宝钢炼焦节能技术现状及发展方向探讨
余国普李良华
（宝山钢铁股份有限公司炼铁厂，上海 200941）
摘 要 炼焦作为高能耗、高污染产业，具有巨大的节能减排潜力。本文简要介绍了宝钢炼焦现状，结合焦炉物料平衡和热平衡计算结果，对焦炉的能耗进行分析。采用回收焦炭显热的干熄焦技术、以焦炉废气为载气的蒸汽回转干燥煤调湿技术、成型煤技术和新型预制块炉门技术，达到了充分利用焦炉显热，节约能源的目的。对焦炉荒煤气显热回收、烟道废气回收进行了论述与展望。 关键词 炼焦热平衡干熄焦煤调湿炉门荒煤气
The Present State of Coking Energy Saving Techniques and
Development Direction in Baosteel
Yu Guopu Li Lianghua
(Iron-making Plant, Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai, 200941)
Abstract Though coking industry is high energy-consuming and heavily air-pollution,it has tremendous potential of reduction. This paper briefly introduces the present situation of coking in baosteel,based on the material balance and heat balance calculation,energy consumption was analyzed.To make full use of waste heat,such technologies as coke dry quenching ,coal moisture control ,briqutte and the whole structure Carbonization Chamber door,it is expected to high use the heat of coke oven and save energy.At last discuss and prospect the recovery of raw gas and coke oven gas.
Key words coke oven, heat balance, coke dry quenching, coal moisture control, door, raw gas
2012年，重点钢铁企业吨钢综合能耗为603.62 kgce/t，比去年同期增长0.45‰。对比国家《节能减排“十二五”规划》要求，到2015年全国万元国内生产总值能耗比2010年下降16%，钢铁行业节能压力巨大。炼焦作为钢铁企业用煤大户，它消耗一次能源（煤炭、水）和二次能源（电、蒸气、煤气），同时又为下游用户生产二次能源（焦炭、煤气和粗苯、焦油化产品），焦化厂生产的二次能源约占钢铁工业能源总量的70%[1]，其能耗占整个钢铁企业的15%左右，不断优化炼焦工序过程，提高资源利
用率，是钢铁企业的需求，更是可持续发展的要求。
焦炉炼焦的过程是一个高温干馏过程，需要一定量的煤气将炼焦煤隔绝空气加热到1000℃左右变化成焦炭，红焦再经过冷却后通过皮带输送到各用户。在这一过程中，存在大量的余热资源，如何得到有效利用来降低炼焦能耗对钢铁企业意义重大。
1 宝钢焦炉现状及能耗现状
宝钢炼焦现有6m焦炉12座共计600孔，7m焦炉2座共110孔，其中一期焦炉为新日铁M型，二期余国普, 男, 工程师, 宝山钢铁股份有限公司炼铁厂, yuguopu@baosteel
为JN60-87型，三期为JNX60-2型，四期焦炉为JNX70-3型。一、二、三期焦炉年设计生产能力分别为171万吨，四期设计产能135万吨。
在炼焦工艺配置上，宝钢炼焦采用了分组粉碎、成型煤、煤调湿和干法熄焦等工艺，其中一至四期存在较大差异，主要差异见表1。
表1 宝钢炼焦一至四期工艺配置主要差异
一期
二期
三期
四期
煤处理 采用煤调湿工艺 水分控制在6.5%左右 采用成型煤工艺 配入比例为15%
采用成型煤工艺配入比例为
20%
采用煤调湿工艺 水分控制在7.5%左右 焦 炉 新日铁M 型复热式6米焦炉
三段加热
