干熄焦节能技术规范编制说明高压干熄焦节能技术规范.doc

干熄焦节能技术规范编制说明高压干熄焦节能技术规范

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2020年5月29日
文档仅供参考

中华人民共和国黑色金属行业标准

干熄焦节能技术规范
编制说明

一、工作简况
1 任务来源
根据国家节能减排精神和钢铁行业结构调研的要求, 底由中国钢铁工业协会提出有关干熄焦节能技术推广和干熄焦节能技术规范的标准项目并提交上级主管部门立项。工信部于 以工信厅科[ ]104号”关于印发 第一批行业标准制修订计划的通知”中规定,由冶金工业信息标准研究院负责组织制定<干熄焦节能技术规范(计划号 -1796T-YB)>行业标准。
2 主要工作过程
接到本标准的制订通知后,由起草单位共同组成标准起草小组,负责<干熄焦节能技术规范>的标准制订工作。经过到企业考察、市场调研、查阅相关的国
内外资料,于 7月召开了项目论证会,确定标准规范编写方向和编写提纲, 11月发文80余个单位调查了干熄焦使用情况和存在问题,经过对比分析,提出了标准草案初稿,在上述工作基础上 5月起草小组对初稿进行了认真讨论修改,提出本标准的征求意见稿。
3 标准编写原则
本标准的起草按国家标准GB/T1.1- <标准化工作导则 第一部分:标准的结构和编写>进行。
在标准编写中要考虑有关国家标准、文件对焦化生产和节能的要求和规定,使干熄焦技术在炼焦行业的推广和使用更加合理、有序。
4 标准制订的必要性
近几年中国钢铁行业迅速发展,钢铁生产规模的扩大导致对焦炭的需求快速增长。具有节能降耗,减少环境污染,提高焦炭质量的干熄焦技术符合国家产业政策,是国家鼓励发展的新技术项目、”十五”科技攻关重点项目。与传统的湿法熄焦相比,采用干熄焦技术既能够回收大量的红焦炭显热,用于供热或发电,还改进了焦炭质量,降低了炼铁成本,提高了生铁产量,同时又可避免大量酚、氧化物、硫化物及带粉尘的蒸汽对周围环境的污染。
干熄焦技术对炼焦工序可实现吨焦节能40千克标煤,按当前中国重点大中型钢铁企业高炉入炉焦比平均390千克/吨铁计算,干熄焦技术的采用可使吨钢能耗降低15千克标准煤。随着中国能源价格的调整和国家对环保要求的不断提高,干法熄焦正在逐步实现和推广。
干熄焦技术发展到至今,虽然出现了不同的设备形式,但基本工艺流程大同小异,只是装焦、排焦、热量回收方式、循环气体除尘等方面有所不同。当前具有代表性的有德国TSOA公司设计的干熄焦工艺和日本新日铁设计的干熄焦工艺。中国现有的干熄焦工艺多数是引进国外技术和设备,当前冶金设计院已具备了干熄焦工艺设计能力,部分干熄焦装置国内也具备了加工能力,干熄焦装置设计和制造正在全部实现国产化。干熄焦大型化应形成系列,以降低干熄焦装置的建设投资和运行成本。干熄焦能够提高焦炭强度和回收红焦的热量,有利于环境保护,但对一些具体的工况要求,节能要求、环保要求还不全面。因此制定本标准非常有必要。
二、干熄焦工艺及优缺点
1 干熄焦CDQ(Coke Dry Quenching)技术
是国内外钢铁企业回收产品显热普遍采用的成熟技术,是相对于常规的应用水熄灭炙热红焦的湿熄焦而言的,即采用惰性气体熄灭赤热焦炭的一种熄焦方法。干熄焦能回收利用红焦的显热,改进焦炭质量,减轻熄焦操作对环境的污染。
2 干熄焦的工作原理
是利用冷惰性气体(主要成分为氮气,温度170~190℃)在干熄炉中与炼焦炉推出的大约为1050℃的赤热焦炭逆向流动(惰性气体被加热到700~850℃)直接换热,从而冷却焦炭(200℃)。吸收焦炭热量的惰性气体(850℃)经除尘后将热量传给干熄焦锅炉产生蒸汽。最后将产生的余热蒸汽再送往汽轮机发电。
3 干熄焦工艺流程

