1、1循环能源余热利用技术在工业生产中的应用干熄焦余热发电篇摘要：本文介绍在工业炼焦生产过程的红焦熄灭中循环热能技术应用与余热发电热能回收利用。通过该项技术应用回收了过去一直废弃的这部分热能，实现了能源的循环利用，降低了生产能耗。节约了水资源，减少了对环境的污染，降低了炼焦生产成本，提高了炼焦生产的效益，益国益民。 关键词：循环；能源；技术；应用 中图分类号： F206 文献标识码： A 概述：工业生产中产生余热的项目很多，如水泥生产线排出的余热，铁合金冶炼生产线上电炉排出的余热以及玻璃生产线等排出的余热，上规模的目前大部分得到了回收利用发电，而炼钢企业的焦化分厂和独立的焦化企业在炼焦生产中刚出焦
2、炉的红焦不易储存和运输，因此必须将红焦冷却熄灭，传统工艺采用喷水湿熄法，这部分热量白白浪费，还污染环境，这部分热量较大，因此冷却红焦放出的余热回收利用技术就显得重要和迫切。前几年引进乌克兰和日本“新日铁”的干熄焦技术，在国内的吸收、消化、试用与探索取得了明显效益；在国内鞍钢、马钢、宝钢、济钢、湘钢、莱钢等几大钢厂已开始干熄焦项目的建设，大规模的应用才刚起步。目前国内大部分独立焦化企业还使用传统湿熄焦方式生产，因此该技术发展空间较大。在炼焦工艺中刚出炉的红焦要把它冷2却熄灭，因为焦炭本身就是燃料，从焦炉出来的红焦温度在 100050左右。我们清楚构成燃烧的三要素有：即燃料，助燃剂即氧气，在空气中
3、氧气的含量在 18%左右；达到燃点的温度。当赤红的高温焦炭与空气接触必然是燃烧掉了，如果是这样就失去了炼焦炭的意义。因此靠空气自然降温冷却显然是不可行，所以传统的炼焦工艺采用的是对刚出炉的红焦喷水降温熄灭，即湿熄焦。湿熄焦需要消耗大量的水资源，喷水冷焦产生的蒸汽不带压力，品质不能保证而无法规模化利用，这部分热能白白浪费掉还对环境及空气造成污染。因此熄焦工艺改革实现能源循环利用就世在必然。 干熄焦生产工艺简介 概念：所谓干熄焦工艺，是相对湿熄焦而言的，是指采用惰性气体（目前多采用氮气）对红焦降温冷却的一种熄焦工艺方法。 干法熄焦是国外较广泛应用的一项节能技术，其英文名称为 Coke Dry Qu
4、enching,简称 CDQ。干熄焦技术是利用冷的惰性气体和燃烧后的废气，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦。吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦余热锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再由循环风机鼓入干熄炉冷却红焦。干熄焦锅炉产生的蒸汽或并入厂内蒸汽管网或送去发电。 干熄焦系统结构及主要设备，干熄炉本体及装入装置、干熄炉顶盖开闭装置及电动推杆、红焦运送罐、红焦罐牵引电机车、提升机、APS 自动对位装置、干熄炉冷焦出料振动给料机、旋转密封阀，一次除尘器及水冷套、余热锅炉、二次除尘器，循环风机，放散阀，循环气体成分检3测与报警装置等，控制系统由 DCS 和 PLC 组成。 原理 在干熄焦过程中，
5、100050的红焦从炼焦炉炭化室出来经红焦罐运到干熄炉顶部装入， 130的低温惰性循环气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭（低于 200 ）从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经一次除尘器进入干熄焦余热锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。 干熄焦余热回收系统工艺流程图： 主要技术特点： 1）干熄槽（冷却段）采用矮胖型。2) 炉顶设料钟式布料器。3) 在冷却段与循环风机之间设置给水预热器，使干熄炉入口处的循环气体温度由约 170降至130。4) 采用连续排料的电磁振动给料器与旋转密