JN60-87型复热式6米焦炉
一段加热
JNX60-2型复热式6米焦炉
僧侣鞋一段加热
JNX70-3型复热式7m 焦炉
一段加热
干熄焦
4×75t/h 4×75t/h 4×75t/h 3×90t/h ，旋转焦罐
对于采用煤调湿的大型焦炉，使用高炉煤气和焦炉煤气混合加热，含7%水分的相当炼焦耗热量2292kJ/kg ，焦炉的物料平衡和热平衡分别如表2和表3所示。
表2 焦炉××号炭化室物料平衡表
物料入方
物料出方
数量
数量洗肾机
符号 项目 kg/t
湿基/%
干基/%
符号
项目 kg/t
湿基/%
干基/%
G M 干煤 1000 93.2 100 G J 全焦 718.01 66.92 71.8 G S 配煤水 72.96 6.8 — G Y 焦油 37.80 3.52 3.8 G B 粗苯 10.01 0.93 1.0 G A 氨 2.51 0.23 0.2 G G 净煤气 142.70 13.30 14.3 G S 配煤水 72.96 6.80 —
G SX 化合水 31.95 2.98 3.2 G DG 泄漏煤气量 28.82 2.69 2.9
G E
误差
28.20 2.63 2.8
合计
1072.96 100 100 合计 1072.96 100 100
表3 焦炉××号炭化室热量平衡表
收入热量
支出热量
符号 项目 kJ/t % 符号 项目 kJ/t % Q 1 加热煤气燃烧热 2734260 89.13 Q 1' 焦炭显热 1210683 39.46 Q 2 加热煤气显热 46921 1.52 Q 2' 净煤气显热 437366 14.26
Q 3 泄漏粗煤气燃烧热
246199 8.03 Q 3' 焦油潜热、显热 76103 2.48
Q 4 空气显热 14365 0.47 Q 4' 粗笨潜热、显热
16972 0.55
Q 5 湿煤显热
26048 0.85 Q 5' 氨显热 5133 0.17 Q 6' 水汽潜热、显热 397178 12.95 Q 7' 废气显热 389081 12.68
Q 8' 不完全燃烧热 15787 0.51 Q 9' 炉体表面散热 229568 7.48
ΔQ
热平衡误差值
289922 9.45
合计
3067793 100 合计 3067793 100
对其进行热工评定如下：
热效率：()''
78100%10012.680.51/100100%86.81%Q Q Q Q η−−=×=−−×=总热总
（1）
热工效率：''''''12
3456100%100%39.4614.26 2.480.550.1712.95
69.87%
100
Q Q Q Q Q Q Q Q Q η+++++=×=×+++++=
=有
热工
总总
（2）
统一热效率： ()()
5571.570.85
100%71.3%1000.85
Q Q Q Q η−−=
×=
=−−有统总
（3）
从上述测试结果来看，炭化室推出的红焦带出的显热占焦炉支出热的39.46%，焦炉荒煤气带出热占焦炉支出热的30.41%，其中水分带出的热量占荒煤气支出热的42.58%，180℃的焦炉烟道废气带出热占焦炉支出热的12.68%，这主要是由于焦炉废气温度较低，炉体表面散热占焦炉热支出的7.48%。从上述结果看，炼焦过程的节能潜力在于焦炭、粗煤气、烟道废气和炉体表面的余热的有效回收。
2 宝钢炼焦主要工艺节能技术
柿子削皮机
2.1 干熄焦技术
外用药酒
宝钢是国内最早运用干熄焦技术的企业，也是国内外唯一采用全干熄的熄焦方式。经过二十多年的生产实践，宝钢干熄焦在节能、环保等方面取得了很大的发展。 2.1.1 干熄焦汽化率的控制
相对于湿熄焦而言，干熄焦在节能、环保及改善焦炭质量等方面具有明显优势传统的作业模式认为中压蒸汽属于能源回收，应越高越好，故多采用大风量、低料位的作业模式来提高中压蒸汽产率，其忽略了干熄焦系统的热效率，盲目提高汽化率势必造成焦炭烧损的增加，不仅影响焦炭产量，还将影响焦炭的灰分和热性能。为此，对干熄焦汽化率的控制方式进行调整如下：
（1）减少空气导入 干熄焦过程中导入空气主要是将系统中可燃成分通过燃烧法降低，在可燃成分燃烧的过程中会造成部分焦炭的烧损。
22C+O CO ⎯⎯→ （4）
2CO + C 2CO ⎯⎯→
（5）
