煤焦化企业的主要节能减排措施

对于能耗高、环境保护问题突出的焦化行业，处理好资源、环境保护与企业发展的关系是决定企业生存、发展的世界性难题。21 世纪必须以技术创新为动力，从根本上减缓焦化厂的资源消耗总量和污染物排放量，使“资源—产品—污染物排放”的单向流动发展模式变为“资源—产品—再生资源”的反复循环利用发展模式，实现生产高效化、产品洁净化和环境无害化，建设资源节约、环境友好的新型绿色焦化厂。

1 炼焦行业的节能和减排潜力【焦炉除尘\焦化除尘\地面除尘站】:【13951737628(13547627503)】

焦化厂是能源转换的工厂，在巨大的能源转换过程中节能潜力{zd0}。生产每吨焦炭消耗1.33～1.35 t 洗精煤，2007 年我国生产焦炭33 554 万t，至少消耗掉44 627 万t 洗精煤，同时生产出约1 443 亿m3焦炉煤气。因基数过大，所以稍加措施就能节省数额巨大的能量。目前，我国仍然有部分焦化企业没有同步建设装煤和推焦除尘装置、污水处理装置，甚至没有完整的煤气净化车间，因此，对环境造成严重污染。据统计，2006 年全国炼焦生产过程中，外排粉尘约60 万t，占全国工业粉尘排放总量的6％左右，COD 排放量约12.5 万t，占全国工业废水COD 排放总量的2.5％左右，氨氮排放量约1.9 万t，占全国工业废水氨氮排放总量的4.6％左右，外排石油类污染物约2 065.5万t，占全国工业石油类污染物排放总量的8.5％左右，每年仍放散焦炉煤气220 亿m3；因此，就总体水平而言，我国炼焦行业仍属于污染严重的产业，减排的任务最重，减排的潜力也{zd0}。

2 建设现代化大型焦炉，淘汰小焦炉

截至2007年底，我国炼焦总产能已达到3.76亿t，但其中仍有5 000 多万t 产能是由不符合国家产业政策的耗能大、污染严重的小焦炉构成的，必须予以彻底淘汰，并建设现代化大型焦炉。与落后的小焦炉相比，大型焦炉的优点是：1）可大大减少出炉次数，减少装煤和推焦的阵发性污染，改善炼焦生产操作环境。由表1 可以看出，焦炉越大，每天推焦孔数（次数）就越少，对环境的污染就越少。2）大型焦炉的自动化水平较高，炼焦工序能耗大大降低，劳动生产率显著提高。3）环保措施完善，泄漏点少，非阵发性污染减少。焦炉排放的另一类污染物是不xx属于阵发性的有害气体，主要是SO（2 H2S）、NOX、CO和其他（主要是BSO 和BaP 等多环芳烃）等。不同规格的焦炉，由于每天打开各泄漏口的次数不同，密封面长度不同，所以其排放的粉尘量和有害气体量不同。以年产150 万t 的焦炉规模为例，炭化室高7 m焦炉（宽度500 mm）泄漏口数量比6 m 焦炉减少20％，密封面长度减少13.3%，每天打开各泄漏口次数分别减少28.6％，从而大大减少了有害气体排放量。4）提高装炉煤密度，降低结焦速率，焦炭成熟均匀，改善焦炭质量，节省稀缺的优质炼焦煤。一般炭化室高4.3 m 顶装焦炉的装炉煤堆比重（按干煤计）为0.75 t/m3，6 m 顶装焦炉的装炉煤堆比重（按干煤计）为0.76 t/m3，而太钢7.63 m 顶装焦炉的装炉煤堆比重（按干煤计）为0.82 t/m3。装炉煤堆比重的提高，有利于改善焦炭质量。

