新時(shí)期焦化廠干熄焦技術(shù)節(jié)能減排探究

郭 毅

（山西焦化設(shè)計(jì)研究院（有限公司），山西 洪洞 041606）

引言

20 世紀(jì)80 年代，我國(guó)在寶鋼一期工程中首次從國(guó)外引入和應(yīng)用了干熄焦技術(shù)，干熄焦技術(shù)在我國(guó)至今有接近四十年的歷史[1]。我國(guó)該領(lǐng)域?qū)＜胰耸恳惨恢敝铝τ诟上ń辜夹g(shù)的研究和創(chuàng)新，多年來(lái)獲得了諸多成果，也成功突破了干熄焦技術(shù)的諸多瓶頸。在此發(fā)展過(guò)程中，干熄焦技術(shù)形式也越來(lái)越多元化，但深入其中去研究，便會(huì)發(fā)現(xiàn)干熄焦技術(shù)的基本工藝流程并未出現(xiàn)大的改變[2]。目前，我國(guó)干熄焦裝置的應(yīng)用主要還是集中在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)當(dāng)中，一些獨(dú)立的焦化廠很少有建設(shè)和安裝干熄焦裝置的實(shí)力，即使安裝和使用了干熄焦裝置技術(shù)，也因?yàn)楦鞣N因素的困擾和局限影響到了干熄焦技術(shù)的節(jié)能減排效果，目前來(lái)看，干熄焦技術(shù)在獨(dú)立焦化廠中適用性并不強(qiáng)[3-4]。

1 干熄焦技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)劣勢(shì)分析

1.1 干熄焦系統(tǒng)組成部分與工藝流程

目前，焦化廠中所使用的干熄焦系統(tǒng)中，各個(gè)組成部分都發(fā)揮著不可替代的重要作用，任何一部分出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。干熄焦系統(tǒng)的組成部分有干熄爐、排焦裝置、焦罐、除塵器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、干熄焦鍋爐單元、發(fā)電部分、自動(dòng)控制部分等。以干熄爐為例，干熄焦系統(tǒng)中的干熄爐是由預(yù)存段、斜道區(qū)和冷卻段組成，干熄爐結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 干熄爐結(jié)構(gòu)圖

干熄焦的工藝流程如圖2 所示。

圖2 干熄焦工藝流程圖

1.2 干熄焦技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)分析

1.2.1 優(yōu)勢(shì)分析

從目前焦化廠應(yīng)用干熄焦技術(shù)的實(shí)際效果來(lái)分析，干熄焦技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于其可大幅提高紅焦顯熱的有效率。現(xiàn)階段，在焦?fàn)t能耗當(dāng)中，正常情況下出爐紅焦顯熱能耗可以占到40%左右的比重，干熄焦技術(shù)可以把這一部分熱量進(jìn)行有效保留，通常這部分能量的可回收度可達(dá)80%以上。除此之外，干熄焦技術(shù)的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在干熄焦技術(shù)在完成干熄之后的焦炭質(zhì)量要更好一些，這便在提高生鐵產(chǎn)量以及降低煉鐵成本方面發(fā)揮著一定的作用。干熄焦技術(shù)在新建大型焦?fàn)t或者原有大型焦?fàn)t改造中有著非常廣泛的應(yīng)用，其在節(jié)能降耗方面發(fā)揮著不可替代的重要作用。

1.2.2 劣勢(shì)分析

但是，干熄焦技術(shù)本身并不是完美的，其也有自身的劣勢(shì)和不足。諸如干熄焦技術(shù)自身能耗比較高，而且投資成本很高?，F(xiàn)階段干熄焦裝置工程的投資值相當(dāng)于濕法熄焦裝置工程的10 倍左右，這也是目前干熄焦技術(shù)主要應(yīng)用在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的一個(gè)主要原因。除此之外，干熄焦技術(shù)自身能耗要比濕法熄焦裝置高很多，排除可回收能源這一要素，干熄焦技術(shù)能耗為30 kWh/t，是傳統(tǒng)濕法熄焦的15 倍。

據(jù)了解，現(xiàn)階段焦化廠如果想購(gòu)買一套140 t/h的干熄焦裝置。需要花費(fèi)大約1.5 億元，而使用這套干熄焦裝置之后，年處理焦炭量可以達(dá)到110 萬(wàn)t，每噸焦凈收益會(huì)在24 元左右，經(jīng)計(jì)算，焦化廠采用干熄焦裝置的投資回收期約為7 年。

2 焦化廠干熄焦技術(shù)節(jié)能環(huán)保效果分析

2.1 節(jié)能效果

目前我國(guó)絕大多數(shù)焦化廠所使用的干熄焦系統(tǒng)，其工作原理是：借助惰性氣體把紅焦生產(chǎn)的熱量傳遞到余熱鍋爐，然后再由余熱鍋爐生產(chǎn)出蒸汽作為其他方面（諸如發(fā)電）的使用。

從理論上來(lái)計(jì)算，1 t 紅焦經(jīng)過(guò)干熄焦技術(shù)處理之后生產(chǎn)出的過(guò)熱蒸汽量，具體計(jì)算過(guò)程如下：

首先，先假定參數(shù)：紅焦1 100 ℃，裝入到干熄焦系統(tǒng)中排出200 ℃的焦炭。通常情況下，1 100 ℃時(shí)焦炭的比熱容是1.561 kJ/（kg·℃），200 ℃時(shí)焦炭的比熱容降到0.998 3 kJ/（kg·℃）。在沒(méi)有導(dǎo)入空氣的條件下，1 t 紅焦顯熱回收的能量是：Q1=1 000×（1.561×1 100-0.998 3×200）=1.517 4×106kJ。

