干熄焦余热发电技术.docx

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干熄焦余热发电技术

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干熄焦余热发电技术

2012-12-1115:

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中国节能在线   我要评论：

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　　随着焦炉大型化的发展，高温高压干熄焦将成为未来的发展趋势。

采用干法熄焦，每处理1吨煤炭，可以回收约为1.35GJ的热量，节约40kg标煤。

本文全面总结了干熄焦装置的运行情况，包括生产情况、生产工艺原理、主要技术经济指标、干熄焦的主要设备、干熄焦余热发电技术、分析了干熄焦工艺，不同情况下的节能效果、直接经济效益、延伸效益和环保效益。

　　一、基本原理和工艺流程

　　1、干熄焦概念：

所谓干熄焦是相对于湿熄焦而言的，干熄焦是采用惰性气体将红焦在无氧的环境下降温冷却的一种熄焦方法。

　　2、干熄焦流程：

在干熄焦过程中，红焦从干熄炉的顶部装入，低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，冷却后的焦炭从干熄炉底部排除；吸收红焦潜热后温度升高的惰性循环气体从干熄炉环形烟道排出后，进入干熄焦余热锅炉进行换热，锅炉产生的蒸汽进入汽轮机带动发电机发电，从干熄焦余热锅炉冷却后的低温惰性气体进入循环风机重新鼓入干熄炉。

　　二、干熄焦技术优势及与湿熄焦的比较

　　1、干法熄焦能够提高焦炭强度和降低焦炭反应性，与传统湿法熄焦相比，M40可以提高3~5%，入炉焦比降低2~5%，高炉的常能可以提高1%；

　　2、同湿法熄焦相比，干熄焦可回收83%的红焦显热，采用干法熄焦，每处理1t焦炭，可以回收约为1.35GJ的热量，每干熄1t焦炭可以产生压力为3.8MPa,450℃的蒸汽0.54t.而传统的湿法熄焦不论采用低水分熄焦还是压力蒸汽熄焦的方法，都不能把这部分热量回收回来；

　　3、湿法熄焦过程中，红焦和水基础产生大量的酚、氰化合物和硫化物等有害物质，熄焦产生的蒸汽也被自由排放，严重腐蚀周围设备并污染大气，而干法熄焦采用惰性气体在密闭的系统中循环使用，可以有效降低排放污染；

　　4、利用熄焦产生的大量余热可以用来发电，降低企业电耗，发电后的蒸汽还可以作为参与到其它生产工序中；

　　三、干熄焦工艺流程

　　干熄焦技术是利用冷的惰性气体（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。

由焦炉生产的温度约为1000℃的赤热焦炭排出装入焦罐车中，焦罐经牵引、提升移送至熄槽上部，从加焦口将焦炭放入干熄槽预存室，预存一定时间后下行至熄焦室，并与逆流的惰性循环气体N2进行热交换，冷却后的焦炭经排焦装置从排焦口排出，再经皮带转运至筛焦楼筛焦、储存，供炼钢（炼铁）用。

　　二者在逆向运动中，焦炭逐渐被冷却到250℃以下，然后由炉底的卸料装置排出；同时，惰性气体（或废烟气）被加热到800℃左右，从干熄炉斜道口经过一次除尘器后进入干熄焦锅炉；在锅炉中，水被热气流加热产生蒸汽，同时气体被冷却到200℃左右，再经二次除尘由循环风机重新送入干熄炉内循环使用。

　　四、干熄焦主要设备简介

　　干熄焦主要由红焦装入设备、提升机、干熄炉、冷焦排出设备、电机车及焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦锅炉单元、循环风机、除尘地面站、水处理单位、自动控制部分、发电部分等组成。