3 采用捣固炼焦，节约优质炼焦煤【焦炉除尘\焦化除尘\地面除尘站】:【13951737628(13547627503)】

虽然我国煤炭资源比较丰富，但炼焦煤资源相对较少，强黏结性煤资源更稀缺。近几年，我国炼焦能力的超常发展，使炼焦煤供应更加紧张，再加上国际市场炼焦煤价格的节节上扬，促进了我国捣固炼焦技术的发展__20 世纪，我国只在大连、抚顺和镇江等有炭化室高3.2 m 和3.8 m 小型捣固焦炉，总计不到20 座。2000 年我国开发了炭化室高4.3 m、宽500 mm 捣固焦炉。因其技术成熟、效果好，在全国很快推广。现在我国投产的捣固焦炉已超过360 座，炼焦生产能力接近0.8亿t，相当于每年少用强黏结性煤2 400万t左右，大大缓解了我国强黏结性炼焦煤的供应。我国自行开发了多种5.5 m 捣固焦炉，其中中冶XXX开发的两种为JNDK55-05 型和JND55-07 型。至2008 年10 月底，我国至少已有12 座5.5 m 捣固焦

炉投产，这说明我国的捣固炼焦技术已由炭化室高4.3 m 全面向5.5 m 推进。2006 年中冶XXX开发了世界{zg}的6.25 m 捣固焦炉（JND625-06 型），现已在河北唐山佳华设计施工，预计2008 年11 月底投产，它使我国捣固炼焦大型化技术迈向一个新台阶。JND625-06 型是双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷、高炉煤气侧入的复热式捣固焦炉。其工艺特点：【焦炉除尘\焦化除尘\地面除尘站】:【13951737628(13547627503)】

1）采用三位一体的捣固装煤推焦机（引进德国技术），由皮带输送机往SCP 车煤斗给煤

2）装煤除尘采用带双U 导烟管的装煤烟气转换车（CGT 车），将装煤烟气导至n＋2 号（导烟口靠机侧边）和n－1 号（导烟口靠炉顶中间）炭化室（焦炉采用5－2 串序）。

3）机侧操作台上设刮板机、机侧操作台外侧设置胶带机，以运送煤料。4）单侧上升管、单集气管、双吸气管设置于焦侧。5）设置除尘地面站，用于推焦除尘和处理机焦侧炉门冒出的烟尘。

6）预留2×140 t/h 干法熄焦装置，采用新型清洁快速湿法熄焦。

4 焦炉支出热的充分利用

出炉950～1 050 ℃红焦带出的显热（高温余热）占焦炉支出热的37％。当采用湿法熄焦时，这部分热量全部浪费了，干熄焦技术回收了其中80％的热量。650～700 ℃焦炉荒煤气带出热（中温余热）占焦炉支出热的36％，20 世纪80 年代用上升管汽化冷却来回收这部分热量，后来因管理和安全等原因而停用了。日本大分焦化厂曾用导热油在上升管回收荒煤气带出热，再用作煤调湿的热源。当前，人们仍然在研究用导热油回收这部份热量，加以充分利用。180～230 ℃焦炉烟道废气带出热（低温余热）占焦炉支出热的17％。景德镇焦化集团用焦炉烟道废气去干燥恩德炉用原料煤，新日铁室兰制铁所将其用于流化床煤调湿装置，济钢将其用于气流床分级煤调湿装置。中冶XXX正在研发将其用于振动流化床煤调湿分级装置。炉体表面热损失占焦炉支出热的10％，应加强炉体保温，尽量减少炉体表面的热损失。

4.1 干熄焦技术【焦炉除尘\焦化除尘\地面除尘站】:【13951737628(13547627503)】

采用干熄焦可回收约80％的红焦显热，平均每熄1 t 红焦可回收3.9 MPa、450 ℃蒸汽0.45～0.58 t,蒸汽可直接送入蒸汽管网，也可发电。采用全凝机组发电，平均每熄1 t 红焦净发电95～105 kW·h。采用干熄焦可改善焦炭质量，降低高炉焦比。在保持焦炭质量不变的情况下，采用干熄焦可在配煤中多用15％的弱黏结性煤。我国采用干熄焦的焦炭生产能力已达到5 264 万t，由此每年节省主焦煤近1 000 万t。采用干熄焦可大大减少环境污染。干熄焦回收红焦废热产生蒸汽，并可用于发电，避免了生产等量蒸汽燃煤而对大气的污染（5～6 t 蒸汽需要1 t 动力煤）。对规模为100 万t/a 焦化厂而言，采用干熄焦技术，每年可以减少8～10 万t 动力煤燃烧对大气的污染，相当于少向大气排放144～180 t 烟尘、1 280～1 600 t SO2，尤其是每年可以减排10～17.5 万t CO2，减少温室效应，保护生态环境。采用干熄焦可以节水，宝钢的实践数据是平均每吨焦炭节水大于0.440 t。另外，干熄焦可降低炼

