最新干熄焦工艺概况

第一章最新干熄焦工艺概况

第一节干熄焦的发展

一、干熄焦的发展过程

干熄焦起源于瑞士，20世纪40年代许多发达国家开始研究开发干熄焦技术，采取的方式各异，而且一般规模较小，生产不稳定。进入60年代，前苏联在干熄焦技术方面取得了突破性进展，实现了连续稳定生产，获得专利发明权，并陆续在其国内多数大型焦化厂建成。到目前为止，前苏联有40%的焦化厂采用干熄焦，单套处理量在50～70t/h。但前苏联干熄焦装置在自动控制和环保措施方面起点并不高。

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干熄焦技术，并在装置的大型化、自动控制和环境保护方面进行了有效的改进。到90年代中期，日本已建成干熄焦装置31套，其中单套处理能力在100t/h以上的装置有17套，日本新日铁和NKK等公司建成的干熄焦单套处理量可达到200t/h以上；装焦方式采用了料钟布料，排焦采用了旋转密封阀连续排焦，接焦采用了旋转焦罐接焦等技术，使气料比大大降低，极大地降低了干熄焦装置的建设投资和装置的运行费用；在控制方面实现了计算机控制，做到了全自动无人操作；在除尘方面，采用了除尘地面站方式，避免了干熄焦装置可能带来的二次污染。日本的干熄焦技术不仅在日本国内被普遍采用，同时它将干熄焦技术输出到德国、中国、南韩等国，其干熄焦技术水平已达到国际领先地位。

20世纪80年代，德国又发明了水冷壁式干熄焦装置，使气体循环系统更加优化，并降低了运行成本。德国蒂森斯蒂尔奥托（TSOA）公司成功地将水冷栅和水冷壁置入干熄炉，并将干熄炉断面由圆形改成方形，同时在排焦和干熄炉供气方式上进行了根本改进，干熄炉内焦炭下降及气流上升，实现了均匀分布，大大提高了换热效率，使气料比降到了1000m3/t 焦以下，进一步降低了干熄焦装置的运行费用。TSOA干熄焦技术在德国得到推广，同时该技术还输出到南韩和中国的台北。

干熄焦工艺发展至今，虽然出现了不同的形式，但基本工艺流程大同小异，只是在装焦、排焦、循环气体除尘等方面有所区别。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，这两种典型的干熄焦工艺在消化吸收前苏联干熄焦成熟技术的基础上都有所创新，形成各自的特点，并使干熄焦技术及其应用达到了较先进的水平。中国的鞍山焦耐院和首钢设计院，以及武钢、宝钢、首钢在吸收消化日本干熄焦技术方面作了一些有益的工作，并积累了较为丰富的经验。目前，全世界正在生产的干熄焦装置约130套，各国和地区干熄焦装置的建设情况见表1—1。

二、国内干熄焦技术的现状

我国自20世纪80年代初，宝钢一期从日本引进干熄焦至今，现有六个厂投产了干熄焦，各厂的使用状况也存在着一定差异。国内干熄焦装置建设情况见表1—2。

（一）各厂的干熄焦状况

1．宝钢干熄焦

宝钢为配合12×50孔（6m）焦炉，共建了12套75t/h规模的干熄焦装置，年处理焦炭510万吨，共分三期建设。一期4×75t/h干熄焦装置于1985年5月建成设产，二期、三期分别于1991年6月和1997年12月建成设产。一期干熄焦装置是从日本全套引进的；二期干熄焦装置是在消化吸收一期的基础上，主要由我国自己设计建成的，设备国产化率占设备总重的80%，部分关键部件从日本引进；三期除极少数关键部件从日本引进外，绝大部分设备已国产化，国产化率达到了90%以上。宝钢只有干法熄焦，不用湿法熄焦作备用，

采用“三开一备”的生产方式。

2．浦东煤气厂干熄焦

浦东煤气厂为配合年产56万吨焦炭的焦炉熄焦，1984年从前苏联（乌克兰）全套引进2×70t/h规模的干熄焦装置，由前苏联国立焦化设计院负责全套干熄焦装置核心设计，鞍山焦耐院和上海化工研究院参与了干熄焦的配套设计，并由鞍山焦耐院负责干熄焦工程的设计总承包。工程于1991年12月开工建设，1994年12月建成设产。该套干熄焦装置设备全套从前苏联引进，并保留了湿法熄焦作为备用。

3．济钢干熄焦

济钢为配合年产110万吨焦炭的焦炉熄焦，1994年从前苏联引进了2×70t/h规模的干熄焦装置，由前苏联国立焦化设计院与济钢设计院共同设计。在设备方面采取部分引进，部分合作制造的方式，工程于1996年开工，1999年3月建成投产。投产后发现苏联技术可靠性不高，达产时间较长。该装置与浦东煤气厂的干熄焦装置一样，自动化水平并不高，也保留了湿法熄焦作为备用。

4．首钢干熄焦

首钢一期1×65t/h规模的干熄焦装置，是利用日本政府的绿色援助计划建成的一套干熄焦装置，其主体设备由日本供给，辅助设备由首钢自己采购。该装置设计工作由新日铁与首钢设计院共同完成，工程于1999年动工，2001年1月投产。首钢干熄焦装置投产后运行可靠，而且自动化控制水平和环保效果都比较理想。首钢也保留了湿法熄焦作备用。

