过程在熄焦状态下的污染情况。总体来看焦炭冷却时间的影响因素包括气体流速、气体类型和焦炭粒度，这些都可以成为组合干熄焦技术应用时的参考依据，在工艺上进行有效调节。

2.2 分段干熄焦技术

现阶段国内的干熄焦技术使用的循环气体是氮气，虽然效果良好，但却需要配置数量庞大的氮气制造设备，此类装置的结构比较复杂，且运营成本较高，为了从成本角度进行控制，我们就需要对熄焦装置的结构和熄焦工艺手段进行改进。在近年来的研究当中，提到大量焦炭显热会被冷却煤气所吸收，水煤气反应的产量比较低。基于这些问题，我们可以在装置结构和熄焦方法上进行改进，将结构工艺与生产工艺进行联动，提供一种全新的焦炭冷却方法与装置[3]。

从工艺流程的角度分析，温度超过900℃的高温焦炭从焦炭入手进入熄焦炉后，在重力作用下到达预存段，进入气化冷却段下行。在和高温焦炭发生气化反应时，表现为：

可以看到通过这一气化反应后，大量的焦炭显热被吸收，焦炭温度快速下降，焦炭表面的粒子和棱角部位产生反应，不会干扰到比较大块的焦炭。所生成的气化气和没有反应的水蒸气从气出口排除后经过除尘冷却去合成，让高温冷却介质气体进入废热锅炉。总体而言该冷却方法利用了气化冷却与物理冷却相结合的方式，蒸汽、焦炉煤气分别进入两端，前者进入气化冷却段，后者则进入物理冷却段和焦炭展开物理换热，分别产生气化反应产生合成气。最终目标也在于获得生产水煤气的原材料改变目前的产品结构[4]。

目前该技术方案和现有的干熄焦技术方案相比首次提出了气化反应和物理换热双重冷却分段进行的理念，焦炭的一部分高温热量可以用于水煤气反应产生更多的水煤气。而通如焦炉煤气的作用在于保障水煤气纯度，降低焦炭冷却时间的同时还可以达到稳定的冷却效果，焦炭质量提升。在转换为合成气之后，可以回收焦炭显热，将水煤气制造和冷却焦炭作为协同进行的干熄焦技术。

3 结语

本次研究进行了干熄焦技术的有关研究，并探讨了相关工艺技术手段在焦化厂生产环节中的应用，为后续阶段的装置设计、技术研发工作提供了一定的理论基础，也为干熄焦技术提供了新的思路。在今后的生产环节，我们应进一步改善现阶段的技术方案，例如结合部分干熄焦新技术，对装置展开详细设计，让工艺手段可以被应用于焦化行业当中，实现节能减排与成本降低的发展目标。