太鋼煉焦工藝技術(shù)及裝備技術(shù)進(jìn)步的實(shí)踐

田秀林 焦玉杰

1.前言

進(jìn)入21世紀(jì)，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求及焦化行業(yè)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，太鋼率先引進(jìn)了國(guó)際先進(jìn)的7.63m焦?fàn)t煉焦工藝及其裝備技術(shù)，并先后投資配套建設(shè)干熄焦工藝、脫硫制酸工藝、煤調(diào)濕工藝等，提高了煉焦技術(shù)整體水平。在工程建設(shè)和生產(chǎn)實(shí)踐中，太鋼圍繞煉焦生產(chǎn)及各分工序環(huán)節(jié)，將先進(jìn)工藝技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地集成優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了煉焦工藝技術(shù)水平和裝備技術(shù)水平的提升。

2.焦?fàn)t大型化為主導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)

2003年，國(guó)內(nèi)焦?fàn)t爐型最大為6m焦?fàn)t，配套的焦?fàn)t機(jī)械裝備技術(shù)比較成熟。太鋼分析對(duì)比當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)、國(guó)際煉焦技術(shù)情況，論證研究工藝技術(shù)、裝備先進(jìn)性、環(huán)保技術(shù)、建設(shè)費(fèi)用、產(chǎn)能情況等，最終決定引進(jìn)德國(guó)7.63m煉焦工藝技術(shù)，從而帶動(dòng)了我國(guó)興建7.63m焦?fàn)t的建設(shè)高潮，大幅度提升了我國(guó)煉焦工藝技術(shù)水平。

2.1 常規(guī)爐型與7.63米焦?fàn)t尺寸、產(chǎn)能對(duì)照 （見(jiàn)表1）

2.2 7.63米焦?fàn)t煉焦工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）焦?fàn)t爐體采用了雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、復(fù)熱式、蓄熱室分格、空氣分段供給等技術(shù)，炭化室橫向、縱向、高向溫度均勻，保證焦炭成熟；

（2）爐體主體部位都采用硅磚，爐體結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，磚型設(shè)計(jì)合理，最大限度減少蓄熱室封墻的漏氣；

（3）焦?fàn)t爐體采用廢氣循環(huán)、分段加熱組合的結(jié)構(gòu)，最大限度地降低焦?fàn)t燃燒廢氣中氮氧化物的濃度；

（4）爐體砌筑用耐材分類細(xì)化，分部位、分區(qū)段采用不同性能的耐材，耐材特性、優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮應(yīng)用，爐體表面散熱降低，最大限度的控制爐體膨脹，延長(zhǎng)爐體壽命。

（5）焦?fàn)t護(hù)爐鐵件爐門、爐框、保護(hù)板、縱橫拉條大型化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，材質(zhì)提升，調(diào)節(jié)便利，爐體膨脹受控；

（6）焦?fàn)t集氣管系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用PROven技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單孔炭化室壓力的單獨(dú)調(diào)節(jié)；

（7）結(jié)合機(jī)械液壓、電氣自動(dòng)化控制最新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t自動(dòng)加熱，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度；

（8）焦?fàn)t溫度調(diào)節(jié)措施由傳統(tǒng)的上調(diào)式發(fā)展為先進(jìn)的下調(diào)式（下部調(diào)節(jié)噴嘴板），調(diào)節(jié)作業(yè)更為便利、措施量化可測(cè)、受控；

（9）焦?fàn)t作業(yè)環(huán)境改善，煤氣設(shè)施減少，煤氣短缺及超壓情況特殊設(shè)計(jì)安全應(yīng)急設(shè)施，保證作業(yè)安全。

3.行業(yè)先進(jìn)工藝技術(shù)的最佳集成

根據(jù)行業(yè)準(zhǔn)入條件要求，太鋼投資建設(shè)了干熄焦、煤調(diào)濕、脫硫脫氰等工藝，實(shí)現(xiàn)了整體工藝技術(shù)的提升。