6、封阀组合的排出装置，将冷却后本的焦炭排出。5) 炉顶水封设压缩空气吹扫管。6) 电机车采用 APS 强制对位装置，使焦罐车在提升塔下的对位修正范围控制在100mm，对位精度达10mm。7) 余热锅炉采用膜式水冷壁，全悬挂形式。高温高压自然循环。8) 提升机使用 PLC 控制。9) 干熄槽设有 2 个料位计，高料位采用电容式料位计，同时采用雷达微波4料位计进行连续测量。10) 装入装置漏斗后部设有尾焦收集装置。11) 采用带横移的旋转焦罐。12) 根据干熄槽各部位的操作温度和工作特点，采用性能不同的耐火材料。 生产操作技术要求以下。 1) 旋转焦罐内只能接一炉焦炭（约 21.4t） ，静置时间不
7、超过30min，焦罐内不得装入炉头焦、余煤、铁器等。 2) 干熄炉预存段压力保持在 0-100Pa，炉内料位控制在常用料位（下限料位与上限料位之间） ，排焦温度小于 200。 3) 严格控制干熄炉入口处循环气体的温度在 115130之间，在锅炉入口处温度不高于 970，工况正常时不得低于 680。 4) 通过导入空气（锅炉入口温度在 600970时）以及向循环气体通入 N2（锅炉入口温度 600以下或 970以上时） ，及时调控循环气体含量，使其符合工艺要求。惰性循环气体成分控制标准为：CO6%，H23%，O21%，CO215%，N275%。 5) 按设备运行情况及时调控纯水箱、除氧器、汽包的
8、水位。除盐水罐水位：0100 mm（根据实际工况确定零点） ；除氧器水位：0100mm；汽包水位：050mm。 6) 认真分析锅炉水质及时调控使水质达标，主蒸汽品质合格。锅炉给水及炉水基准值见表 1 所示。 表 1 锅炉给水及炉水基准值 57) 严格控制好副省煤器的入口水温不低于 60，除氧器入口水温不高于 85。 8) 控制除氧器压力保持在 0.02MPa 以上，确保除氧效果。 9) 控制外部管网输入的压缩空气、仪表用压缩空气及 N2 压力在0.4MPa 以上，低压蒸汽压力在 0.6MPa 以上。 10) 根据工况及时调整循环风量的大小，保证锅炉顺利运行。 11) 锅炉入口气体压力，控制范围
9、-800-200Pa。 12) 二次过热器入口温度 540以下，且不低于饱和温度10。 13) 主蒸汽压力调节阀后出口蒸汽温度 54010，压力9.50.2MPa。 14) 锅炉给水温度 104。 15) 干熄焦系统操作主要工艺参数见表 3。 表 2 干熄焦系统操作主要工艺参数项目名称 技术优势：、回收红焦显热：刚出炉的红焦显热约占焦炉能耗的35-40%，这部分能量相当于炼焦煤能量的 5%，将其回收和利用可大大降低冶金产品成本，起到节能降耗减排防污染的作用。采用干熄焦工艺可一次回收红焦 80%的显热，而剩余的 20%热量有少量除散热损失外，其余大部剩热则留在干熄焦系统中继续参加往复循环；平均每
10、干熄 1 吨焦炭6可回收 5.8MPa ,480或 9 .5MPa，530的蒸汽 0.54 吨0.58 吨。可发电量 140kw。一套产能 150t/h 的干熄焦装置可配套 20MW 的汽轮发电机组。、可改善焦炭质量：国际上公认，大型高炉采用干熄焦焦炭可使其焦比降低 2%，使高炉生产能力提高 1%。在保持原焦炭质量不变的条件下，采用干熄焦可以降低强粘结性的焦、肥煤配入量 10-20%，有利于保护资源和降低焦炭成本。 、干熄焦系统只要设计、选型和建设质量达标，运行比较稳定，可靠性高，每年除有 2030 天年修外基本都在运行中，目前大部分干熄焦系统年运行时间累计在 8000h 左右。经济效益相当可