如果以烧损部分焦炭为代价来多产蒸汽，则实际能量回收并不能增加。为降低系统中可燃含量同时减少空气导入造成的烧损，结合干熄焦现有7点冲氮配置，增加干熄焦系统内氮气冲入量。
（2）干熄炉料位控制 合理的干熄焦预存段料位和循环风量，有利于提高干熄炉内焦炭冷却均匀性，使干熄炉自上而下温度梯度合理分布。改变干熄焦低料位作业模式，三台干熄炉生产时，料位控制在中下位置，四台干熄炉生产时，料位控制在中上料位[2]。采用上述作业模式后，干熄焦汽化率合理降低，如图1所示。
目前正常作业模式下汽化率控制在530～550kg/t 。
2.1.2 降低干熄炉排焦温度
红焦可利用的热量是指进入干熄炉的红焦热与排出冷焦热之差，在入口红焦温度一定时，通过降低排出焦炭温度可以有效提高热量回收。安装给水预热器的主要作用表现在两个方面，一是可以有效降低干熄焦排焦温度，提高红焦处理能力；二是通过提高纯水温度来降低低压蒸汽消耗。
通过安装给水预热器，干熄焦排焦温度降低10℃左右，给水进水温度将提高17℃左右，低压蒸汽消耗量降低0.5t/h 左右[3]。
图1 炼焦干熄焦汽化率趋势图
2.2 煤调湿与成型煤技术
2.2.1 煤调湿技术
煤调湿技术是一种炼焦用煤的预处理技术，宝钢煤调湿属于以蒸汽为热源煤调湿技术
的改进，在系统中引入了焦炉烟道气，用来带走干燥过程中煤蒸发的水汽，烟气经布袋除尘后部分循环、部分排空，煤调湿系统示意如图3所示。
图3 宝钢煤调湿示意图
2.2.2 成型煤技术
成型煤就是将炼焦原料煤中的一部分压块成型，再与其他的装炉煤混合，入炉炼焦，宝钢目前成型煤配比比例在20%左右，成型煤的流程如图4所示。
热载体（循环气体）
水
中压蒸汽
图2 干熄焦给水预热器效果图
图4 宝钢三期成型煤流程图
2.3 焦炉炉门新技术
宝钢焦炉原配炉门厚度为420mm，采用黏土砖为主，为日本20世纪80年代初期的技术水平。其黏土砖寿命约2年，黏土砖易出现缺角、断裂的现象，为保持炉门砖的完整，采用浇注料补浇的方法，补浇浇注料的使用寿命大约为半年。
2006年，宝钢进行了焦炉炉门结构及材料改型研究，采用莫来石－堇青石材质体系，进行整体浇注，整体浇筑炉门内衬是分段预制块，预制块断面交接处有10mm的膨胀缝，预制块断面交接处缝隙用火泥密封，预制块与本体之间采用销键连接，同时对原厚度适当减薄。为防炉门结碳，同时开发出预制块表面的涂层材料对炉门进行涂釉处理。新型炉门如图5所示。
图5 组装后新型炉门结构示意图
3 应用效果
3.1 干熄焦系统整体节能显著
干熄焦风料比下降约200m3/t，相应的电耗下降5%，安装给水预热器后干熄焦排焦温度降低10～20℃。
3.2煤调湿和成型煤对焦炉标准炉温的影响
采用煤调湿工艺后，焦炉装入煤温度升高到45℃，以焦饼中心温度为1050℃为基准，选择3号和28
号两个火道在不同开工率下的温度作为控制标准，分别得出采用成型煤时和煤调湿时不同开工率下焦炉3
号和28号立火道温度，如图6所示。
图6焦炉装入煤水分由10%降为6.5%炉温标准的变化
从图6中可以看出，以煤调湿工艺取代成型煤工艺，在考虑入炉煤水分与堆密度不同的情况下，焦侧温
度下降14~20℃，机侧下降13~17℃；并且炭化时间越低，下降幅度越大。同理，机焦侧温度下降温度幅度
不同，说明在炉温下降的情况下，焦炉横排温度梯度也要相应降低，采用调湿煤相对于型煤工艺条件可下降
2℃。对比结果见图7。
图7 采用调湿煤工艺与型煤工艺条件下焦炉炉温下降情况
维持相同的加热条件不变，测结焦时间缩短结果见表4。
表4相同炉温时调湿煤工艺条件下焦炉结焦时间缩短情况
开工率/% 90 100 110 115 120 125
缩短时间/min 51.3 50.8 50.4 50.1 49.9 49.6
从表4可以看出，采用煤调湿工艺维持炉温不变焦炉炭化时间可以缩短50分钟，可通过增加焦炉出炉
数达到增产的效果。
3.3焦炉炉门效果
新型炉材料具有优良的保温性能，炉门框的散热大大降低，表5是传统炉门与新型炉门在相同厚度情况
下本体表面温度比较。
表5涂釉预制块整体炉门与传统炉门在线温度比较
项目炉侧上/℃中/℃下/℃平均温度/℃
PS 107 110 123 113.3 原炉门
CS 115 125 130 123.3
PS 80 90 107 92.3 新型炉门
包装箱制作CS 85 95 105 95.0
装饰工艺画
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