3.1 干熄焦工藝

干法熄焦是利用冷的惰性氣體在干熄爐內(nèi)與紅焦直接換熱，從而冷卻焦炭。隨著21世紀(jì)初國(guó)內(nèi)干熄焦技術(shù)推廣應(yīng)用，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化日趨成熟。2008年5月，為回收紅焦熱量、節(jié)約水資源，消除濕熄焦產(chǎn)生的污染、緩解煉焦煤短缺狀況、改善焦炭質(zhì)量，太鋼建成兩套150噸/小時(shí)處理能力的干熄焦裝置。經(jīng)過(guò)三個(gè)月的生產(chǎn)調(diào)試，并不斷改進(jìn)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了干熄焦穩(wěn)定運(yùn)行。2011年，干熄焦率達(dá)到97.22 %，保證了焦炭產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，為煉鐵大容積高爐順行、降低配煤成本創(chuàng)造了條件。

表1 常規(guī)頂裝焦?fàn)t及7.63米焦?fàn)t基本尺寸、產(chǎn)能對(duì)比

3.2 煤調(diào)濕工藝

2008年12月，太鋼和國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位聯(lián)合開發(fā)的煤調(diào)濕工藝投產(chǎn)，該工藝采用間接傳熱和煙氣攜濕降氧相結(jié)合的蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥的核心技術(shù)，以干熄焦發(fā)電后蒸汽作為干燥熱源，并將焦?fàn)t煙道廢氣引入蒸汽管回轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)作為載氣和部分熱源，成功地將煤調(diào)濕技術(shù)首家應(yīng)用于7.63m焦?fàn)t，處理能力達(dá)到400噸/小時(shí)，滿足兩座7.63m焦?fàn)t連續(xù)生產(chǎn)用煤，出口煤料水分穩(wěn)定受控7.0%-7.5%。該技術(shù)的核心設(shè)備蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)在設(shè)計(jì)、制造、自動(dòng)控制技術(shù)、安全技術(shù)等方面以行業(yè)最先進(jìn)技術(shù)集成創(chuàng)新，工藝技術(shù)取得實(shí)質(zhì)性突破。

煤調(diào)濕技術(shù)的應(yīng)用，提升了太鋼煉焦工藝技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)了“四提高、三降低、一減少”，即提高入爐煤堆密度、提高焦?fàn)t作業(yè)穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)能力、提高產(chǎn)品質(zhì)量；降低煉焦耗熱量、降低酚氰廢水量、降低配煤成本；減少溫室效應(yīng)，平均每噸入爐煤可減少約35.8千克的CO2排放量。煤調(diào)濕工藝技術(shù)是能源階梯利用、節(jié)能環(huán)保技術(shù)應(yīng)用的成功范例，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。

3.3 脫硫脫氰制酸工藝

國(guó)內(nèi)煤氣脫硫脫氰工藝種類較多，有AS法脫硫脫氰技術(shù)、HPF 氨法脫硫、真空碳酸鹽法等，不同的工藝投用后存在脫硫效率低、廢液處理難、設(shè)備腐蝕、硫膏滯銷等問(wèn)題。

在分析國(guó)內(nèi)采用工藝情況后，結(jié)合太鋼工序銜接、總圖布置的特點(diǎn)，太鋼引進(jìn)烏克蘭脫硫工藝、丹麥托普索制酸工藝，創(chuàng)造性的將乙醇胺脫硫脫氰工藝與制酸工藝技術(shù)相結(jié)合，解決了系統(tǒng)配置、設(shè)備轉(zhuǎn)化制造等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)最佳生產(chǎn)效果。脫硫工序布置在洗苯脫苯工序后，將焦?fàn)t煤氣中的硫化氫脫除到200mg/m3，每年生產(chǎn)純度96%以上的硫酸1.8萬(wàn)噸，硫酸產(chǎn)品用于焦化硫銨生產(chǎn)或太鋼后部軋鋼工序，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用；煤氣中硫化氫含量降低，既保證了不銹鋼表面質(zhì)量合格，同時(shí)每年減排二氧化硫約1.2萬(wàn)噸。

7.63 m焦?fàn)t建成及干熄焦工藝、煤調(diào)濕工藝、脫硫脫氰工藝的投用，從入爐煤預(yù)處理工藝源頭抓起，將7.63m焦?fàn)t工藝與其它新工藝技術(shù)緊密銜接、工藝參數(shù)配合調(diào)整、不斷改進(jìn)優(yōu)化，摸索出適用于7.63m焦?fàn)t的生產(chǎn)工藝技術(shù)，整體工藝配置合理、科學(xué)，行業(yè)領(lǐng)先。