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5．武钢干熄焦

武钢7、8号焦炉为2×55孔6m焦炉，其干熄焦装置设计能力为1×140t/h，该装置由日本作核心设计，鞍山焦耐院作转接设计。该项目为国家经贸委的消化吸收项目，是目前国内单套处理能力最大的干熄焦装置。干熄焦关键设备从日本引进，部分设备由日方设计和监制，国内厂家制造，其中干熄焦的自动控制部分由武钢自行设计，工程于2002年10月动工，2003年12月建成投产，2004年5月份该装置已全面达产。武钢7、8号焦炉干熄焦仍保留了湿法熄焦作备用。

6．马钢干熄焦

马钢5、6号焦炉为2×50孔6m焦炉，所配置的干熄焦装置能力为1×125t/h，该装置由鞍山焦耐院总承包，部分关键设备从日本、德国、美国引进，其它设备由国内制造，是目前国内干熄焦装置中国产化设备最多的一套，于2004年4月建成投产，也保留湿法熄焦备用。

随着国家环保法规的不断完善和全民环保意识的提高，发展干熄焦势在必行，各大钢厂筹建6m以上焦炉都要建设与之配套的干熄焦。

（二）过去干熄焦装置推广难的原因

自上世纪80年代宝钢一期引进日本干熄焦装置至今已近20年，但这期间干熄焦技术在我国却未能大量推广，其主要原因是：

1．规格单一

各企业根据各自需要自行引进，没有进行有组织的协调和整合，造成重复引进，资金投入多，但没能解决根本问题，使我国的单套干熄焦装置处理能力一直徘徊在70t/h、75t/h 的中型规模水平上，规格单一，不能按照焦化厂的生产规模经济合理地配置干熄焦装置。以包头钢铁公司5、6号焦炉为例，其生产能力为年产干全焦100万吨，理应配置126t/h的干熄焦装置，但由于受到我国现有干熄焦装置处理能力单一的限制，又不合适地考虑了设备的热态备用，而设计采用3×75t/h干熄焦装置，其实际处理能力超过实际需要近80%，结果是投资高、效益差，导致项目夭折。

2．工程投资高

过去没有专业制造厂介入干熄焦设备的消化吸收，设备未能实现国产化。例如提升机、循环风机、电机车、排焦及装入装置等设备，建干熄焦就要引进；再加上干熄焦，控制系统复杂，要引进大量的电气和自控设备，导致工程投资居高不下。

3．能源价格不合理

长期以来我国能源价格一直处于比较低的状态，使干熄焦节能的经济效益不明显，造成投资收益率低，回收期长。但按照现在的能源价格，干熄焦回收能源所创造的效益是每t 焦炭10元，比较可观。

4．没有考虑干熄焦的延伸效益

过去因钢铁企业内部管理问题，前后工序之间没有严格进行成本核算，未对焦炭质量对炼铁经济效益的影响进行单独考核，致使干熄焦对焦炭质量的提高未能在炼铁获得的经济效益中体现出来，这是造成干熄焦工程经济效益差的另一个原因。实际上每t干熄焦焦炭对炼铁系统带来的效益约14元。

（三）干熄焦的发展方向

随着我国国民经济的不断发展，能源价格已逐步趋向合理，同时，目前钢铁企业内部已经实行成本核算、成本否决制度。因此，如果能够有效地降低干熄焦装置的建设投资，这项技术就一定能够在我国得到广泛应用，并取得可观的经济效益和社会效益。

从前面的论述不难看出，降低干熄焦投资的关键，一是干熄焦装置系列化，使规模配置经济合理。二是干熄焦技术和设备全面国产化。

1．干熄焦装置系列化，使规模配置经济合理

宝钢一期引进的干熄焦投产以后，我国曾片面地追求100%干熄，即干熄焦的备用装置也必须是干熄，结果造成基建投资大大增加，尤其是在干熄焦装置大型化后，投资增加更加惊人。例如，100万吨焦化厂配套干熄焦装置，采用75t/h干熄焦装置，以干熄焦备用，需建3×75t/h干熄焦装置，能力将增大二分之一；采用126t/h干熄焦装置，以干熄焦备用，能力将增大一倍。其实，干熄焦完全可以用湿熄焦备用，因为，随着对干熄焦所用耐火材料的不断开发，装置的检修时间间隔也越来越长，日本已达到每1.5～2.0年检修一次，一次只

有20天左右，所以以干熄焦为备用的意义越来越小。日本、德国等经济发达国家近些年在设计干熄焦装置时，也采用湿熄焦备用，以减少基建投资。92年底投产的德国凯泽斯图尔（Kaiserstuhl）焦化厂是世界最现代化、也是环保和装备水平最高的焦化厂，该厂配备了一套世界上最大的250t/h干熄焦装置，也是采用湿熄焦作为备用（该厂现已停产）。世界上干熄焦技术发展最快的日本，85年以后所建干熄焦均以湿熄焦作为备用。

干熄焦装置系列化是至关重要的。规模单一，不能形成系列，就不能按照焦炉的不同规模经济合理地配置干熄焦装置。还以100万吨焦化厂为例，如果干熄焦装置处理能力不成系列，只能配置我国当时已掌握的75t/h干熄焦装置，形成2×75t/h一组干熄焦装置，即使以湿熄焦作备用，其处理能力也将浪费约20%。对70～80万吨焦化厂，仍配置2×75t/h 一组干熄焦装置，处理能力将浪费约60%。因此，干熄焦装置必须根据生产能力形成系列，也就是目前的75t/h处理能力是不够的，必须向大型化发展，其处理能力至少应满足110万吨焦化厂要求，即开发140t/h干熄焦装置，2003年底武钢7、8号焦炉干熄焦投产后,我国才初步形成处理能力70～140t/h系列干熄焦装置。表1—3 也反应出日本干熄焦装置配置的系列化及处理能力的大型化。