4 干熄焦的优点和缺点
4.1 优点
干熄焦与湿法熄焦相比能提高焦炭强度和降低焦炭反应性,对高炉操作有利,特别对质量要求严的大型高炉用焦炭,干熄焦更有优势(降低高炉燃料比、增加出铁比,提高炉顶温度,增加煤粉喷吹量),同时减少对大气造成污然。(见表1)
干熄焦回收红焦废热产生蒸汽,可用于发电,避免了生产等量气燃煤而对大气的污染(5-6t蒸汽需要1吨动力煤)。对规模为100万t/a焦化厂而言,采用干熄焦技术,每年能够减少8-10万吨动力煤燃烧对大气的污染。相当于少向大气排放144吨-180吨烟尘、1280吨-1600吨SO2,特别是每年能够减排10万吨-17.5万吨CO2。采用干熄焦能够节水,宝钢平均每吨焦炭节水大于0.44吨。采用干熄焦技术降低炼焦能耗50-60kgce/t焦。

表1 干熄焦与湿式熄火对比

对环境影响
提高焦炭强度
排出粉尘(g/t焦炭)
气体(Nm3/t焦炭)
冷状态强度
高温反应后强度
湿式熄火
200-400
蒸汽大约700,CO和CO2约2
84.5
58.1
CDQ
<3
无CO2排放
86
60.6

4.1.1 提高焦炭质量
同湿法熄焦相比,避免了湿熄焦急剧冷却对焦炭结构的不利影响,其机械强度、耐磨性、真比重都有所提高。焦炭M40提高3％-8％,Ml0降低0.3％-0.8％,且焦炭的热反应性(CSR、CIR)均有所改进,焦炭M40提高1％,这对降低炼铁成本,提高生铁产量极为有利,特别对采用喷煤粉技术的大型高炉效果更加明显。炼铁焦比下降5千克/吨,产量则提高4％。在保持原焦炭质量不变的情况下,采用干熄焦能够降低强粘结性的焦、肥煤配入量10-20%,有利于保护资源,降低炼焦成本。
4.1.2回收显热、节能降耗
同湿熄焦相比,干熄焦可回收利用红焦约83％的显热,每干熄1t焦炭回收的热量约为3.9-4.0MPa、450℃蒸汽0.45-0.55t。而湿熄焦没有任何能源回收利用。
4.1.3 降低有害物质的排放,保护环境
湿熄焦产生大量酌酚、氰化合物和硫化合物等有害物质(每熄一吨红焦炭就要将0.5t含有大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸汽)自由排放,严重腐蚀周围设备并污染大气,这些污染物占炼焦过程对外排放水污染物的三分之一。干熄焦采用惰性循环气体在密闭的干熄炉内对红焦进行冷却,并配备良好有效的除尘设施,能够免除对周围设备的腐蚀和对大气的污染。干熄炉炉顶装焦及炉底排、运焦产生的粉尘以及循环风机后放散的气体、干熄炉预存段放散的少量气体经除尘地面站净化后,以含尘量小于100mg/m3的高净化气体排气。见表2。

表2 干熄焦工艺与湿熄焦工艺污染对比(kg/h)
生产方式
酚
氰化物
硫化物
氨
焦尘
一氧化碳
湿熄焦
33
4.2
7.0
14.0
13.4
21.0
干熄焦
无
无
无
无
7.0
22.3

4.2缺点
4.2.1干熄焦工艺的不足在于熄焦过程中红焦与循环气体发生少量的化学反应,要损失部分焦炭。现阶段一般约损失0.3-0.8%,随着干熄焦工艺的不断完善和改进,焦碳损失率正在逐渐降低。
4.2.2再就是这种工艺方式存在着投资大、设备机型大制造难、运行时间长、运行费用高、故障多生产保证差、安全保证难度大、除尘系统要求高等问题。