　　1、红焦装入设备

　　干熄焦红焦装入设备由电机车、焦罐台车、APS定位装置、提升机、装入装置以及各极限感应器等设备组成，起着接焦、送焦及装焦等作用。

　　1.1电机车

　　电机车运行在焦侧的熄焦轨道上，用于牵引、制动焦罐台车，控制圆形旋转焦罐的旋转动作和完成接送红焦的任务。

电机车主要由车体、走行装置、制动装置、气路系统、空调系统及电气系统组成。

　　1.2旋转焦罐

　　旋转焦罐用来装运从炭化室中推出的红焦，并与其它设备配合，将红焦装入干熄炉内。

　　1.3提升机

　　提升机运行于提升井架和干熄炉顶轨道上，将装满红焦的焦罐提升并横移至干熄炉炉顶，与装入装置相配合，将红焦装入干熄炉内。

装完红焦后又将空罐经提升、走行和下降落座在焦罐台车上。

　　1.4装入装置

　　装入装置位于干熄炉的顶部，与提升机配合将焦罐中的红焦装入干熄炉。

2、冷焦排出设备

　　干熄焦冷焦排出设备由排焦装置及运焦皮带组成。

　　排焦装置位于干熄炉底部，将冷却后的焦炭定量、连续和密封地排出到皮带机上。

排焦装置由平板闸门、电磁振动给料器、旋转密封阀、台车、排焦溜槽、自动润滑装置、吹扫风机、除尘管道和检修吊车等设备组成，排焦装置周围设有四处CO报警器。

　　3、干熄炉

　　干熄炉的结构有圆型与方型之分，干熄炉的结构一般为圆型。

圆型干熄炉由预存段、斜道区及冷却段组成。

　　4、气体循环设备

　　干熄焦气体循环设备由循环风机、给水预热器、一次除尘器、锅炉和二次除尘器等组成。

　　五、昆钢干熄焦工艺的运行效益

　　于1994年6月、2002年4月投产，年产干全焦100万t。

3、焦炉干熄焦装置规模为140fh。

配套18MW发电机，2005年6月干熄焦主体工程投产，2006年3月干熄焦发电站投产。

云南昆钢煤焦化有限公司安宁分公司3、4焦炉为2~50孔JN60-3型焦炉。

分别现将投产后的运行情况及经济效益分析介绍如下。

　　1运行情况

　　1．1千熄焦生产

　　干熄焦主体装置于2005年6月投产，在5年的生产过程中对工艺设备进行了一些优化，现生产稳定正常．主要生产指标见表1。

　　1．2焦炭质量

　　干熄焦装置投产后。

原湿熄焦装置备用。

在干熄焦检修时用湿熄焦装置。

另外，为掌握湿熄焦装置的完好情况，每班湿熄1～2炉焦炭。

1．2．1工业分析指标

　　干熄焦与湿熄焦工业分析指标对比见表2。

与湿熄焦相比，干熄焦水分变化明显，平均下降3．05个百分点，其他指标基本无变化。

　　1．2．2冷态机械强度

　　干熄焦与湿熄焦冷态机械强度指标对比见表3。

与湿熄焦相比，干熄焦冷态机械强度略有改善，提高0．39个百分点，M1。

降低0．21个百分点。

　　1．2．3热态性能指标

　　干熄焦与湿熄焦热态性能指标对比见表4。

与湿熄焦相比，干熄焦热态性能指标改善，反应性降低1．66个百分点，反应后强度提高2．56个百分点。

　　1.3冶金焦率、小焦率、粉焦率变化冶金焦率、小焦率、粉焦率变化见表5。

与湿熄焦相比，干熄焦冶金焦率降低近5个百分点，其中小焦率增加近3个百分点，粉焦率增加1．75个百分点．原因为干熄焦在运行过程中跌落次数增加所致。

　　1.4焦炭烧损

　　干熄焦烧损率以2010年1月30日一2月21日的数据计算。

　　1）累计补充空气量4551996．96m。

　　2）累计人炉数2723炉，单炉产量21．98t，入炉焦炭量59851．54t。

　　3）排放气CO平均浓度1．67％，消耗焦炭40．7t。

　　4）排放气CO2平均浓度12．19％，消耗焦炭297．3t。

　　5）排放气含尘浓度9．0mg／m3，消耗焦炭41．Ot。

烧损率：

（40．7+297．3+41．0）+59851．54=0．63％

　　1．5介质消耗随着生产的逐步顺行和管理水平的提高，吨干熄焦除盐水、蒸汽、氮气、工业水、压缩空气的消耗逐步下降至正常水平，见表6。

1．6干熄焦增加'白勺收入:

2006年11月20日前，干熄焦与湿熄焦价格

　　相同。

之后，收入增加。

干熄焦装置每发电1kWh收入0．2元。

见表7。

　　2效益分析

　　2．1干熄焦能耗分析

　　投入1t干全焦产量，回收能源按电力和蒸汽2种形式、电力折标系数按当量值和等价值2种情况、其余折标系数按2009年全年平均数计算。

干熄焦装置能源平衡见表8。

　　1）干熄焦生产需要投入能源，加上烧损和冶金焦率、小焦率、粉焦率的变化，耗能增加，但干熄焦回收能源，产生的蒸汽可以直接使用，也可以发电，当回收能源小于投入能源时干熄焦是不节能的，当回收能源大于投入能源时干熄焦是节能的。

　　2）当回收能源以电力形式且电力折标系数按当量值计算时．回收能源小于投入的能源，此种情况下干熄焦不节能。

3、4焦炉年产100万t干全焦。

每年消耗能源740t标准煤；电力折标系数按等价值计算时，回收能源大于投入的能源，干熄焦是节能的。

3、焦炉年产100万t干全焦，每年节约能源24510t标准煤。

　　3）当回收能源以蒸汽形式，回收能源大于投入的能源。

3、4#焦炉年产100万t干全焦，电力折标系数按当量值计算时，每年节约能源48290t标准煤；电力折标系数按等价值计算时，每年节约能源43840t标准煤。

　　综上所述。

干熄焦只有在回收能源以电力形式且折标系数按当量值计算时不节能，其余3种情况下干熄焦都是节能的，而且节能量大。

电力是二次能源．电力的获得需要消耗能源，因此在计算能源消耗时，折标系数应该用等价值折标系数。

因此。

干熄焦是节能的。

干熄焦投入、回收的能源与电力的折标系数、产出的能源形式有关。

回收能源为蒸汽形式的节能大于电力形式的节能。

2．2干熄焦经济效益分析

　　2．2．1直接经济效益

　　按2009年价格计算。

直接经济效益见表9。

从表9看出，干熄焦投入较大，每生产1t干熄焦（冶金焦）需要投入46．18元，由于干熄焦价格、发电价格较低，干熄焦亏损20．15元／t。

　　2．2．2延伸经济效益

　　由于焦炭质量改善，高炉焦比降低2％，产量增加1％tn。

按此计算干熄焦对炼铁的延伸效益。

　　计算条件：

　　1）全焦产量100万t／a；

　　2）湿熄焦的冶金焦炼铁焦比0．40t焦／t铁；

　　3）干熄焦全部用于高炉炼铁，年干熄率90％；

　　4）焦炭价格1490元／t；5）生铁利润6O元／t；

　　按上述条件计算干熄焦的延伸效益。

　　1）节约人炉焦炭产生的效益。

年节约焦炭量=1000000tx90％x88．61％x2％=15949．8t，产生的效益为15949．8txl490元／t=2376．52万元。

　　2）增加生铁产量产生的效益。

年增加生铁产量=（1000000tx90％x88．61％÷0．4）xl％=19937．25t，产生的效益为19937．25t~60元／t=l19．62万元。

干熄焦的延伸效益为2376．52+119．62=2496．14万元。

即每吨干熄焦对炼铁系统的效益为31．3元。

　　3结论

　　1）干熄焦工艺每生产It干熄焦，产蒸汽0．602t，发电120kWh，自耗电18kWh。

与湿熄焦相比，干熄焦水分降低3．05个百分点，提高0．39个百分点，M1。

降低0．21个百分点。

CRJ降低1．66个百分点，c5R提高2．56个百分点。

　　2）干熄焦生产需要投入能源，加上烧损和冶金焦率、小焦率、粉焦率的变化，耗能增加，但干熄焦回收了大量的红焦余热。

回收的能源大于投人的能源。

年产100万t干全焦，蒸汽用于发电时，每年节约能源24510t标准煤：

蒸汽作为产品时，每年节约能源43840t标准煤。

　　3）干熄焦的直接经济效益主要取决于干熄焦的价格和发电价格。

按2009年昆钢价格计算．每吨干熄焦需要投入46．18元，亏损20．15元。

如果不体现干熄焦的焦炭价格或发电价格，则干熄焦生产对焦化厂没有直接经济效益。

干熄焦的经济效益主要体现在延伸效益上，每吨干熄焦对炼铁系统的延伸效益为3l-3元。

　　4）干熄焦避免了湿熄焦水蒸汽夹带污染物对大气的污染，环保效果较好，改善了厂区环境，避免了生产等量蒸汽而燃烧动力煤对大气的污染。

六、干熄焦余热发电技术的意义

　　21世纪，全球面临资源能源紧张、环境-生态约束日益严峻的时代性命题，因此，焦化厂不仅要进一步发挥为钢铁生产提供性能更好的焦炭和更好地开发深加工产品的功能，而且还要高度重视焦化过程中能源转化功能。