我国干熄焦装置设备国产化比例较高的宝钢三期，只有提升机、循环风机、电机车、排焦装置的部分部件和电气、仪表元件从国外引进。但是，这部分所占投资比例为总设备投资的一半左右。这几件设备中，电机车属专用设备，其特点是起动速度快、走行速度快、

对位要求准确；循环风机国内目前尚无可选产品，要求耐磨性好，并能在较高温度下长期连续稳定运行；提升机是干熄焦专用设备，其特点提升速度快、走行速度快、对位准确、自动化程度高；排焦装置的部分部件主要是由于以前没有用过，选国内设备没把握。就我国目前的机械制造水平而言，只要国家投入一定人力、物力、财力，将有相当实力的起重机厂、风机厂、锅炉制造厂（在干熄焦装置大型化之后需要进一步消化吸收）及炼焦专用设备制造厂有效地组织起来，通过引进，进行消化吸收和创新，这些设备实现国产化不成问题。武钢7、8号焦炉干熄焦的建设就吸收了国内一些有实力机电厂家加盟,自动控制方面由武钢自已设计, 武钢7、8号焦炉干熄焦的投产成功为我国干熄焦技术和设备全面实现国产化作出了重要的贡献。

第二节干熄焦的原理

所谓干熄焦，是相对湿熄焦而言的，是指采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法。在干熄焦过程中，红焦从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。干熄焦在节能、环保和改善焦炭质量等方面优于湿熄焦。

一、湿熄焦的特点

煤在炭化室炼成焦炭后，应及时从炭化室推出，红焦推出时温度约为1000℃。为避免焦炭燃烧并适于运输和贮存，不能直接送往高炉炼铁，必须将红焦温度降低。一种熄焦方法是采用喷水将红焦温度降低到300℃以下，即通常所说的湿熄焦。传统湿熄焦系统由带喷淋水装置的熄焦塔、熄焦泵房、熄焦水沉淀池以及各类配管组成，熄焦产生的蒸汽直接排放到大气中。

传统湿熄焦的优点是工艺较简单，装置占地面积小，基建投资较少，生产操作较方便。但湿熄焦的缺点也非常明显，其一，湿熄焦浪费红焦大量显热，每炼1t焦炭消耗热量约为3.15～3.36GJ，其中湿熄焦浪费的热量为1.49GJ，约占总消耗热量的45%；其二，湿熄焦时红焦急剧冷却会使焦炭裂纹增多，焦炭质量降低，焦炭水份波动较大，不利于高炉炼铁生产；其三，湿熄焦产生的蒸汽夹带残留在焦炭内的酚、氰、硫化物等腐蚀性介质，侵蚀周围物体，造成周围大面积空气污染，而且随着熄焦水循环次数的增加，这种侵蚀和污染会越来越严重；其四，湿熄焦产生的蒸汽夹带着大量的粉尘，通常达200～400g/t焦，既污染环境，又是一种浪费。为解决湿熄焦存在的问题，各国焦化工作者进行了不懈的努力，对湿熄焦装置及湿熄焦工艺不断进行改进，改进的湿熄焦工艺主要有以下两种：（一）低水份熄焦

低水份熄焦系统主要由工艺管道、水泵、高位水槽、一点定位熄焦车以及控制系统等组成。在低水份熄焦过程中，通过专门设计的喷头以及不同的水压往一点定位熄焦车内喷水使红焦熄灭。水流经过焦炭固体层后，再经过专门设计的凹槽或孔流出，足够大的水压使水流迅速通过焦炭层，达到熄焦车的底板，并快速流出熄焦车。当高压水流经过焦炭层时，短期内产生大量的蒸汽，瞬间充满了整个焦炭层的上部和下部，使焦炭窒息。

低水份熄焦工艺在熄焦初期的10～20s内使用低压水，在熄焦后期的50～80s内采用高压水来代替传统湿熄焦的喷淋式分配水流。熄焦水源由高位水槽提供，高位水槽出来的熄焦水由一台小型的PLC机控制气动阀门的开度自动控制其水压和流量。

低水份熄焦工艺可节约熄焦用水30%～40%；同时还可以降低并稳定焦炭水份，从而有利于稳定高炉的生产；此外，还可以降低熄焦过程中随蒸汽带走的粉尘排放量，传统湿熄焦粉尘排放量为200～400g/t焦，而低水份熄焦粉尘排放量可降为50g/t焦左右。低水份

系统等组成。在压力蒸汽熄焦过程中，红焦由炭化室推入下部具有栅板的熄焦槽内，装满红焦的熄焦槽盖好后移至熄焦站，然后有控制地通入熄焦水，水从熄焦槽上部的盖子处通入，水压和水量由一台小型的PLC控制。水与红焦接触产生的蒸汽强制向下流动而穿过焦炭层，使焦炭进一步冷却，同时所夹带的水滴进一步气化。采用压力蒸汽熄焦可得到压力为0.05Mpa的水蒸气和一定数量的水煤气，该气体由熄焦槽下部引出，经旋风分离器除去所夹带的焦粉后，可送至余热锅炉回收热量并分离出水煤气。