三、国内外干熄焦使用概况
1干熄焦(CDQ)起源
干熄焦(CDQ)起源于瑞士,最早的干熄焦装置是19 瑞士舒尔查公司在丘里赫市炼焦制气厂采用的。20世纪40年代,前苏联、德国、日本、法国、比利时等许多国家,相继研究干熄焦技术,采用了构造各异的干熄焦装置,干熄焦装置经历了罐室式、多室式、地下槽式、地上槽式的发展过程,由于处理能力都比较小,发生蒸汽不稳定、投资大等因素,这一技术长期未得到发展;到了20世纪60年代,前苏联在干熄焦技术工业化方面取得了突破性进展,在切列波维茨钢铁厂建造了带预存室的地上槽式干熄焦装置,处理能力达到52-56t/h。这种带预存室的地上槽式干熄焦工业装置解决了过去干熄焦装置发生蒸汽不稳定等问题,实现了连续稳定的热交换操作。70年代由于能源危机,促使了干熄焦技术得到长足发展。当前,CDQ在向大型化方向发展,日本福山厂处理红焦能力已达到200t/h,产生的蒸汽量为116.5t/h,小时发电量为34200kW。德国单槽处理能力最大的250t/h超大型干法熄焦装置也正在运行。
2 国际上有代表性的装置
国际上以日本新日铁、JFE、德国蒂森·斯梯尔·奥托公司干熄焦(开发了带冷却栅和冷却壁的干熄焦装置)为代表技术较为先进。这些公司在扩大干熄焦装置能力、改进冷却室特性、热平衡、物料平衡、自动化、环保等方面实现了最佳化设计,并形成了各自的特点(见表3),
表3 乌克兰、日本、德国干熄焦技术对比表
项目
乌克兰
日本
德国
处理能力,t/h
50、70
56~250
75~170
控制方式
三型仪表
三电一体化
三电一体化
气料比,m3/t
1500~1750
1200
1000
干熄焦槽形状
圆形
圆形
方形、带水冷栅和水冷壁
一次除尘器
有
有
无
装料料钟
无
有
无
吨焦能耗,kWh
22
17
13
开发时间
20世纪60年代
20世纪70年代
20世纪80年代
3 发展方向
随着干熄焦技术的推广应用,干熄焦设备的高效化、大型化成为二十一世纪的发展趋势。日本相继开发设计并建成了单槽处理能力分别为110t/h、150t/h、180t/h、200t/h以上的大型干熄焦。干熄焦大型化,带来了工艺技术和装备的一系列改进,使干熄焦技术发展到一个新的水平。
4 中国干熄焦发展概况
4.1 干熄焦技术的应用
中国干熄焦技术的应用始于1985年,上海宝钢一期工程引进日本4×75t/h干熄焦装置并投产。同年,上海浦东煤气厂引进前苏联2×70t/h干熄焦装置,并于1994年投产。
1991年和1997年宝钢二期、三期采用日本技术的两组4×75t/h干熄焦,
1999年济钢采用乌克兰技术的2×70t/h干熄焦,
首钢采用日本技术的1×65t/h干熄焦装置,
马钢的干熄焦工程被列入”九五”国家重大引进技术消化吸收项目—干熄焦消化吸收创新”一条龙”项目工程,是国内第一条自行设计制造,国产化率达90%以上的干熄焦装置。另外,近几年武钢、鞍钢、昆钢、南钢、杭钢、涟钢、通钢等企业也都新建了干熄焦工艺。
4.2 中国干熄焦技术应用的发展
近几年中国干熄焦正向大型化和系列化发展,且干熄焦能力已居世界第一。最新资料显示,当前中国在建和已投产的干熄焦装置共125套,占中国机焦产能的33.6%,相当于中国 钢铁工业耗焦总量的42%。
表4 中国投产的干熄焦装置
企业名称
干熄焦能力,t/h
投产时间
技术来源
宝钢
宝钢一期
75t×4
1985
新日铁
宝钢二期
75t×4
1991
新日铁
宝钢三期
75t×4
1997
新日铁
浦东
70t×2
1994
乌克兰
济钢
70t×2
1999
乌克兰
首钢
首钢
65t×1