第二，假定焦炭燃燒產(chǎn)生的熱量是33 850 kJ/kg，按照1%的比例來(lái)計(jì)算，那么1 t 焦炭在干熄爐內(nèi)燒損熱量為：Q2=1 000×33 850×1%=3.385×105kJ。

第三，假定干熄爐系統(tǒng)傳熱效率定值是83%，干熄爐內(nèi)1 t 紅焦被循環(huán)氣體帶入鍋爐的總熱量為：Q3=（Q1+Q2）×83%=1.54×106kJ。

第四，余熱鍋爐熱平衡。根據(jù)相關(guān)參數(shù)，在扣除焦炭燃燒產(chǎn)生的熱量，1 t 紅焦顯熱生產(chǎn)蒸汽量應(yīng)該為0.348 t，也就是說(shuō)干熄焦可以節(jié)能0.348 t。

2.2 環(huán)保效果

在應(yīng)用干法熄焦技術(shù)之前，焦化廠采用的是濕法熄焦技術(shù)，濕法熄焦對(duì)環(huán)境的污染是非常大的，其污染來(lái)源主要有三條途徑：其一，熄焦中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，據(jù)研究，熄1 t 焦會(huì)排放0.2 kg 粉塵；其二，熄焦過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生H2S，每熄1 t 焦大約會(huì)產(chǎn)生0.1 kg H2S，而且會(huì)伴有酚、硫化物等氣體；其三，水煤氣反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的CO，熄1 t 焦會(huì)產(chǎn)生大約2 kg CO。由此可見(jiàn)，濕法熄焦技術(shù)對(duì)環(huán)境的污染力度有多強(qiáng)。與濕法熄焦相比，干法熄焦對(duì)環(huán)境的污染程度會(huì)小很多。干法熄焦是利用惰性氣體，在密閉系統(tǒng)中熄滅紅焦，而且密閉系統(tǒng)當(dāng)中會(huì)配備優(yōu)質(zhì)的除塵設(shè)施，這樣一來(lái)干法熄焦對(duì)環(huán)境的污染程度會(huì)大大減輕。表1是干、濕兩種熄焦技術(shù)所產(chǎn)生的污染對(duì)比。

表1 干、濕熄焦技術(shù)產(chǎn)生的污染對(duì)比 g/m3

從表1 中可以看出，干法熄焦在環(huán)保方面具有優(yōu)勢(shì)，但也暴露出干法熄焦的一個(gè)問(wèn)題，那就是采用干法熄焦會(huì)增加SO2的排放量，這主要是因?yàn)楦煞ㄏń瓜到y(tǒng)的工藝特點(diǎn)存在一定的局限性，其不利于SO2的減排。

目前，在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)當(dāng)中，均傾向于采用干熄焦技術(shù)，因?yàn)槠湓诠?jié)能環(huán)保中有著明顯優(yōu)勢(shì)，而且焦化廠可利用處理后的酚氰廢水沖渣，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了廢水不外排。而在一些獨(dú)立的焦化廠當(dāng)中，現(xiàn)階段依然多采用的是濕法熄焦技術(shù)，很少有獨(dú)立焦化廠采用干法熄焦，其與干法熄焦技術(shù)自身有著很大關(guān)系，干法熄焦工藝自身投資高、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行過(guò)程中一旦出現(xiàn)故障或者問(wèn)題而影響了實(shí)際生產(chǎn)，獨(dú)立焦化廠很難承擔(dān)得起損失，還有一部分原因在于一般酚氰廢水的產(chǎn)量是在0.3 m3/t，如果選擇濕法熄焦技術(shù)，那么其耗水量約為0.5 m3/t，酚氰廢水可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，而且也能夠消耗掉一部分循環(huán)水排污水。

3 焦化廠應(yīng)用干熄焦技術(shù)需要注意的問(wèn)題分析

3.1 SO2 的減排問(wèn)題

SO2是環(huán)境污染的主要成分之一，焦化廠如果采用干熄焦技術(shù)，那就意味著SO2的排放量會(huì)比之前增加很多，會(huì)有更多的SO2排放到空氣當(dāng)中污染大氣環(huán)境。如何在采用干熄焦技術(shù)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)SO2的有效減排是目前焦化廠需要考慮和解決的核心問(wèn)題之一。除此之外，焦化廠還需要注意到干熄焦炭本身含水量很低，也需要考慮到粉轉(zhuǎn)污染問(wèn)題。

3.2 酚氰廢水的利用與外排問(wèn)題

焦化廠在采用干熄焦技術(shù)的過(guò)程當(dāng)中，必須要針對(duì)酚氰廢水的利用和外排問(wèn)題制定出切實(shí)可行的方案，無(wú)論是借助焦化廢水深度處理與回用技術(shù)，還是借助其他方式，都需要提前為酚氰廢水的利用和排外做好規(guī)劃，杜絕酚氰廢水的外流。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，節(jié)能減排是焦化廠實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)必然要求，焦化廠需要尋求各種各樣的方式和途徑來(lái)降低能耗，盡到環(huán)保責(zé)任。目前干熄焦技術(shù)的應(yīng)用，其節(jié)能減排效果已經(jīng)得到充分證明，干熄焦技術(shù)必將成為焦化廠節(jié)能減排方案中的核心技術(shù)依靠。當(dāng)前在創(chuàng)新和完善干熄焦技術(shù)的過(guò)程，焦化廠也需要從自身尋求突破，增強(qiáng)自身綜合實(shí)力，逐步擺脫客觀因素的局限，為干熄焦技術(shù)的拓展應(yīng)用提供更加廣闊的空間。