压力蒸汽熄焦工艺流程图见图1—2。

上述两种改进后的湿熄焦工艺，虽然在某些方面缓解了传统湿熄焦的不足，但还不能从根本上解决浪费能源、污染环境以及降低焦炭质量等方面的问题。

二、干熄焦的工艺流程

干熄焦系统主要由干熄炉、装入装置、排焦装置、提升机、电机车及焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦锅炉系统、循环风机、除尘地面站、水处理系统、自动控制系统、发电系统等部分组成。根据设计的不同，干熄焦系统包含的主要设备也不尽相同，比如德国TSOA设计的干熄焦就没有一次除尘器，其进锅炉的循环气体中粗颗粒焦粉的去除由干熄炉本体完成；有的干熄焦直接采用外供除盐水，因此省略了干熄焦除盐水生产这一环节，只是对外供除盐水进行除氧处理即可；有的干熄焦没有设计发电系统，锅炉产生的蒸汽经减温减压后直接并网使用；等等。武钢7、8号焦炉干熄焦工艺采用日本新日铁的干熄焦技术，并在某些工艺及设备性能上进行了改进，其工艺流程图见图1—3、工艺布置图见图1—4。

二次除尘器为多管旋风式除尘器，由进口变径管、内套筒、外套筒、旋风子、灰斗、壳体、出口变径管、防爆装置等组成。灰斗设有上下两个料位计，焦粉料位达到上限时，灰斗出口格式排灰阀向灰斗下面的刮板机排出焦粉，焦粉料位达到下限时停止焦粉排出，以防止从负压排灰口吸入空气，影响气体循环系统压力平衡。从二次除尘器出来的循环气体含尘量不大于1 g/m3。

一次除尘器及二次除尘器从循环气体中分离出来的焦粉，由专门的链式刮板机及斗式提升机收集在焦粉贮槽内，经加湿搅拌机处理后由汽车运走。

另外，除尘地面站通过除尘风机产生的吸力将干熄炉炉顶装焦处、炉顶放散阀、预存段压力调节阀放散口等处产生的高温烟气导入管式冷却器冷却并分离火星；将干熄炉底部排焦部位、炉前焦库及各皮带转运点等处产生的高浓度的低温粉尘导入百叶式预除尘器进行粗分离处理；两部分烟气在管式冷却器和百叶式预除尘器出口处混合，然后导入布袋式除尘器净化，最后以粉尘浓度低于100mg/m3的烟气经烟囱排入大气。

三、干熄焦的焦炭冷却机理

在干熄炉冷却段，焦炭向下流动，惰性循环气体向上流动，焦炭通过与循环气体进行热交换而冷却。由于焦炭的块度大，在断面上形成较大的空隙，而有利于气体逆流，在同一层面焦炭与循环气体温差不大，因而焦炭冷却的时间主要取决于气流与焦炭的对流传热和焦块内部的热传导，而冷却速度则主要取决于循环气体的温度和流速，以及焦块的温度和外形表面积等。

进入干熄炉的循环气体的温度主要由干熄焦锅炉的省煤器决定。省煤器进口的除盐除氧水温度为104℃左右，出省煤器的循环气体温度可降为约160℃，由循环风机加压后再经过给水预热器进一步降温至约130℃后进入干熄炉与焦炭逆流传热，干熄炉排出的焦炭可冷却至200℃以下。离开1000℃左右红焦的循环气体可升温至900～960℃，从干熄炉斜道进入环形烟道汇集后流出干熄炉。

在干熄炉冷却段内循环气体与焦炭的热交换，主要是对流传热。传热效果随气体流速增大而加强，但当循环气体的流速随循环风机转速的提高而增大时，在干熄炉冷却段内，气流通过焦炭层的阻力增加比气流与焦炭的传热增加快得多，使循环风机的电耗大幅度提高，干熄焦运行不经济。

从焦炉炭化室推出的焦炭块度并不均匀，块度大的焦炭，由其表面向内部传热缓慢而使冷却时间延长。因此焦炭的冷却时间不可能一致。但是，焦炭在装入干熄炉以及在干熄炉内向下流动的过程中经受机械力作用而使块度大的变小，焦炭块度会逐步均匀化；此外，最先进的干熄焦工艺所设计的圆形旋转焦罐及带‘十’字型料钟的装入装置都有利于焦炭在干熄炉内的均匀分布，虽然在焦炭向下流动的过程中部分大块焦炭会偏析到干熄炉的外周，也可通过调整循环气体进干熄炉风道上的入口挡板来调节干熄炉内中央与周边的进风比例。这几个有利因素可使焦炭冷却时间的差别降低，排焦温度趋于一致。

惰性循环气体在干熄炉冷却段与焦炭逆流换热，升温至900～960℃后进入干熄焦锅炉。由于气体循环系统负压段会漏进少量空气，O2通过红焦层就会与焦炭反应，生成CO2，CO2在焦炭层高温区又会还原成CO，随着循环次数的增多，循环气体里CO浓度愈来愈高。此外，焦炭残存挥发份始终在析出，焦炭热解生成的H2、CO、CH4等也都是易燃易爆成分，因此在干熄焦运行中，要控制循环气体中可燃成分浓度在爆炸极限以下。一般有两种措施可以进行控制，其一，连续地往气体循环系统内补充适量的工业N2，对循环气体中的可燃成分进行稀释，再放散掉相应量的循环气体；其二，连续往升温至900～960℃引出的循环气体中通入适量空气来燃烧掉增长的可燃成分，经锅炉冷却后再放散掉相应量的循环气体。这两种方法都可由安装在循环气体管道上的自动在线气体分析仪所测量的循环气体中H2、CO的浓度来反馈调节。后一种方法更经济便利，武钢7、8号焦炉干熄焦即采用此方法。