新日铁
首钢迁安

.12

武钢1号干熄焦
140t×2
.12
新日铁
马钢
125t×1

华泰
鄂钢
125t×1

水钢
150t×1

沙钢
140t×3

鞍钢
140t×2

昆钢
120t×1

通钢
100t×1

湘钢
75t×1

攀钢煤化厂
145×1
.1.26

南钢焦化厂
140×1
.4.26

杭钢焦化厂
75×1
.5.19

上海焦化有限公司
75×1
.6.5

涟钢焦化厂
1501×
.6.18

唐钢炼焦制气厂
150×1
.6.26

合计
735×6

4.2.1 鞍钢1号干熄焦装置是鞍钢1号、2号焦炉的配套项目,采用当前国内新型干熄焦技术,是世界上工艺及设备最先进的干熄焦工程之一。鞍钢干熄焦最大处理能力和排焦能力分别为140t/h和155t/h,年处理焦炭达100万t,设备国产化率达到90％以上。按现有干熄焦处理规模,鞍钢每年能够减少8～10万t动力煤燃烧带来的大气污染。
4.2.2 济钢6、7号焦炉150t/h干熄焦工程引进了新日铁的最新技术,国内首家采用高温高压自然循环锅炉,采用多项国内先进技术,配备世界最先进的焦炉节能环保工艺。工程由新日铁、首钢设计院联合设计,每小时可处理焦炭150t,产蒸汽86.3t,年干熄焦炭112万t,发电17600多万kW·h,是当前国内规模最大的干熄焦装置之一。
4.2.3 沙钢干熄焦工程有1号、2号两座干熄焦工程,采用了高压余热锅炉技术;焦罐提升卷扬机地面化,减少了主体钢结构;大悬臂结构直接吊装焦罐等先进技术。每座装置熄焦能力达140t/h,锅炉蒸汽量为91t/h,蒸汽压力高达12.8kPa,蒸汽温度为450℃,是当前国内自动化程度最高、锅炉压力最高的一种新型干熄焦技术,也是世界上工艺及设备最先进的干熄焦工程之一。

五、中国干熄焦的装置情况及问题
纵观国内现有干熄焦工艺装置,包括多数国外干熄焦工艺装置,无一例外的都是干熄炉设在地面。装焦工艺设有高大的提升运输井架。装入焦罐的红焦经过水平运输、垂直提升、再水平移动、垂直下放的运输方式装入熄焦炉内。这种工艺方式存在着投资大、设备机型大制造难、运行时间长、运行费用高、故障多生产保证差、安全保证难度大、除尘要求高等问题。
1 干熄焦主要设备选择
1.1 干熄炉本体设备:
(1)红焦运输设备:红焦运输设备由电机车、焦灌、焦罐台车、焦罐旋转装置、APS自动对位装置。
(2)提升机:提升机及其附属设备主要有卷扬机、走行台车及框架,缓冲器、提升导轨、电缆载架导轨、吊具、焦罐盖、限位开关及支架、平台、走梯等组成,另设有检修用电动葫芦。
(3)装入装置及平板闸门:装入装置主要有料斗、衬板、料盅、积尘管道、焦罐固定支架、台车驱动装置、炉盖、台车导轨、水封罩、安全栏杆、给脂润滑设备等组成、驱动装置主要有行程限位开关等。
(4)排出装置:检修闸板、振动给料器、旋转密封阀以及双叉溜槽组成。
(5)循环气体系统:循环风机、供气装置等
1.2 除尘设备
主要分为系统除尘设备及环境除尘设备
(1)系统除尘设备:系统除尘设备主要包括一次除尘和二次除尘。一次除尘为重力沉降型除尘,主要利用循环气体内含焦粉自身重力除尘。设置于干熄炉与锅炉之间。二次除尘为旋风除尘,二次除尘主要有单体旋风器、旋风子固定板、导气管固定板、外壳、下部灰斗及附属设备组成。
(2)环境除尘设备:包括干熄炉本体环境除尘、炉前焦库除尘、筛焦楼除尘三个除尘站。