11、观。 、乌克兰干熄焦系统与新日铁干熄焦系统的工艺流程是相同的，主要区别在于.红焦罐乌克兰干熄焦系统采用矩形红罐，新日铁干熄焦系统采用圆型可旋转红罐，在装焦中和运输途中可旋转，装入罐内焦的均匀度和受热均匀性优于乌克兰；而矩形红罐焦罐受热不均四角易裂开且无法旋转。.余热炉乌克兰技术采用了强制循环汽包炉，新日铁技术采用的是自然循环汽包炉，其系统结构简单运行可靠性高些。 、干熄焦系统中惰性循环气体成分控制标准：因为干熄的是红焦，因此不可避免含有 CO、H2、O2、等易燃易爆气体，必须严格控制其各种组发放的含量指标，否则超标将导致焦炭在干熄炉内燃烧甚至爆炸，通过调节导入空气量、N2 气量和控制干熄炉进焦
12、与出焦速率实现将惰性循环气体组分指标控制在以下标准内： CO 5% ， H23% ， O2 1 %， N275%， SOX 3050ppm。H2O 56%。 。 7干熄焦工艺技术效益分析 1) 改善焦炭质量。与湿法熄焦相比，采用干法熄焦可以提高焦炭M40 3%4%，M10 降低 0.3%0.8%，反应后强度 CSR 提高 3%5%，焦炭反应性 CRI 降低 1%5%。焦炭冷强度提高的原因，一方面，由于红焦在干熄炉预存室向干熄焦槽下移过程中缓慢冷却，避免了湿熄焦过程中内应力骤增的问题，减少了焦炭大量微裂纹的产生；另一方面，由于焦炭在干熄槽内自上而下运动，并进行碰撞和摩擦，使焦炭得到了充分的机械“
13、整粒”作用。有研究认为，CDQ 焦炭的总表面积，特别是微孔的表面积显著小于湿法熄焦的焦炭，从而使 CDQ 焦炭的 CO2 反应性指标 CRI 比湿熄焦焦炭低，而反应后强度 CSR 也相应提高。因此，焦炭微孔数量的减少和微孔表面积的降低是 CDQ 焦炭强度和热反应性能提高的主要原因。2) 回收红焦显热。出炉的红焦显热约占焦炉能耗 40%，这部分能量相当于炼焦煤能量 5%。如回收和利用，可显著降低产品成本，并达到节能降耗的效果。采用干熄焦可一次回收 80%的红焦显热，剩余的热量除过散热损失外继续留在干熄焦系统内往返循环。平均干熄每 1t 焦炭可回收的热量能产生 9.5MPa、540的蒸汽 0.54
14、0.58t。 3) 减少环境污染。干熄焦产生的蒸汽可用于发电，可以避免生产相同数量蒸汽的锅炉燃煤对大气的污染，尤其可减少 SO2、H2S 的排放。另外，在保持焦炭质量的前提下，采用干熄焦工艺可以增加弱粘结性煤用量、减少焦、肥煤配入量 10%20%，缓解紧张的炼焦煤。 4) 节能降耗效果显著。某企业 150t/h CDQ 装置实际运行产生的效8益如下：每年可产生 9.5MPa，540的蒸汽 57.6 万 t，年可发电量 1.4亿 kWh，二者年创效益 7000 万元。降低焦化工序能耗 40kgce/t 焦，向大气排放污染物减少 36.96 万 t，改善了焦化周边环境。焦炭质量经实测对比 M40
15、提高 4%，M10 降低 0.9%；焦炭热性能 CSR 提高 5.7%，CRI 降低3.4%。减少环境污染：由于干熄焦能够产生可利用的蒸汽用于发电，可以避免生产相同数量蒸汽的锅炉燃煤对大气的污染，尤其减少了SO2、CO2 向大气的排放。对规模为年产 120 万吨焦炭的焦化厂而言，采用干熄焦每年可以减少 8-10 万吨动力煤燃烧向大气排放的各种污染物。干熄焦余热回收利用过程图： 在干熄焦工艺流程中，红焦经焦罐运抵提升机下、提升到干熄炉顶部经装入装置进入干熄炉料斗，灾进到预存室后到冷却室，在冷却室低温惰性气体由循环风机鼓人干熄炉冷却段的红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭从干熄炉底部排出，从干熄炉