四、干熄焦的优点

由于干熄焦能提高焦炭强度和降低焦炭反应性，对高炉操作有利，因而在强结焦性煤缺乏的情况下炼焦时可多配些弱粘结性煤。尤其对质量要求严格的大型高炉用焦炭，干熄焦更有意义。干熄焦除了免除对周围设备的腐蚀和对大气造成污染外，由于采用焦罐定位接焦，焦炉出焦时的粉尘污染易于控制，改善了生产环境。另外，干熄焦可以吸收利用红

焦83%左右的显热，产生的蒸汽用于发电，大大降低了炼焦能耗。

（一）焦炭质量明显提高

从炭化室推出的焦炭，温度为1000℃左右湿熄焦时红焦因为喷水急剧冷却，焦炭内部结构中产生很大的热应力，网状裂纹较多，气孔率很高，因此其转鼓强度较低，且容易碎裂成小块；干熄焦过程中焦炭缓慢冷却，降低了内部热应力，网状裂纹减少，气孔率低，因而其转鼓强度提高，真密度也增大。干熄焦过程中焦炭在干熄炉内从上往下流动时，增加了焦块之间的相互摩擦和碰撞次数，大块焦炭的裂纹提前开裂，强度较低的焦块提前脱落，焦块的棱角提前磨蚀，这就使冶金焦的机械稳定性改善了，并且块度在70mm以上的大块焦减少，而25～75mm的中块焦相应增多，也就是焦炭块度的均匀性提高了，这对于高炉也是有利的。前苏联对干熄焦与湿熄焦焦炭质量作过另外的对比试验，将结焦时间缩短1小时后的焦炭进行干熄焦，其焦炭质量比按原结焦时间而进行湿熄焦的焦炭质量还要略好一些。

反应性较低的焦炭，对提高高炉的利用系数和增加喷煤量起着至关重要的作用，而干熄焦与湿熄焦的焦炭相比，反应性明显降低。这是因为干熄焦时焦炭在干熄炉的预存段有保温作用，相当于在焦炉里焖炉，进行温度的均匀化和残存挥发份的析出过程，因而经过预存段，焦炭的成熟度进一步提高，生焦基本消除，而生焦的特点就是反应性高，机械强度低；其次，干熄焦时焦炭在干熄炉内往下流动的过程中，焦炭经受机械力，焦炭的结构脆弱部分及生焦变为焦粉筛除掉，不影响冶金焦的反应性；再次，湿熄焦时焦块表面和气孔内因水蒸发后沉积有碱金属的盐基物质，会使焦炭反应性提高，而干熄焦的焦块则不沉积，因而其反应性较低。

据有关资料报道，干熄焦比湿熄焦焦炭M40可提高3%～5%，M10可降低0.2%～0.5 %，反应性有一定程度的降低，干熄焦与湿熄焦的全焦筛分区别不大。由于干熄焦焦炭质量提高，可使高炉炼铁入炉焦比下降2%～5%，同时高炉生产能力提高约1%。但在干熄焦过程中，由于在冷却段红焦和循环气体发生化学反应，并从气体循环系统中放散掉一部分循环气体，不可避免地会损失一部分焦炭，干熄焦的冶金焦率比湿熄焦降低1%～1.25%。但由于干熄焦炭表面不像湿熄焦炭那样粘附细焦粉，实际上干熄焦进入高炉的块焦率只比湿熄焦降低0.3%～0.8%。

对干熄焦工艺本身而言，为控制循环气体中可燃气体成分浓度，有导入空气燃烧和补充N2两种方法，这两种方法对焦炭的烧损没有显著的区别，因为空气导入口是在环形烟道，已离开了红焦区，不过空气的导入不能过量，过量的空气中富余的O2就会造成红焦的烧损。前苏联和日本在这方面都做过对比试验和理论分析，得出的结论基本一致。

干熄焦与湿熄焦焦炭质量的对比试验结果见表1－4、表1－5和表1－6。

（二）充分利用红焦显热，节约能源

湿熄焦时对红焦喷水冷却，产生的蒸汽直接排放到大气中，红焦的显热也随蒸汽的排放而浪费掉；而干熄焦时红焦的显热则是以蒸汽的形式进行回收利用，因此可以节约大量的能源。干熄焦红焦热量的利用，国外曾经试验过回收热水、回收热风等流程，还有将干熄焦热量用于煤预热的试验，但都未在工业上推广应用。目前在技术上成熟的是生产过热蒸汽并加以利用，该法使干熄焦的蒸汽产量能满足整个焦化厂自用蒸汽量。至于是否进一步利用蒸汽发电，主要根据其蒸汽生产规模及蒸汽压力而定。

干熄焦的产能指标，因干熄焦工艺设计的不同有很大的差别。不同的控制循环气体中H2、CO等可燃成分浓度的工艺，对干熄焦锅炉的蒸汽发生量影响很大，采用导入空气燃烧法比采用导入N2稀释法，其干熄焦锅炉的蒸汽发生量要大。此外，干熄焦锅炉设计的形式和等级的不同、循环风机调速形式不同，以及是否采用给水预热器等因素对干熄焦系统的能源回收都有影响。

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1.35GJ。而湿熄焦没有任何能源回收利用。

武钢7、8号焦炉干熄焦采用导入空气燃烧的方法控制循环气体中H2、CO等可燃成分的浓度，循环风机采用变频调速，设计有给水预热器以进一步吸收进干熄炉循环气体的热量，干熄焦锅炉设计等级为3.82Mpa、450℃。每干熄1t焦炭可产生压力为3.82Mpa，温度为450℃的蒸汽约0.54t。

