我國焦化行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議(1)
編輯:冶金科技發(fā)展中心 時(shí)間:2011-07-26
李庭壽1、祁蘇平1、鄭文華2
1)冶金科技發(fā)展中心 2)中冶焦耐工程技術(shù)有限公司
前 言
我國提出了，“到2020年，非化石能源消費(fèi)達(dá)15%、CO2排放強(qiáng)度降低40%-45%的目標(biāo)”。為此，加快推進(jìn)非化石能源發(fā)展，加快推進(jìn)水電、核電建設(shè)，積極有序做好風(fēng)電、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源的轉(zhuǎn)化利用，確保到2015年非化石能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的比重達(dá)到11%以上。
焦化企業(yè)是能源轉(zhuǎn)換的工廠，也是煤炭消耗的大戶。我國年消耗煤炭近30億噸， 2009年我國共生產(chǎn)焦炭3.551億t，按生產(chǎn)每噸焦炭消耗1.33～1.35t洗精煤計(jì)算，至少共消耗掉4.73億t洗精煤，相當(dāng)于9億多t煉焦原煤，同時(shí)生產(chǎn)出1500億m3焦?fàn)t煤氣。焦化過程中還產(chǎn)生了約50kgce/t焦的余熱、余能。我國鋼鐵企業(yè)焦化生產(chǎn)過程中的能耗（含化產(chǎn)）約為150kgce/t焦，約占噸鋼綜合能耗的25%。2008年全國焦化行業(yè)排放的SO2占全國總排放量的1.02％、COD占1.16％、NOX占0. 61％、NH3-N占2. 90％。
因此，在鋼鐵行業(yè)大力推廣應(yīng)用降低燃料消耗（焦炭和煤）的新工藝新技術(shù)的同時(shí)，焦化行業(yè)應(yīng)加快開發(fā)和應(yīng)用降低煤炭資源消耗量、能源消耗量和污染物排放量為目的的新技術(shù)新工藝，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高效化、產(chǎn)品潔凈化和環(huán)境無害化，促進(jìn)焦化行業(yè)低碳循環(huán)可持續(xù)發(fā)展。
本文對我國焦化行業(yè)的主要節(jié)能減排工藝技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)評述，提出了今后發(fā)展的建議。
一 煤調(diào)濕技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議
1.1 煤調(diào)濕技術(shù)
“煤調(diào)濕”（CMC）是“裝爐煤水分控制工藝”(coal moisture control process)的簡稱，是將煉焦煤料在裝爐前去除一部分水分，保持裝爐煤水分穩(wěn)定在6%左右，然后裝爐煉焦的一種煤預(yù)處理工藝。煤調(diào)濕有嚴(yán)格的水分控制措施，能確保入爐煤水分恒定。煤調(diào)濕以其顯著的節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益受到普遍重視。美國、前蘇聯(lián)、德國、法國、日本和英國等都進(jìn)行過不同形式的煤調(diào)濕試驗(yàn)和生產(chǎn)，尤其是日本發(fā)展最為迅速。截至2009年底，日本現(xiàn)有的16個(gè)焦化廠51組（座）焦?fàn)t中，其中有36組（座）焦?fàn)t配置了煤調(diào)濕裝置，占焦?fàn)t總數(shù)的70.5％。
1.2 煤調(diào)濕工藝原理
煤調(diào)濕的基本原理是利用外熱將煉焦煤在裝爐前進(jìn)行干燥、脫水，調(diào)節(jié)裝爐煤水分，以降低煉焦耗熱量、減少溫室氣體排放、改善焦?fàn)t操作、延長焦?fàn)t使用壽命、提高焦炭質(zhì)量或擴(kuò)大弱黏結(jié)焦煤用量的煉焦技術(shù)。
焦?fàn)t正常操作下單位時(shí)間供熱量穩(wěn)定，一定量煤結(jié)焦熱一定，所以裝爐煤水份穩(wěn)定有利于焦?fàn)t操作穩(wěn)定，避免焦炭不熟或過火；裝爐煤水份降低，使炭化室物料在100℃左右停留時(shí)間縮短，從而縮短結(jié)焦時(shí)間、提高加熱速度、減少能耗。裝爐煤水分降低到6%以下時(shí)，煤粒表面水膜變得不完整，表面張力降低，裝爐后煤的流動(dòng)性得到改善，煤顆粒間間隙容易相互填滿，于是裝爐煤堆密度增大。裝爐煤密度增大和結(jié)焦速度加快可提高焦?fàn)t生產(chǎn)能力，改善焦炭質(zhì)量或者多用高揮發(fā)分弱黏結(jié)性煤煉焦。
1 .3 煤調(diào)濕主要工藝
目前，世界上采用較多的主要有兩種煤調(diào)濕工藝流程：蒸汽管式回轉(zhuǎn)干燥機(jī)技術(shù)和流化床（含氣流床）干燥器技術(shù)。
1.3.1 蒸汽管式回轉(zhuǎn)干燥機(jī)技術(shù)
蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)技術(shù)，以干熄焦蒸汽發(fā)電后的背壓汽或工廠內(nèi)其他低壓蒸汽為熱源，多采用蒸汽走管內(nèi)，煤走管外的形式。其外形像一個(gè)回轉(zhuǎn)窯，圓筒內(nèi)與筒平行裝有多層同心圓排列的蒸汽管。濕煤通過螺旋給料機(jī)送入干燥機(jī)內(nèi)，與管內(nèi)蒸汽進(jìn)行間接換熱。采用焦?fàn)t煙道廢氣作為載氣，在起防爆和帶出水汽作用的同時(shí)，還利用焦?fàn)t煙道廢氣的顯熱直接加熱濕煤。濕煤脫除部分水份后，于筒尾通過出料螺旋排至輸送系統(tǒng)。該煤調(diào)濕技術(shù)最早于20世紀(jì)90年代初在日本君津廠和福山廠投產(chǎn)，日本正在運(yùn)行的煤調(diào)濕多數(shù)為此種形式。近幾年在對此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上，我國的寶鋼、太鋼及攀鋼的煤調(diào)濕裝置也已相繼投產(chǎn)。表1為中日韓三國蒸汽間接加熱煤調(diào)濕已投產(chǎn)的裝置統(tǒng)計(jì)。
我國焦化行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議(2)
編輯:冶金科技發(fā)展中心 時(shí)間:2011-07-27
采用煙道廢氣的流化床煤調(diào)濕裝置工藝流程短，設(shè)備少且結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，維修方便，具有投資省、操作成本低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。煤料與煙道廢氣直接換熱，效率高。但是，因有10%～30%的細(xì)煤粉被廢氣攜帶出，所以必須設(shè)置龐大的除塵設(shè)施；只調(diào)濕不能風(fēng)選；并且操作和粒度控制較嚴(yán)，存在粉塵爆炸的危險(xiǎn)，對易結(jié)壁和結(jié)塊的物料，易產(chǎn)生設(shè)備結(jié)壁和堵床現(xiàn)象。
2）我國開發(fā)的移動(dòng)隔板式氣流床煤調(diào)濕技術(shù)，該裝置位于備煤
車間粉碎機(jī)前，先對煤料進(jìn)行風(fēng)選分級，然后再進(jìn)行煤調(diào)濕。床體采用長方形結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)有開小孔的布風(fēng)板。床體內(nèi)部安裝移動(dòng)式隔板裝置，以保證原料煤的移動(dòng)與流化效果，煤料與煙道廢氣直接換熱，煙氣余熱利用率高，工藝流程短，設(shè)備少，投資省，操作成本低，占地面積小。
3）我國正在開發(fā)的振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離及調(diào)濕技術(shù)，采用
以振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)為核心設(shè)備的風(fēng)力分離及調(diào)濕系統(tǒng)。該系統(tǒng)由振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)、細(xì)粒分離器、細(xì)�；厥昭b置、一次送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、定量給料裝置和原料煤緩沖倉等組成。
其工作原理是：煤炭通過布料裝置被連續(xù)地拋灑到振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)的床面上，熱煙道氣分二次進(jìn)入振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)，一次風(fēng)用于流化原料煤，同時(shí)對粗顆粒煤料進(jìn)行調(diào)濕；二次風(fēng)用于細(xì)顆粒煤料的調(diào)濕。調(diào)濕煤則從不同渠道分離并流出，未被流化的粗顆粒煤料在振動(dòng)力的作用下，從振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)出口流出；中、細(xì)顆粒煤料則隨氣流流出，進(jìn)入細(xì)粒分離器后，中顆粒煤料被分離收集，細(xì)顆粒煤料則被細(xì)�；厥昭b置收集。不同粒徑的煤料在振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)中處于不同的調(diào)濕狀態(tài)。
其技術(shù)特點(diǎn)：分離效率高；調(diào)濕快速且高效；調(diào)濕均勻且有選擇性；調(diào)濕效果好；安全性好；可靠性高；投資和運(yùn)行費(fèi)用低；占地面積小。
4)我國正在開發(fā)半沸騰流化床風(fēng)動(dòng)分離干燥機(jī)（專利申請?zhí)枺?006100315.5）。該裝置由緊貼于布風(fēng)板上的移動(dòng)刮板將煤料從進(jìn)料口刮向出料口，煤料在氣流作用下呈半流化狀態(tài)，與熱氣流熱交換，實(shí)現(xiàn)干燥，同時(shí)細(xì)顆粒從布置于流化床兩側(cè)的溢流口排出，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力分離。