2 干熄焦安全卫生、安全管理
干熄焦安全生产主要危险有害因素及存在部位见表5
表5 主要危险有害因素及存在部位
危险有害因素
存在部位
火灾与爆炸
焦罐、干熄焦、余热锅炉、除尘器系统、加氨装置、汽机的润滑油,变压器的变压器油、压力容器、压力管道
电气
汽轮机、发电机、变压器及各类用电设备
机械
电机车、提升机、焦罐车、胶带运输机、各类泵电机
粉尘
装焦、排焦、胶皮带运输、除尘器设施、汽车运输
噪音
提升机、循环风机、干熄焦锅炉、汽轮机、发电机、泵类等
高处坠落
干熄焦、余热锅炉、汽轮发电机附属设施高处
高温
焦罐车、干熄焦、一次除尘器、余热锅炉、汽轮发电机
中毒与窒息
干熄炉、排焦装置、除尘装置
腐蚀
水处理系统(酸、碱、氨)、干熄焦系统内(烟气腐蚀)
3干熄焦过程的污染源及控制
3.1 有害气体
干熄焦污染源主要有:焦炭在熄焦、排焦、转运、贮存过程散发出的大量焦粉尘,以及NO2、SO2、CO、CO2等有害气体。
3.2 焦粉尘
干熄焦生产过程的尘源主要有:熄焦槽顶装焦处,熄焦槽顶部预存室放散口,惰性气体循环风机放散口,熄焦槽底部排焦两岔溜槽,振动给料器,回转密封阀入口及排焦胶带落料处,转运站胶带机转运点等。
3.3 干熄焦除尘系统
除尘器采用离线脉冲清灰方式。由脉冲袋式除尘器净化后的气体经风机及消声器、烟囱排至大气。收集后的粉尘汇集后送入粉尘贮仓,再经加湿搅拌机加湿后采用专用卸式汽车定期外运。
3..4 筛焦楼及转运站除尘系统
筛焦楼及转运站除尘系统用于控制并捕集干熄焦焦炭在筛焦楼筛分、贮存及焦转运站转运过程散发的大量焦粉尘。除尘器采用离线脉冲清灰方式,滤料采用防静电材质,含尘烟气由脉冲袋式除尘器净化,再经风机及消声器排至大气。
六、标准初步框架
根据上述调研情况我们提出了初步的标准框架。
1　 总则
1.1为实现钢铁行业”节能减排”目标,提高干熄焦技术利用效率,节约耗水和能源,提高焦炭质量,干熄焦装置在建设、安装、使用过程中,必须严格执行国家安全生产的方针政策以及环保规定及本规范。
1.2 本规范规定了干熄焦装置的参数选择和节能减排效果的限制指标
1.3本规范具有干熄焦节能装置效果的审核、判断作用。
2 术语和定义
干熄焦 (Coke Dry Quenching,简称CDQ)
焦罐提升机 Coke canister hoist
旋转排出阀 Rotary Discharge Valve
干熄焦发电 Coke Dry Quenching Power
强制循环干熄焦锅炉
3干熄焦原理及工艺路线
3.1原理
在干熄炉冷却段,焦炭向下流动,惰性循环气体向上流动,焦炭经过与循环气体进行热交换而冷却。
3.2工艺路线
3.2.1焦炭冷却流程
红焦®焦罐车®提升机®装入装置®干熄炉(炉内完成热交换)®排焦装置®转运站处理系统
3.2.2 余热回收流程
惰性气体经循环风机鼓入干熄炉底®干熄炉内与红焦逆流换热成高温惰性气体®一次除尘器®干熄焦锅炉(产生蒸汽)®二次除尘器®循环风机(加压、换热)®(给水预热器冷却)®返回干熄炉循环使用。
4 干熄炉系统设备
4.1 旋转焦罐车
有圆形、方形,但为了充分利用焦罐容积及有利于焦炭均匀分布,推荐采用圆形。
4.2 提升机
焦罐提升机与焦罐运载车、运载车夹紧对位装置(A．P．S)、焦炭装入装置均有联锁互动工艺要求。
4.3 装入装置
装入装置由炉盖、台车和装入料斗台车组成。
4.4 干熄炉主体
干熄焦炉体外表面应采取保温措施,减少表面散热,表面散热率不大于2.0%。
4.5 排焦装置
4.5.1 振动给料器
4.5.2 旋转排出阀
由于设备是干熄炉的唯一出口,应保证其长期稳定运行,且气密性要好。
4.6 地面除尘站
5 除尘系统
5.1 干熄焦环境除尘