（三）降低有害物质的排放，保护环境

湿熄焦过程中，红焦与水接触产生大量的酚、氰化合物和硫化合物等有害物质，随熄焦产生的蒸汽自由排放，严重腐蚀周围设备并污染大气；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，可以免除对周围设备的腐蚀和对大气的污染。此外由于采用焦罐定位接焦，焦炉出焦的粉尘污染也更易于控制。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的高净化气体排入大气。因此，干熄焦的环保指标优于湿熄焦。

第三节几种典型干熄焦的特点

一、德国TSOA公司干熄焦技术特点

德国TSOA公司设计的干熄焦技术特点如下：

1．干熄炉设计为方型；

2．干熄炉和锅炉之间不设一次除尘器；

3．循环风机采用变频调速；

4．采用分格摆动式排焦，以保证焦炭排出温度均匀。

TSOA公司设计的方型干熄炉在预存段和冷却段之间收口至原截面的25%，预存段支撑在钢结构上，这与圆型干熄炉有着显著的区别。由于预存段与冷却段之间存在收口，冷却段内焦炭呈锥状，空出很大的空间，循环气体在此处速度大大降低，大颗粒的焦粒都沉降在干熄炉内。据TSOA公司介绍，出干熄炉的循环气体带出的最大焦粒为0.5～1mm，这也是TSOA公司设计的干熄焦取消干熄炉与锅炉之间的一次除尘器的一个重要原因。

方型干熄炉下部分12格，设有12个液压驱动的摆动式排焦结构，用于分格排出冷却的焦炭，并且设有热电偶监测焦炭温度，哪一格温度降到允许排焦值，哪一格摆动式排焦机构挡板就打开，以保证排焦温度的均匀性。

TSOA公司在干熄炉冷却段上段设置冷却壁。红焦在干熄炉内不仅被循环冷却气体冷却，还有30%的热量被冷却壁内冷水吸收，实际上冷却壁可看作是锅炉的一部分。采用冷

却壁的优点是可以降低循环冷却气体量，大约降低20%，降低循环风机电耗，从而降低操作成本；缺点是增加了较大的维护量，控制不好冷却壁管内的水会漏入干熄炉，会造成对干熄焦装置较大的危害，甚至造成事故。当然，TSOA公司设计的干熄炉也可以不设置冷却壁。

二、日本新日铁干熄焦技术特点

日本新日铁设计的干熄焦技术特点如下：

1．干熄炉设计为圆形

2．装入装置带有料钟

3．采用旋转密封阀连续排焦

4．完全燃烧循环气体中的H2和CO

5．循环风机不调速

6．采用旋转焦罐接焦

带有料钟的装入装置有利于红焦在干熄炉内的均匀分布，有利于焦炭的均匀冷却，同时也可以降低循环风量，降低循环风机的电耗；排焦装置采用旋转密封阀取代原间歇式的排焦装置，可降低干熄焦系统的高度约4m，从而降低建设成本，另外还可以真正实现连续排焦。

新日铁设计的干熄焦采用完全燃烧循环气体中的H2和CO的方法，多余的循环气体可直接排放。据新日铁介绍，不完全燃烧焦炭烧损率为6～7公斤/t焦，完全燃烧焦炭烧损率为9.9公斤/t焦，但从理论上分析，对于烧损的焦炭，粒径为20mm以上的占20%，粒径为20mm以下的占80%，因此实际上大部分是粉焦。新日铁在广田的3、4号焦炉干熄焦的测定表明，烧损的焦炭粒径在25mm以下的占82.1%；当烧损的焦炭占装焦总量的1%时，大块焦炭表面烧损的深度只有22μm。

在循环气体管道进干熄炉之前到环形烟道出口之间有一旁路，主要起降低进入锅炉循环气体温度的作用，防止因循环气体温度过高，对锅炉造成不良影响，当然此旁路并不是常开。新日铁认为循环风机不需要调速，只要保证停止供焦时间不超过预存段设计时间，循环风机转速就可不调，因此循环风机风量只设计有翻板来进行粗调。

新日铁认为一次除尘器不需要设置挡墙，这与新日铁设计干熄焦采用完全燃烧有关；另外，新日铁认为一次除尘器不设挡墙，大于1mm的颗粒因为自身重力也可以沉降下来，而对锅炉而言，大于1mm的颗粒才会对其造成不良的影响。没有挡墙的一次除尘器，料仓可以小许多，可降低建设成本，此外维修也更方便。但是，新日铁设计的绝大部分干熄焦一次除尘器都带有挡墙。

三、武钢7、8号焦炉干熄焦的技术特点

武钢7、8号焦炉干熄焦工艺采用日本新日铁的技术，但在某些方面作了改进，代表了目前较先进的水平，其技术特点如下：

1．干熄炉设计为圆形；

2．采用圆形旋转焦罐，有利于均匀接焦；

3．装入装置带有先进的“十”字型料钟，有利于均匀装焦并保护干熄炉风帽；

4．带有旋转密封阀的连续排焦装置，有利于均匀排焦；

5．循环风机采用变频调速，有利于更精确地调节循环气体流量；

6．二次除尘器采用多管旋风除尘器，有利于提高循环气体除尘效率；

7．设计有给水预热器对进入干熄炉的循环气体进一步冷却；

8．完全燃烧循环气体中的H2和CO。

圆型旋转焦罐充分利用焦罐的容积，有利于焦炭在焦罐内的均匀分布，因此可以减轻焦罐的重量，从而降低提升机的功率，此外焦罐内衬材料的寿命还可以延长。带有先进的“十” 型料钟的装入装置更有利于红焦在干熄炉内部的均匀分布，该装入装置与圆型旋转焦罐都有利于降低循环风量，从而降低循环风机的电耗。