4.先進(jìn)裝備技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的融合應(yīng)用

4.1 焦?fàn)t機(jī)械國(guó)產(chǎn)化、自動(dòng)控制水平提升

7.63 米焦?fàn)t的建設(shè)中，提高焦?fàn)t機(jī)械及其配套設(shè)備電氣自動(dòng)化程度，關(guān)鍵的焦?fàn)t四大車制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械各單元操作PLC控制，人機(jī)界面，通過(guò)Wincc操作系統(tǒng)，無(wú)線數(shù)字通訊，采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)操作精確控制；所有設(shè)備均為一人操作，一點(diǎn)定位停車，爐號(hào)自動(dòng)識(shí)別，機(jī)、焦側(cè)車輛聯(lián)鎖對(duì)位、操作安全系數(shù)提高，定位準(zhǔn)確度±5mm；推焦操作與除塵地面站風(fēng)機(jī)操作聯(lián)鎖控制，并配備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)保證應(yīng)急狀態(tài)下安全生產(chǎn)；推焦車、攔焦車上配備爐門爐框自動(dòng)清掃、頭尾焦收集裝置，同時(shí)配備爐門煙塵逸散物處理設(shè)施，減少粉塵污染。焦?fàn)t機(jī)械設(shè)計(jì)中更多的體現(xiàn)“以人為本”理念，考慮人體仿生學(xué)、綠色工廠等元素，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境；焦?fàn)t機(jī)械的引進(jìn)、國(guó)產(chǎn)化提升了焦?fàn)t機(jī)械裝備制造業(yè)得整體水平。

4.2 儀表控制技術(shù)的提升、信息化建設(shè)

焦?fàn)t及其配套工藝裝備的技術(shù)升級(jí)，帶動(dòng)了工藝控制儀表的更新?lián)Q代。生產(chǎn)監(jiān)控儀表由上世紀(jì)90年代的電動(dòng)單元儀表更新為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀表，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行情況，自動(dòng)生成運(yùn)行趨勢(shì)；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存記錄，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)、分析運(yùn)行情況；儀表單元體積小，元件使用壽命長(zhǎng)，減輕工人維護(hù)工作量；儀表功能覆蓋生產(chǎn)管理的全工序過(guò)程，工藝運(yùn)行需求的溫度、壓力、流量、煤氣熱值、廢氣成分、產(chǎn)品儲(chǔ)罐液位、煤罐料位、入爐煤水分的在線監(jiān)控、運(yùn)行趨勢(shì)等關(guān)鍵生產(chǎn)工藝管控指標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控，生產(chǎn)管理嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)，調(diào)節(jié)可控性提高。

加強(qiáng)信息化建設(shè)，公司建立了ERP信息管理系統(tǒng)和能源數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，將生產(chǎn)過(guò)程用到原料、產(chǎn)品、各種能源介質(zhì)參數(shù)統(tǒng)一采集，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、資源能源調(diào)配和定單管理等。

5.采取先進(jìn)環(huán)保技術(shù)，建設(shè)資源可循環(huán)、能耗低的清潔焦化廠

5.1 焦?fàn)t環(huán)保技術(shù)

焦?fàn)t生產(chǎn)中90%的煙塵來(lái)自裝煤和出焦作業(yè)，為消除這兩大污染源，焦?fàn)t生產(chǎn)主流程中采取有效措施，改善了煉焦生產(chǎn)操作環(huán)境，主要措施如下：

焦?fàn)t裝煤采用PROven技術(shù)、集氣管負(fù)壓，單獨(dú)調(diào)節(jié)炭化室壓力，實(shí)現(xiàn)無(wú)煙裝煤；

出焦采用除塵地面站、焦?fàn)t出焦過(guò)程采用皮帶移動(dòng)密封技術(shù)，減少推焦陣發(fā)性煙塵污染；

機(jī)側(cè)車載除塵器收集焦?fàn)t機(jī)側(cè)摘門、推焦、平煤、尾焦、清門和清框產(chǎn)生的煙塵；

嚴(yán)格控制煉焦過(guò)程中污染物質(zhì)，采用上升管水封、爐門嚴(yán)密、裝煤孔座嚴(yán)密等技術(shù)，保證焦?fàn)t逸散物的達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 大氣粉塵治理技術(shù)

煤罐改進(jìn)，淘汰露天煤場(chǎng)，使用封閉式儲(chǔ)、配煤罐14個(gè)，儲(chǔ)煤能力10萬(wàn)噸。煤罐既有利于煤種單獨(dú)存放，消除混煤現(xiàn)象，提高配煤準(zhǔn)確性，又消除了煤粉揚(yáng)塵污染。