环境除尘主要处理干熄焦系统排出的焦尘,应严格控制干熄炉装焦、排焦、转运、筛分、干熄炉预存室放散口以及循环气体放散口烟尘排放,并设置捕集装置,再送干熄焦环境除尘站处理。一般选用布袋除尘器,除尘器除尘效率的高低直接影响干熄焦生产过程中产生的环保效果。
5.2 排焦除尘
排焦可采用旋转密封阀连续排焦,确保其气密性,能封住排焦时产生的烟尘,同时向排焦装置的壳体内充入氮气,顶住炉内气体压力,避免循环气体向外窜漏。
5.3 连接处漏气
为防止因开工、停工及温度波动产生的胀缩使联接口处产生漏气,在干熄炉与一次除尘器之间及一次除尘器与干熄焦锅炉之间应设置高温补偿器,循环气体管路上也应设置了多个补偿器。
5.4 惰性气体循环除尘
5.4.1 一次除尘(气体含尘量小于)
高温惰性循环气体经过一次除尘分离粗颗粒焦粉后进入干熄焦锅炉进行热交换,除尘后含尘量小于12g/m3,焦粉颗粒直径小于1mm。一次除尘设备设置于干熄炉与锅炉之间,一般为重力沉降型除尘。
5.4.2 二次除尘
约160℃的低温循环气体由锅炉出来,进入二次除尘器分离细颗粒焦粉,二次除尘设备一般为旋风除尘,从二次除尘器出来的循环气体含尘量应不大于1g/m3。
5.5 焦粉收集
环境除尘的脉冲袋式除尘器收集的粉尘、一次除尘器及二次除尘器从循环气体中分离出来的焦粉,都由专门的链式刮板机及斗式提升机收集在焦粉贮槽内,经加湿搅拌机加湿后采用专用卸式汽车定期外运。
5.6 除尘站
除尘站一般设置二级除尘设备。除尘器采用离线脉冲清灰方式,滤料采用防静电材质,含尘烟气由脉冲袋式除尘器净化,再经风机及消声器排至大气,排放口粉尘浓度应不大于100mg／m3。
6 验收评估
6.1干熄焦装置安装完工后,应由建设、设计、施工单位三方按国家现行有关标准、规范及行业标准联合进行工程施工验收。
6.2安装验收后,应进行粉尘和排放物的检验,排放物应符合国家相关标准要求。
6.3设备投产后3个月,实际运行产能应达到设计值。
6.4干熄焦综合指标评估
6.4.1烧损率。干熄焦整个系统密封性要好,漏气率要低于5%,循环气体的可燃气体控制在安全范围之内,具体指标见表1。
6.4.2排焦温度需低于150℃。
6.4.3换热效率和气料比。
干熄炉热有效利用系数(不考虑焦炭燃烧放出的热量)应不小于80%,余热锅炉热利用效率应不小于98%,干熄焦整个系统热利用系数应不小于83%。气料比应不大于1200m3/t。
6.4.4干熄焦系统的用水应实现循环用水,水重复利用率应不小于97%,外排水应符合国家GB13456—92标准中焦化行业标准要求。
6.5焦炭质量评价
6.6节能评价
干熄焦节能主要由回收红焦热量产生蒸汽量以及提高焦炭质量降低焦比节约的能量组成．但必须扣除系统运行能耗和系统焦炭的损失.
7 安全运行与维护
7.1新建的干熄焦装置,在生产前一定要对干熄炉及一次除尘器的耐火材料进行温风干燥,以除去耐火砖砌体水分。
7.2干熄焦设备应建立完整的维护、保养、检修管理标准,确保设备安全稳定运行。
7.3 建立完善的<安全生产规章制度>、<安全生产职责>、<岗位作业标准>以及<安全生产检查制度>
7.4干熄焦系统特种设备的使用应严格遵守国家相关法律、法规、技术标准及相关规定。
7.5对每台分析仪进行人工零点、量程校正,以保证系统的测量精度,周期为1个月。
7.6 定期对取样探头进行人工用中温中压蒸汽进行吹扫,周期为2星期。由于循环气体温度一般为160-200℃,高温气体会在相对较冷的探头表面结露。
七、拟对下列内容提出指标要求
1、采用的设备,建议用方形罐还是圆形罐以及处理能力。
2. 对设备的建筑要求、安全要求、保温要求、换热效果要求。
3、对设备连接处密封要求,工艺流程顺畅要求。
4、对各种检测仪表、仪器精度要求,
5、对惰性气体使用要求、杂质含量控制要求、总量控制要求。
6、安全和环境保护的具体要求。