带有气密性旋转密封阀的连续排焦装置，可以大大减少循环气体的泄漏；根据干熄炉预存段料位的高低，可通过振动给料器非常精确地控制排焦量，因而可以将冷却后的焦炭定量、连续地排出；采用变频调速的循环风机，循环气体流量也可较精确地调节。连续精确的排焦量与精确的循环气体流量相结合更有利于稳定锅炉入口温度，稳定干熄焦锅炉的

运行。

带有挡墙的一次除尘器可除去循环气体中的粗颗粒焦粉，保证进入锅炉的循环气体中焦粉浓度控制在10～12g/m3，焦粉颗粒直径小于1mm，大大减少了对锅炉传热管造成的磨损。一次除尘器底部有4根水冷套管用于冷却、排出焦粉。出锅炉的循环气体经过先进的多管旋风除尘器，除去大部分细颗粒焦粉后，循环气体中焦粉浓度可小于1g/m3，消除了对循环风机的危害。相对于多级旋风除尘器而言，多管旋风除尘器除尘效果更好，而且占地面积小，管材、钢结构耗用小，可降低建设成本。

给水预热器从上至下依次为上壳体、上段、下段、下壳体，其中上段、下段为管壳式换热器。循环气体经循环风机加压后从下壳体水平进入给水预热器，经过下段、上段管壳式换热器进行热交换，然后从给水预热器上壳体排出。给水预热器有两方面的作用：其一，进一步降低进干熄炉的循环气体的温度，可从循环风机出口的约180℃降到约130℃，从而提高了焦炭的冷却效果，降低循环气体流量；其二，进一步利用循环气体的热量，进而减少除氧器所用的蒸汽量。

采用完全燃烧循环气体中的H2和CO的方法的优点，一是多余的循环气体可以直接排放，不需要经过燃烧炉；二是可提高循环气体进锅炉的入口温度，提高锅炉的蒸汽产量；三是降低了循环气体对锅炉的腐蚀。

第四节干熄焦的基本参数及经济效益

干熄焦是一种节能、环保且能提高焦炭质量的熄焦工艺，干熄焦系统因设计能力不一，选用设备不同，其基本参数及技术经济指标有较大的差异。干熄焦的处理能力应与焦炉的生产能力相匹配，选用最经济的处理量；而干熄焦锅炉的选型则主要根据各厂对能源的要求不同而定。

一、干熄焦的基本参数

（一）世界上处理能力最大的干熄焦

德国Kaiserstuhl焦化厂1、2号焦炉干熄焦装置是世界上焦炭处理能力最大的。1＃、2＃焦炉组炭化室总计2×60孔，炭化室有效容积79m3，焦炉周转时间25小时，年产焦炭204.4万吨。两座焦炉配备的干熄焦装置设计焦炭处理能力为250t/h，一次装焦量为48.7t，锅炉蒸汽发生量为143t/h，蒸汽压力6.4Mpa，蒸汽温度450℃。圆筒式干熄炉冷却段容积1300m3，预存段容积900m3，干熄炉入口气体温度为130℃，干熄炉出口气体温度为850～900℃。

Kaiserstuhl焦化厂由于厂址不靠近钢铁厂，其生产的焦炭不能直接就近送往高炉炼铁，焦炉煤气也不能就近送往钢厂炼钢，而又没有廉价的高炉煤气送往焦化厂加热利用，再加上炼焦用煤因选址的原因运费也较高，所以该焦化厂投产后生产成本过高、经济较困难，焦炉难以连续满负荷生产，所配备的干熄焦也难以达到设计生产能力。因为经济方面的原因，该焦化厂已于2000年停产。

（二）宝钢干熄焦

宝钢共有焦炉12座，共分三期，每期四座焦炉。每座焦炉50孔，单孔产焦量21.1t。每四座50孔焦炉在焦侧与焦炉平行布置四套干熄焦装置（其中一套备用），每套干熄焦焦炭处理能力为75t/h，四套干熄焦共用两套电机车和两套提升机。干熄焦锅炉蒸汽发生量一期为37.5t/h，二期为38.5t/h，三期为40t/h，所产蒸汽供干熄焦发电以及厂内一般蒸汽使用。锅炉用除盐水用管道从厂外直接送往干熄焦锅炉。干熄焦设有除尘地面站，采用布袋除尘工艺。

宝钢干熄焦系统由干熄炉、装运焦设备、排焦设备、气体循环设备、环境除尘设备等组成，其中包括电机车及焦罐台车、横移牵引装置、提升机、装入装置、排焦装置、循环风机等六大单机设备。

宝钢干熄焦基本参数如下：

1、装焦温度1000～1050℃

2、排焦温度200～250℃

3、干熄炉入口气体温度170～200℃

4、干熄炉出口气体温度800～850℃

5、干熄焦循环风机送风能力125000m3/小时。

6、循环气体成分：CO2 10～15%；CO< 8%；H2<3%；O2<0.1%；其余为N2

7、蒸汽产率450～500公斤/t焦

8、干熄焦锅炉蒸汽发生量一期为37.5t/h，二期为38.5t/h，三期为40t/h

9、蒸汽压力4.6Mpa

10、蒸汽温度450℃

（三）武钢7、8号焦炉干熄焦

武钢7、8号焦炉为一个炉组，均为6m大容积焦炉，炭化室总计110孔，单孔炭化室有效容积38.5m3，单孔产焦量21.4t，焦炉设计周转时间19小时，年产焦炭约110万吨。