流化床(含氣流床)干燥器技術(shù)的調(diào)濕效果與焦?fàn)t煙道廢氣的組成有關(guān)。我國獨(dú)立焦化廠的焦?fàn)t大多用焦?fàn)t煤氣加熱，而鋼鐵企業(yè)焦化廠大多用高爐煤氣（摻入2％～7％焦?fàn)t煤氣）加熱。因焦?fàn)t煤氣中含氫高達(dá)55～60％，因此，焦?fàn)t煙道廢氣中水分含量高，將其作為流化床煤調(diào)濕熱源時(shí)，不利于煤水分的蒸發(fā)。昆明制氣廠的焦?fàn)t用焦?fàn)t煤氣加熱，其焦?fàn)t煙道廢氣含水高達(dá)17.3%，最多只能去除2～2.5個(gè)百分點(diǎn)的煤水分。而寶鋼焦?fàn)t用高爐煤氣加熱，其焦?fàn)t煙道廢氣只含水份3.3%，有利于煤水分的蒸發(fā)干燥。因此，以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源的煤調(diào)濕裝置適合建在用高爐煤氣加熱焦?fàn)t的鋼鐵企業(yè)焦化廠。焦?fàn)t煙道廢氣組成見表3。
表3 焦?fàn)t煙道廢氣組成（體積百分比％）
|
組分 |
CO |
CO2 |
H2 |
CH4 |
N2 |
H2O |
CmHn |
|
焦?fàn)t煤氣（COG） |
5~7 |
2~3 |
55~60 |
25~30 |
2.5~3.5 |
|
2~3 |
|
高爐煤氣(BFG) |
26.6 |
12 |
2.4 |
0.3 |
56.4 |
2.3 |
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燒COG廢氣（昆氣） |
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5.4 |
|
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71.0 |
17.3 |
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燒BFG廢氣（寶鋼） |
|
22.1 |
|
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70.5 |
~3.3 |
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流化床干燥器技術(shù)，以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源和載氣。用引風(fēng)機(jī)抽取焦?fàn)t煙道廢氣送往流化床干燥機(jī)，控制風(fēng)壓和風(fēng)速，使?jié)衩涸诹骰哺稍餀C(jī)內(nèi)呈流態(tài)化狀態(tài)，與通過布風(fēng)板的煙道廢氣充分對流換熱、干燥。換熱后的煙道廢氣去往袋式除塵器過濾，然后由引風(fēng)機(jī)送至煙囪外排。流化床干燥器內(nèi)焦?fàn)t煙道廢氣與濕煤直接接觸，換熱效率高，工藝流程較短，操作運(yùn)行成本較低。流化床干燥器因采用的工藝設(shè)備不同還可具體分為若干種，其工藝效果也有很大差別。目前國內(nèi)外已投產(chǎn)的流化床煤調(diào)濕工藝主要有如下幾種類型： 1) 日本開發(fā)的流化床煤調(diào)濕技術(shù)，利用布風(fēng)噴嘴噴出的高速斜向氣流使煤料流化并向出口移動(dòng)，溫度為55～60℃的70%～90%的粗粒煤（相對而言）從干燥機(jī)排入螺旋輸送機(jī)，剩下的10%～30%粉煤隨70℃的干燥氣體進(jìn)入袋式除塵器，回收的粉煤排入螺旋輸送機(jī)。粉煤和粗粒煤混合后經(jīng)管狀帶式機(jī)輸送至焦?fàn)t煤塔。截至2009年12月，日本和我國流化床煤調(diào)濕裝置如下表2。
表2 日本和我國流化床煤調(diào)濕裝置
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公司 |
焦化廠 |
焦?fàn)t組別 |
能力 t/h×臺 |
投產(chǎn)年月 |
|
新日鐵 |
大分 |
N0.3、4 |
284×1 |
1992.9 |
|
名古屋 |
N0.1～4 |
460×1 |
1996.11 |
|
君津 |
N0.4、5 |
270×1 |
1996.10 |
|
北海制鐵 |
室籣 |
N0.5 |
120×1 |
1996.12 |
|
中國馬鋼焦化廠 |
N0.5、6號6米爐 |
167×1 |
預(yù)計(jì)2011.9 |
用煙道廢氣的流化床煤調(diào)濕裝置工藝流程短，設(shè)備少且結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，維修方便，具有投資省、操作成本低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。煤料與煙道廢氣直接換熱，效率高。但是，因有10%～30%的細(xì)煤粉被廢氣攜帶出，所以必須設(shè)置龐大的除塵設(shè)施；只調(diào)濕不能風(fēng)選；并且操作和粒度控制較嚴(yán)，存在粉塵爆炸的危險(xiǎn)，對易結(jié)壁和結(jié)塊的物料，易產(chǎn)生設(shè)備結(jié)壁和堵床現(xiàn)象。
2）我國開發(fā)的移動(dòng)隔板式氣流床煤調(diào)濕技術(shù)，該裝置位于備煤
車間粉碎機(jī)前，先對煤料進(jìn)行風(fēng)選分級，然后再進(jìn)行煤調(diào)濕。床體采用長方形結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)有開小孔的布風(fēng)板。床體內(nèi)部安裝移動(dòng)式隔板裝置，以保證原料煤的移動(dòng)與流化效果，煤料與煙道廢氣直接換熱，煙氣余熱利用率高，工藝流程短，設(shè)備少，投資省，操作成本低，占地面積小。