焦能耗50～60 kgce/t。2004 年采用我国干熄焦技术与设备的马钢和通钢干熄焦示范装置顺利投产，标志着我国实现了干熄焦技术与设备的国产化，又实现了大型化和系列化。现在我国可以设计建设50～200 t/h 各种规模的干熄焦装置。截至2008 年8 月底，我国投产运行的干熄焦装置共60 套，5 264 万t/a 焦炭生产能力配置了干熄焦装置，占我国机焦产能的14.6％，占2007 年我国钢铁工业耗焦总量的18.3％。2008 年7月我国{zd0}的180 t/h 干熄焦装置在唐钢顺利投产。

4.2 利用烟道废气余热的煤调湿技术【焦炉除尘\焦化除尘\地面除尘站】:【13951737628(13547627503)】

“煤调湿”是将炼焦煤料在装炉前去除一部分水分，保持装炉煤水分稳定在6%左右，然后装炉炼焦。煤调湿技术的特点是：1）采用煤调湿技术，煤料含水量每降低1%，炼焦耗热量就降低62.0 MJ/t（干煤）。当煤料水分从11%降至6%时，炼焦耗热量节省310 MJ/t（干煤）。2）装炉煤水分的降低，使装炉煤堆密度提高，干馏时间缩短，因此，焦炉生产能力可提高7%～11%，改善焦炭质量，其DI15015 可提高1～1.5 百分点，焦炭反应后强度CSR 提高1～3 百分点。3）在保证焦炭质量不变的情况下，可多配弱黏结煤8%～10%。4）煤料水分的降低可减少1/3 的剩余氨水量，相应减少剩余氨水蒸氨用蒸汽1/3，同时也减轻了废水处理装置的生产负荷。5）采用焦炉烟道气进行煤调湿，减少温室效应，平均每吨入炉煤可减少约35.8 kg 的CO2排放量。6）煤料水分的稳定可保持焦炉操作的稳定，有利于延长焦炉寿命。采用煤调湿技术需注意的问题是：1）煤料水分的降低，使炭化室荒煤气中的夹带物增加，造成粗焦油中的渣量增加2～3 倍，为此，必需设置三相超级离心机，以保证焦油质量。2）炭化室炉墙和上升管结石墨有所增加，必需设置除石墨设施，保证正常生产。3）调湿后煤料用皮带输送机送至煤塔过程中散发的粉尘量较湿煤增加了1.5 倍，应加强输煤系统的严密性和除尘设施。

以焦炉烟道废气为热源的煤调湿工艺特点是：煤料与180～230 ℃的焦炉烟道气直接接触换热，烟气余热利用率高，工艺流程短，设备少，投资省，操作成本低，占地少，缺点是必须设置庞大的除尘器。

4.2.1 日本室兰流化床煤调湿【焦炉除尘\焦化除尘\地面除尘站】:【13951737628(13547627503)】

1996 年10 月日本在其北海制铁（株）室兰厂投产了以焦炉烟道废气为热源、采用流化床干燥机的煤调湿装置。其特点：该装置位于备煤车间粉碎机后；在流化床干燥机内，利用布风喷嘴喷出高速斜向气流使煤料流化而移向出口；只干燥和脱粉，不分级。其工艺流程见图1。4.2.2 济钢气流床煤调湿2007 年10 月，济钢投产了1 套自行开发的气流床煤调湿装置。其特点：该装置位于备煤车间粉碎机前；具备风选功能，首先将＜3 mm 合格粒度的煤料风选出来，减轻粉碎机负荷；布袋除尘器滤出的煤粉，压成型煤入炉炼焦；在气流床干燥机内，利用回转式移动刮板机将煤料刮向出口。其工艺流程如图2 所示。