7、8号焦炉干熄焦焦炭处理能力为140t/h，干熄焦没有备用装置，当干熄焦定修及年修时，采用湿熄焦生产。干熄焦区域占地面积约17000m2。

正常生产中电机车同时牵引两台焦罐车，两个焦罐交替接焦。电机车走行电机功率为75KW，走行采用变频调速控制，走行速度分180m/min、60m/min、25m/min和10m/min 四档。圆形旋转焦罐总容积58m3，装焦量21.4t，焦罐自重33t，焦罐旋转最大速度为9r/min，旋转电机功率18.5KW，采用变频调速，旋转减速机速比为112。焦罐台车在提升井架下采用“APS”强制定位，定位精度可达±10mm。

提升机额定起吊能力为78.4t，提升电机功率为400KW，走行电机功率为75KW，均采用变频调速，提升速度分20m/min、10m/min和4m/min三档，走行速度分40m/min和3m/min 两档。

武钢7、8号焦炉干熄焦基本参数如下：

1、装焦温度1000～1050℃。

2、排焦温度≤200℃。

3、干熄炉入口气体温度130℃。

4、干熄炉出口气体温度900～960℃。

5、干熄焦循环风机送风能力199000m3/小时。

6、循环气体成分：CO2 10～15%；CO<6%；H2<3%；O2基本为0；其余为N2。

7、蒸汽产率约为540公斤/t焦。

8、锅炉蒸汽发生量为76.3t/h。

9、蒸汽压力3.9±0.2Mpa。

10、蒸汽温度450±10℃。

二、干熄焦经济效益分析

对干熄焦经济效益影响最大的因素是建设投资和动力消耗，能源回收量也很重要。干熄焦建设的投资，如果按相同的产汽能力折算，与动力锅炉房投资相比，大约为5倍，如果再计入开采动力煤的煤矿投资，则干熄焦产汽折算的投资只是动力产汽投资的1.25倍，并不太大。

对干熄焦的经济效益，一般可用投资偿还期来表示。关于干熄焦的投资偿还期，前苏联估算为3～5年，日本估算为4～5年，德国估算约6年，中国估算为5～6年，相差都不大。

宝钢干熄焦建成投产后，曾对干熄焦的投资偿还期作过粗略分析。按当时的物价，抛开干熄焦设备的研制费用，建成处理焦炭能力为171万吨/年的干熄焦装置的投资可控制在3500万元，产汽能力为72.3万吨/年。如建湿熄焦装置及产汽72.3万吨/年的动力锅炉房，则投资分别为160万元和350万元，该动力锅炉房年耗煤量约11万吨，为开采这些煤而建煤矿及运输设施的投资约需2500万元，因而湿熄焦的相应投资约为3000万元，仅比建干熄焦少约500万元。干熄焦产汽与相应的湿熄焦及动力锅炉房产汽的成本对比见表1－7。

产汽72.3万吨计算，则每年的成本相差为（10.96-9.59）×72.3=99（万元），因而干熄焦的投资偿还期约为500/99=5（年）。

随着干熄焦技术的发展，干熄焦在能源回收利用以及因其焦炭质量提高而在高炉炼铁方面的延伸效益也越来越明显。特别是对于大型高炉，采用干熄焦的焦炭可使其焦比降低2%～5%，同时高炉生产能力提高约1%，这一部分延伸效益是非常可观的。因此，对干熄焦的经济效益，除了要计算其回收红焦的显热产生蒸汽加以利用的直接经济效益外，还要计算其在高炉炼铁方面的延伸效益。

以一套140t/h的干熄焦为例，年处理焦炭约110万吨，年产汽约66万吨。如果合理配置干熄焦装置，并提高设备的国产化率，可将干熄焦的建设投资控制在16000万元。干熄焦的经济效益及投资偿还期分析如下：

1、干熄焦直接经济效益

干熄焦年产蒸汽66万吨，蒸汽压力3.82Mpa、蒸汽温度450℃，可用于发电或其他工业、民用设施，扣除干熄焦自身的能源动力等消耗，每年因生产蒸汽带来的直接经济效益约为2300万元。

2、干熄焦延伸经济效益

高炉采用干熄焦的焦炭生产，其焦比可降低2%，全年因节约焦炭而产生的效益约890万元。高炉采用干熄焦的焦炭可提高炼铁产量约1%，按干熄焦的生产规模，全年因提高高炉炼铁产量产生的经济效益约为690万元。

全年总延伸效益为890＋690＝1580（万元）。

3、干熄焦全年总经济效益

干熄焦全年总经济效益＝直接经济效益＋延伸经济效益＝2300＋1580＝3880（万元）。

4、干熄焦投入的费用

干熄焦的年折旧费按投资的5%计算，每年约为800万元；干熄焦的年维修费按投资的2%计算，每年维修费用约为320万元；干熄焦人员工资及其他费用，每年约为100万元。因此，干熄焦每年投入的费用约为800＋320＋100＝1220（万元）

5、干熄焦投资偿还期

干熄焦的投资偿还期约为16000/(3880-1220)=6(年)。