从钢铁制造流程的整体看，焦化厂的焦化过程实质是根据铁素物质流这一被加工主体的要求（为高炉冶炼提供优质焦炭），而相应地发生的碳素流能源转换过程。

焦化厂是钢铁制造流程中碳素能量流的重要组成部分，是钢铁制造流程中将一次能源煤炭经过焦炉的高温干馏转变成二次能源焦炭、焦炉煤气、焦油和粗苯等的高效“能量转换器”。

干熄焦是采用惰性气体将红焦在无氧的环境下降温冷却的一种熄焦方法。

它能够提高焦炭强度和降低焦炭反应性，与传统湿法熄焦相比，M40可以提高3~5%，入炉焦比降低2~5%，高炉的常能可以提高1%；采用干法熄焦，每处理1t焦炭，可以回收约为1.35GJ的热量，每干熄1t焦炭可以产生压力为3.8MPa,450℃的蒸汽0.54t.而传统的湿法熄焦不论采用低水分熄焦还是压力蒸汽熄焦的方法，都不能把这部分热量回收回来；如此一来这部分热量还可以用来发电，降低企业电耗，发电后的蒸汽还可以作为参与到其它生产工序中。

（1）节能和经济效益

　　在焦炉的热平衡中被红焦带走的热量相当于焦炉加热所需热量的37%，干熄焦可回收红焦热量的80%。

干熄焦过程中，被加热的循环气体经余热锅炉换热产生蒸汽，循环气体温度下降后，再循环使用，从而有效地利用红焦的显热，并可将回收的焦粉进行再利用；利用余热锅炉产生的高温高压蒸汽进入汽轮发电机组做功发电，最终将红焦的显热转换为电能，节能及经济效益十分明显。

（2）环境效益

　　干熄焦采用循环气体在密闭的干焦炉内对红焦进行冷却，可以免除湿熄焦过程中酚、氰化合物和硫化合物等有害物质对周围设备的腐蚀和对大气的污染。

通过对焦粉的收集和处理，最后以高净化烟气排入大气。

　　（3）提高焦炭质量

　　干熄焦过程是再循环气体逆流换热的过程中缓慢而均匀进行的，它没有湿法熄焦过程中存在的剧冷作用，干熄焦后焦炭机械强度、耐磨性、反应后强度均有明显提高，反应性降低。

干熄焦过程中，因料层相对运动，增加了焦块之间的相互摩擦与碰撞，起到了焦炭的整粒作用，提高了焦块的均匀性。

焦炭在预存室保温相当于在焦炉中的闷炉，进一步提高焦块的成熟度，使其结构致密化。

　　（4）扩大炼焦煤源

　　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、肥煤配入量的10%~20%，有利于保护资源和降低焦炭成本。

　　七、总结

　　钢铁工业是国民经济重要基础产业，能源消耗量约占全国工业总能耗的15%，废水和固体废弃物排放量分别占工业排放总量的14%和17%，是节能减排的重点行业。

当前，钢铁行业发展面临严峻挑战和新的发展机遇，传统的粗放型发展模式已难以为继，迫切要求行业企业以节能减排为抓手，积极转变发展方式，利用高新技术改造、提升行业技术管理水平，走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新型工业化道路。

在钢铁工业中，铁前工序耗能量（含烧结、焦化、炼铁）占全行业耗能量70%以上，是节能降耗的重点。

干熄焦是一项采用循环惰性气体冷却焦炭回收余热资源的节能技术。

该技术可节约用水，减少大气污染物排放，能够回收大量红焦显热并产生中高压蒸汽，有效提高能源利用效率，同时提高焦炭质量，降低炼铁工序能耗，最终实现企业的节能减排。