图2 济钢气流床煤调湿分级一体流程示意图

4.2.3 中冶XXX振动流化床分级煤调湿中冶XXX振动流化床分级煤调湿工艺由振动流化床分级干燥机、细粒分离器、旋风除尘器、循环风机、布袋除尘器和引风机等组成。其特点：该煤调湿装置位于粉碎机前；煤料在振动流化床分级干燥机的床面上，在振动力和高速气流作用下，所有颗粒都处于剧烈运动中；不同粒径的颗粒有不同的运动状态，承受不同的干燥方式：细颗粒承受气流床干燥，中颗粒承受内循环流化床干燥，大颗粒承受振动流化床干燥；分级效率高；对同粒级煤粒干燥均匀，对不同粒级煤粒干燥具有选择性；＞3 mm 的调湿煤从干燥机排出后，送粉碎机室粉碎。其工艺流程如图3 所示。4.4 研发利用荒煤气的带出热

4.4.1 用导热油回收焦炉荒煤气带出热

从炭化室经上升管逸出的650～700 ℃荒煤气带出热占焦炉支出热的36％。为了冷却高温的荒煤气必须喷洒大量70～75 ℃的循环氨水，高温荒煤气带出热因循环氨水的大量蒸发而浪费。现在正在研发用导热油回收荒煤气带出热，将升管做成夹套管，导热油通过夹套管与高温荒煤气间接换热，被加热的高温导热油可以去蒸氨，可以用于煤焦油的蒸馏，也可以用于入炉煤的干燥。焦炉荒煤气带出热的回收利用技术主要是开发上升管导热油夹套制造技术和焦炉煤气上升管余热回收装置防止积碳、积焦油技术。

4.4.2 用荒煤气带出热热裂解焦炉煤气和重整制氢

在焦炉高温荒煤气中，焦油约占30%（重量）。日本千叶君津实验室用装煤量为80 kg 的炼焦装置进行试验，采用非催化剂部分氧化和蒸汽重整法，用高温荒煤气中焦油制取氢气，充分利用高温荒煤气的热量，并回收转化过程中的煤气热量。试验是将炼焦装置产生的高温荒煤气直接引入焦油转化器中，并喷入O2和蒸汽。其结果是大部分焦油被部分氧化，有效地转化为H2 和CO；出口煤气中的H2 和CO 是入口原料煤气的2～3 倍；再用PSA 法生产纯度到99.9%以上的H2。此法生产的H2成本为0.08～0.09 美元/m3，大约为用PSA 技术从冷焦炉煤气分离H2成本的30％，其效率也比后者高。

目前，我国积极支持焦炉煤气高温热裂解制氢和部分氧化重整制氢的课题研究。

4.4.3 用荒煤气带出热热裂解焦炉煤气生产合成气【焦炉除尘\焦化除尘\地面除尘站】:【13951737628(13547627503)】

为了充分利用荒煤气带出热，20 世纪90 年代，德国人提出了生产两种产品——焦炭和还原性气体的焦化厂，即高温荒煤气从炭化室逸出后不冷却，直接进入热裂解炉，将焦炉煤气中的煤焦油、粗苯、氨、萘等有机物热裂解成以CO 和H2为主要成分的合成气体。这种合成气体可以合成氨、甲醇，生产二甲醚，也可以直接还原制海绵铁。

日本日立公司于2001 年就开始对焦炉煤气进行无催化氧化重整技术的研究，已经完成小型实验。其出发点是：直接把焦炉炉头的上升管和集气管改造成焦炉煤气重整装置，利用焦炉煤气自身显热（600～700 ℃）和夹带的水分，直接鼓入纯氧，使其发生重整。这实际上就是一种无催化剂部分氧化转化过程，烷烃、焦油和水蒸汽直接发生高温裂解和转化反应。

在焦炉炉头对焦炉煤气进行重整的优点是：1）充分利用焦炉煤气自身显热（占焦炉热支出36％），节能；2）鼓入纯氧对焦炉煤气中烷烃、焦油等进行重整，可大幅度提高H2、CO 成分和调整H2与CO 的比例，有利于后续生产氨、甲醇和二甲醚（DME）；3）不产生焦油等副产品，可大大降低生产用水量和污水的排放，减少对环境的污染。其不足是：1）不回收焦炉煤气里的焦油、粗苯等副产品等于失去了许多宝贵的化学物质；2）焦炉每个炭化室至少有一个上升管，而且管内荒煤气气量波动，压力很低，把它们逐一或分组改造成在高温下工作的重整炉，无论从技术上还是从经济上实施起来都有一定的难度。