3）我國正在開發(fā)的振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離及調(diào)濕技術(shù)，采用
以振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)為核心設(shè)備的風(fēng)力分離及調(diào)濕系統(tǒng)。該系統(tǒng)由振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)、細(xì)粒分離器、細(xì)�；厥昭b置、一次送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、定量給料裝置和原料煤緩沖倉等組成。
其工作原理是：煤炭通過布料裝置被連續(xù)地拋灑到振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)的床面上，熱煙道氣分二次進(jìn)入振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)，一次風(fēng)用于流化原料煤，同時(shí)對粗顆粒煤料進(jìn)行調(diào)濕；二次風(fēng)用于細(xì)顆粒煤料的調(diào)濕。調(diào)濕煤則從不同渠道分離并流出，未被流化的粗顆粒煤料在振動(dòng)力的作用下，從振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)出口流出；中、細(xì)顆粒煤料則隨氣流流出，進(jìn)入細(xì)粒分離器后，中顆粒煤料被分離收集，細(xì)顆粒煤料則被細(xì)�；厥昭b置收集。不同粒徑的煤料在振動(dòng)流化床煤炭風(fēng)力分離調(diào)濕機(jī)中處于不同的調(diào)濕狀態(tài)。
其技術(shù)特點(diǎn)：分離效率高；調(diào)濕快速且高效；調(diào)濕均勻且有選擇性；調(diào)濕效果好；安全性好；可靠性高；投資和運(yùn)行費(fèi)用低；占地面積小。
4)我國正在開發(fā)半沸騰流化床風(fēng)動(dòng)分離干燥機(jī)（專利申請?zhí)枺?006100315.5）。該裝置由緊貼于布風(fēng)板上的移動(dòng)刮板將煤料從進(jìn)料口刮向出料口，煤料在氣流作用下呈半流化狀態(tài)，與熱氣流熱交換，實(shí)現(xiàn)干燥，同時(shí)細(xì)顆粒從布置于流化床兩側(cè)的溢流口排出，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力分離。
流化床(含氣流床)干燥器技術(shù)的調(diào)濕效果與焦?fàn)t煙道廢氣的組成有關(guān)。我國獨(dú)立焦化廠的焦?fàn)t大多用焦?fàn)t煤氣加熱，而鋼鐵企業(yè)焦化廠大多用高爐煤氣（摻入2％～7％焦?fàn)t煤氣）加熱。因焦?fàn)t煤氣中含氫高達(dá)55～60％，因此，焦?fàn)t煙道廢氣中水分含量高，將其作為流化床煤調(diào)濕熱源時(shí)，不利于煤水分的蒸發(fā)。昆明制氣廠的焦?fàn)t用焦?fàn)t煤氣加熱，其焦?fàn)t煙道廢氣含水高達(dá)17.3%，最多只能去除2～2.5個(gè)百分點(diǎn)的煤水分。而寶鋼焦?fàn)t用高爐煤氣加熱，其焦?fàn)t煙道廢氣只含水份3.3%，有利于煤水分的蒸發(fā)干燥。因此，以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源的煤調(diào)濕裝置適合建在用高爐煤氣加熱焦?fàn)t的鋼鐵企業(yè)焦化廠。焦?fàn)t煙道廢氣組成見表3。
表3 焦?fàn)t煙道廢氣組成（體積百分比％）
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組分 |
CO |
CO2 |
H2 |
CH4 |
N2 |
H2O |
CmHn |
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焦?fàn)t煤氣（COG） |
5~7 |
2~3 |
55~60 |
25~30 |
2.5~3.5 |
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2~3 |
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高爐煤氣(BFG) |
26.6 |
12 |
2.4 |
0.3 |
56.4 |
2.3 |
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燒COG廢氣（昆氣） |
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5.4 |
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71.0 |
17.3 |
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燒BFG廢氣（寶鋼） |
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22.1 |
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70.5 |
~3.3 |
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