作者: 张晶晶 来源:中国科学报 发布时间:2016/8/23 9:04:21
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干熄焦技术助力炼焦工业绿色发展

青海盐湖焦化项目干熄焦装置 

■本报记者 张晶晶

炼焦工业是冶金、化工行业的支柱产业,但同时也是资源和能源消耗量大、污染物排放量大的传统产业。绿色发展对炼焦生产提出了严苛要求,节能和环保已成为决定我国炼焦工业生死存亡的关键。

炼焦煤经过一个结焦周期的高温干馏变成焦炭。从焦炉炭化室推出的炽热焦炭的温度高达1000℃,必须将高温焦炭冷却至较低温度才能运输、贮存和使用。传统熄焦技术采用湿法熄焦,即用水直接喷洒高温红焦进行冷却,不仅每熄1吨红焦需要消耗0.53吨水,而且将含有大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸汽抛向天空,严重污染环境;此外,高温红焦带出的大量显热白白浪费,喷水急剧冷却影响焦炭质量。

干熄焦是针对传统湿法熄焦而言的,它是利用惰性气体冷却炽热焦炭的工艺。中冶焦耐工程技术有限公司副总工程师、教授级高级工程师王明登在采访中告诉《中国科学报》记者,与湿法熄焦相比,干熄焦技术拥有诸多明显优势。首先可以回收红焦显热,回收率达到80%以上,回收的红焦显热用于生产蒸汽或发电;同时可以减少污染物排放量,干熄焦基本上不耗费水资源,且系统密闭,逸散烟尘均得到有效治理,彻底消除了湿法熄焦产生的含有大量酚、氰化物和硫化物的熄焦蒸汽对大气的污染;可提高焦炭质量,产生延伸效益,与湿法熄焦相比,干熄焦能够提高焦炭质量。

核心技术待掌握

20世纪70年代的全球能源危机促使干熄焦技术得到了长足发展。资源相对贫乏的日本率先从前苏联引进了这项技术,从1976年起,在日本户畑、千叶和扇岛等焦化厂的干熄焦陆续投产。日本在干熄焦的自动控制、环境保护、系列化和大型化等方面进行了改进、完善和提高。

早在上世纪末,中冶焦耐工程技术有限公司(原鞍山焦化耐火材料设计研究总院)就敏锐地意识到干熄焦技术具有巨大的市场前景和推广价值。

但在2000年以前,受工艺技术及设备国产化的限制,我国无法依靠自己的力量独立、经济合理地配置并建设干熄焦装置,造成建设投资及运行费用高,经济效益不明显,故干熄焦技术推广缓慢,仅仅通过引进方式建设了10多套干熄焦装置。

在引进时,国外厂家对核心技术不进行转让,同时国内相应的研究工作严重缺乏,致使干熄焦装置工艺设计的核心技术一直没有被完全掌握,在工程设计时也没有可靠的设计标准和设计依据。这样,在我国推广干熄焦技术只能通过引进方式或者是对引进装置进行翻版设计。

而依靠引进方式建设干熄焦装置,建设投资大,难以大范围推广;对引进装置进行翻版设计,除受知识产权限制外,因我国2000年前引进的干熄焦装置其处理能力仅为65~75吨/小时,规模小且十分单一,而国内焦化厂数量众多,焦炉炉组的生产能力范围较宽,若完全采用同一规模(65~75吨/小时)的干熄焦装置,必然造成产焦、熄焦能力不匹配,致使建设投资及运行成本过大而难以推广。

技术障碍被突破

王明登告诉记者,要降低干熄焦建设投资和运行成本有两个关键点亟待解决:“一是使干熄焦工艺技术和设备全面实现国产化,同时使干熄焦技术实现最优化;二是使干熄焦规模配置实现最优化,即依据焦炉的实际生产能力经济合理地配置干熄焦装置。”

为此,中冶焦耐牵头、联合国内各研究院所组成项目组,首次在国内按1:7建立了干熄炉实验装置,开展了焦炭床层的压力损失实验、焦炭冷却过程中气固对流换热实验、焦炭床层的冷却实验以及干熄炉内焦炭下降运动实验;为进行理论研究,在收集国内外相关技术资料,总结、消化和吸收引进技术的基础上,根据多孔介质的基本理论和竖炉内物料运动的研究成果,首次建立了描述干熄炉内焦炭冷却、焦炭与循环气体的逆向运动、焦炭与循环气体的能量守恒关系的数学模型。基于所建立的数学模型,首次在国内开发出干熄炉流体动力学辅助设计专用软件。

在成功开发出70~150吨/小时系列干熄焦技术的基础上,通过对生产装置的标定和验证,按照循序渐进的开发原则,近年来,中冶焦耐先后成功开发出160~200吨/小时系列干熄焦技术,现正在研发210~270吨/小时系列干熄焦技术。

该技术研发成功后,已广泛应用于国内宝钢、鞍钢、武钢、马钢等60多家焦化企业的130套干熄焦(含在建工程),总产能超过1.37亿吨/年。鉴于此,工信部在《钢铁行业规范条件(2012年修订)》中规定“钢铁项目建设时要求配套建设干熄焦”;2015年再次修订时要求“焦炉须配套干熄焦”。

前景广阔待开拓

在国家的大力支持下,国产化干熄焦技术得到迅速推广和应用。截至目前,按干熄焦处理能力计,我国已位居世界第一。在钢铁联合企业中,干熄焦普及率超过90%;在独立焦化企业,随着环保压力越来越大以及干熄焦炭质量改善导致的经济效益的逐步提升,干熄焦正被各地方政府和越来越多的企业所接受。

近一年来,随着钢铁企业经济效益逐步下滑,如何实现干熄焦的长寿化生产以进一步发挥其经济效益是行业需要继续研究的课题。

在国际上,发达国家在本世纪初已将干熄焦作为清洁发展机制CDM项目。各钢铁生产大国对干熄焦的重视程度越来越高。近年来,随着中国钢铁工业和焦化技术的国际竞争力日益强大,本技术开始向海外输出。我国干熄焦技术的成功输出不仅带动了相关技术与装备的出口,而且打破了日本新日铁住金在国际大型干熄焦建设市场的垄断地位,提升了国际竞争力。

对于干熄焦技术的发展前景,王明登表示极为看好。他指出,在全球范围节能减排、低碳发展的浪潮中,在国内外钢铁企业经济效益大幅下滑的背景下,具有显著的社会、经济和环境效益的干熄焦技术必将具有更加广阔的应用前景。

《中国科学报》 (2016-08-23 第6版 前沿)
 
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