2004 年，日本煤炭能源中心开始进行焦炉煤气重整技术的研发。即在焦炉旁安装一个焦炉煤气重整装置，在1 200～1 250 ℃高温下对焦炉煤气进行重整。此时焦炉煤气中的焦油等有机物可高效转化成合成气；而合成气可用于生产清洁燃料氢气、甲醇和二甲醚等。目前已完成实验室的研发工作，其特点是不使用催化剂，不用对现有焦炉进行改造。使用该技术可节能并减少CO2的排放。原计划2006 年在一座焦炉上进行现场试验，计划在3～4 a 内完成研发工作。

5 深度处理的焦化酚氰废水处理技术【焦炉除尘\焦化除尘\地面除尘站】:【13951737628(13547627503)】

资源节约、环境友好的焦化厂必须使处理后的焦化废水资源得到{zd0}限度的合理使用。对钢铁企业，焦化废水经生化处理和脱氨氮后可全部回用于焦化厂和钢铁厂的浊循环水系统。对采用湿法熄焦的独立焦化厂，生化处理时，可不稀释，减少生化处理水量，使处理后的废水全部在焦化厂内消耗掉。但是，随着我国焦化厂逐渐采用干法熄焦，处理后废水无路可去，只能回用于净循环水系统，而净循环水系统对水质有较严格的要求，对循环水补充水的水质要求更严。处理后的焦化废水仍含有机污染物、悬浮物和无机盐，它们是影响循环水水质的主要因素。因此,若将处理后焦化废水用作净循环水系统补充水，必须进行深度处理。

中冶XXX经过多年的研究和实验，开发设计出深度处理焦化酚氰废水处理技术。该处理技术由预处理、生化处理、深度处理及污泥处理等组成。废水生物处理采用缺氧－好氧的内循环工艺流程，深度处理采用膜分离技术，即生物处理（A/A-O）＋膜生物反应器（MBR）＋反渗透（RO）＋纳滤（NF），其工艺流程如图4 所示在生化处理阶段，预处理后的废水进入厌氧池，进行水解和酸化；然后进入缺氧池，进行脱氮；{zh1}自流入好氧膜生物反应器（Membrane Bioreactor，简称MBR）去除废水中的酚、氰及其他有害物质，并通过硝化反应使废水中的NH4＋氧化为NO2－和NO3－。在深度处理阶段，缺氧池出水进入好氧膜生物反应器。在MBR 中，中空纤维超滤膜可以高效截留各类菌种，使生化反应得以顺利进行；有效去除相应的污染物，避免污泥的流失；同时可以截留一时难于降解的大分子有机物，延长其在反应器的停留时间，使之得到{zd0}限度的分解。MBR 产水进入反渗透（Reveser Osmosis，简称RO）系统。RO 是以压力为驱动力，并利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择性，使水溶液中溶质与水分离。RO 的产水率为70%左右。为了提高产水率，节约能量，特在RO 膜组件的后面串联一组纳滤（Nanometer-Filtration，简称NF）膜组件，高效去除钙、镁离子，并能有效去除水中大分子量的可溶性组分，使产水率增加至75%左右。深度处理后的水质可以满足循环水补充水的要求。深度处理产出占原料水量25％左右的浓缩液。当炼焦生产采用湿法熄焦时，浓缩液可作湿熄焦补充水。当炼焦生产采用干法熄焦时，约40％的浓缩液作为除尘卸灰加湿用或送煤场作防尘喷洒用，另60％的浓缩液可排至城市污水处理厂进一步处理，也可送至其他对水质要求不高的设施利用，或者经活性炭吸附塔去除溶解性的COD 和色度等后达标外排；吸附饱和的活性炭送煤场，配入煤中炼焦。焦化废水深度处理前后的水质对比见表4。表4 焦化废水深度处理前后的水质对比mg/L.

6 结语【焦炉除尘\焦化除尘\地面除尘站】:【13951737628(13547627503)】

焦化行业是典型的流程工业，上靠xx资源（煤炭、水），下系周边环境（固、液、气体废弃物），对资源、能源、环境的影响举足轻重。资源紧缺与环境脆弱，已成为焦化行业进一步发展的瓶颈约束。“节能减排”是缓解资源和环境问题的重大举措，是焦化企业生产与经营方式的根本转变。采用各种节能减排措施，建设资源节约、环境友好的绿色焦化厂是每个焦化工作者的重要责任。