16、环形烟道出来的高温惰性气体流经一次除尘后进入余热锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体经二次除尘后由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。干熄焦工艺在节能、环保和改善焦炭质量等方面优于湿熄焦。 2、干熄焦余热利用系统中的循环热效率 我们清楚影响锅炉运行热效率有下列主要因素： 锅炉热效率分析 . 排烟热损失（Q2） ； . 气体未完全燃烧热损失（Q3） ； . 固体未完全燃烧热损失（Q4） ； . 散热损失（Q5） ；. 灰渣物理热损9失（Q6） ； .锅炉有效利用热量（Q1） ； . 锅炉的输入热量(Qr)。 热效率 Q1Q1/Qr100%（Q2Q3Q4Q5Q6) 在
17、传统的锅炉里和目前广泛应用在工业生产余热利用锅炉的热力循环系统中，以上 5 种热损失是并存的；其中排烟损失占的份额最大，是锅炉热损失中的大块头，这是由其热力系统的结构和运行方式所决定的。而在干熄焦余热系统的锅炉则不然，由于系统中采用的是惰性气体闭式循环冷却与加热，因此 在传统锅炉中被排掉的烟气所携带的这部分热量在干熄焦余热利用系统里并未排掉，而是又被送回干熄炉继续参加循环利用。所以这是干熄焦系统中循环能源利用的亮点。也是其热效率比传统锅炉还要高的原因。因此定量的讲其热效率可达 97%左右。 其二、早期的干熄焦余热发电利用系统中都采用的是中、低压参数余热锅炉，发电汽耗高，效率上不去；现在已开始采
18、用高温高压锅炉发电，发电汽耗率相对降低了，所以干熄焦余热发电循环热效率也相应提高了。 干熄焦余热系统目前运行中存在的问题及解决办法 目前运行中的干熄焦系统普遍存在的问题有：生产线关键环节设备故障率高，如振动给料机处在 200以上环境中运行问题频发，改用高质量的进口设备；惰性气体循环风机问题多，改用高质量的进口风机电机和变频器；提升机电机及控制系统问题多，该用进口设备；干熄炉顶盖开闭装置的电动缸采用进口设备；调节阀使用频率高故障多，改采用进口设备；干熄炉本体耐火保温曾倒塌及出口斜烟风道积焦；10料位检测仪问题多，特别是干熄炉内红焦料位检测，因工作环境温度高，使用的 射线料位仪故障率高，且对人体有
19、害，每年还到公安部门年检；目前通过该用雷达料位仪解决此问题，效果不错。通过加强检查正确判断及时调整解决积焦问题，坚持定期检修和采用高质量的耐火耐磨保温材料，同时坚持严格执行施工工艺和工序，提高工程建设质量，控制烘炉质量是问题得以控制。 总之现阶段干熄焦余热利用已显现出朝阳产业的态势，前景光明充满活力，是节能减排的重要途径和可行措施，具有较强的可操作性。值得关注和投入，尽管应用中少不了出现问题，但已有可行的解决方案和措施，在保障着这项事业的健康发展。 注释： 、本插图引用“中日联”干熄焦培训资料； 、本文作者：马龙平；工程师：从事火力发电生产及管理 30 多年，具有一定的火力发电生产现场管理经验，担任百万千瓦级大型火力发电厂发电技术处处长兼运行部主任 8 年，在华能陕西秦岭发电公司任职副总工程师达 9 年。2011 年起兼中国循环能源集团华州发电公司副总经理兼总工程师，从事循环能源应用事业。