加強(qiáng)對(duì)無(wú)組織排放的控制，對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)站、受料點(diǎn)設(shè)置集塵罩、落實(shí)密封措施，轉(zhuǎn)運(yùn)站通廊設(shè)置通風(fēng)除塵設(shè)施及噴水抑塵設(shè)施。

根據(jù)環(huán)保要求，控制有組織排放，在全廠有關(guān)粉塵泄漏點(diǎn)設(shè)立15臺(tái)布袋除塵器，采用滌綸針刺氈、高效覆膜濾料等，排放濃度≤20mg/Nm3；除塵灰采用全封閉罐車運(yùn)輸，消除過(guò)程粉塵逸散。

5.3 大氣污染綜合治理技術(shù)

化產(chǎn)尾氣治理，將苯罐逸散氣體收集后，采用冷凝換熱工藝，氣態(tài)苯冷卻成液態(tài)自流回苯罐，消除苯氣味污染；焦油船、其它罐槽等設(shè)施的逸散氣體，經(jīng)洗滌塔凈化后，利用焦?fàn)t煙囪吸力高空排放，消除環(huán)境異味。

5.4 粉塵循環(huán)利用技術(shù)

將焦油渣、脫硫廢液、除塵灰和配合煤配合，經(jīng)型煤設(shè)備制造型煤，型煤隨配合煤送入煤塔。型煤的配入，改善了煤料粘結(jié)性、增加裝入煤堆密度；同時(shí)循環(huán)利用了化產(chǎn)廢渣、廢液等。

5.5 污水處理

太鋼酚氰污水處理系統(tǒng)是一套對(duì)煉焦、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品回收等生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢水進(jìn)行集中處理的環(huán)保設(shè)施。焦化廢水處理采用缺氧-好氧生物脫氮工藝，由預(yù)處理、生化處理和污泥處理等工藝過(guò)程組成，處理后的廢水指標(biāo)達(dá)到COD≤100 mg/L，氨氮≤5mg/L，油≤0.5 mg/L，揮發(fā)酚≤0.5 mg/L，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過(guò)處理后的廢水在公司內(nèi)部循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)污水“零”排放。

5.6 建立能源轉(zhuǎn)換、回收利用型焦化廠

焦化生產(chǎn)是能源轉(zhuǎn)換的過(guò)程，通過(guò)工藝技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)，努力提高生產(chǎn)過(guò)程的能源回收效率，降低能耗。主要措施有：采用高壓干熄焦發(fā)電技術(shù)，回收紅焦顯熱，噸焦發(fā)電量達(dá)到126.3千瓦時(shí)；并對(duì)脫硫制酸工序、煤調(diào)濕工序產(chǎn)生的蒸汽冷凝水進(jìn)行回收，階梯利用熱量保供公司生活服務(wù)區(qū)使用，最終供動(dòng)力總廠鍋爐，年創(chuàng)效益110萬(wàn)元；利用化產(chǎn)循環(huán)水余熱，供周邊居民冬季采暖使用，供熱面積達(dá)到65萬(wàn)平方米。加強(qiáng)能源體系管理，公司構(gòu)建能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源管理網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)能源介質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、調(diào)度和管理。

6.結(jié)語(yǔ)

太鋼通過(guò)引進(jìn)外方先進(jìn)技術(shù)，科學(xué)創(chuàng)新地集成國(guó)內(nèi)焦化工藝、機(jī)械制造、自動(dòng)控制等領(lǐng)域的最新技術(shù)，建成了技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯7.63m大焦?fàn)t及清潔生產(chǎn)、綠色環(huán)保的配套工廠，大幅度提升焦炭生產(chǎn)能力及工藝技術(shù)水平，突破了傳統(tǒng)焦化生產(chǎn)高能耗、低效率、污染大的 “瓶頸”，實(shí)現(xiàn)了“優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保、低成本” 的管理目標(biāo)。經(jīng)過(guò)不斷深入開發(fā)和優(yōu)化完善，焦化生產(chǎn)運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗、勞動(dòng)生產(chǎn)率等指標(biāo)創(chuàng)造了同行業(yè)最佳水平，對(duì)整個(gè)行業(yè)的科技進(jìn)步起到推動(dòng)和借鑒作用