我国干熄焦技术装备应用与发展
干熄焦（CDQ）是相对湿法熄焦而言。湿法熄焦在我国焦化厂普遍使用，但在湿法熄焦过程中大量含有HCN、H2S、NH3、酚类及粉尘等有害物质的蘑菇云湿蒸汽排入大气。严重污染环境，不仅浪费大量热能，同时又消耗了大量熄焦水，影响焦炭质量。干熄焦是以惰性冷气体氮气为载体，通入干熄焦炉内冷却炽热红焦炭，使火红焦炭由1100℃冷却至250℃以下。氮气循环是在密闭系统内完成熄焦过程，基本消除了湿法熄焦排放的有害物质和湿蒸汽。循环的惰性热气体热量经回收产生蒸汽并发电。
1、 干熄焦装备迅速发展
我国干熄焦装备技术始于20世纪80年代宝钢从日本引进75t/h CDQ装置，在宝钢共有12套处理焦炭75t/h CDQ装置，1996年济钢投产了处理焦炭70t/h 2套CDQ装置。2000年前我国焦化企业仅有上述两家有CDQ装置。
随着我国钢铁工业迅速发展，导致焦化企业快速扩张和建设。为严格控制污染加强环境治理，国家发展改革委员会于2004年发布了《焦化行业准入条件》公告76号文，规范了焦化厂的建设条件，使我国焦化厂配套建设CDQ装置得到迅猛发展。截止2009年6月，仅四年时间，我国投产和在建CDQ装置增至123套。其中已投产71套（产能达6000多万t），相应干熄焦年产能达11448万t，占焦碳总产能为35%，在钢铁企业干熄焦率高达50%。
就干熄焦的规模而言，我国居世界首位。首钢京唐钢铁公司260t/h CDQ是目前世界最先进、最大规格的第二套装置。2004年前我国还不具备干熄焦技术设计能力，马钢和通钢CDQ装置技术和设备国产化示范顺利投运，为我国自行设计CDQ装置技术奠定了基础。目前我国CDQ装置从50～260t/h有16种规格。我国部分企业CDQ装置见表1。
表1 我国部分企业CDQ装置分布情况
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单位 CDQ装置规格 投产时间 单位 CDQ装置 投产时间
数量，t/h 规格数量
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宝钢 12×75 1985 攀钢 1×145 2006.01
1×145 2008.5始建
鞍钢 4×140 2005.10 涟钢 1×150 2007
2×160 杭钢 1×75 2006.05.19
武钢 2×140 2003.12 鄂钢 1×140 2005.07
2×140 在建 通钢 2×90 2004
首钢 1×65 2001 昆钢 1×140 2005.06
韶钢迁焦 2×95 2009.6.20 南钢 2×140 2006.07
2×140 2007 三明 2009.02
唐钢 1×150 2006.06 柳钢 1×150 2007.11.28
1×160 2009-7-20
1×180 2008.7建 宁波 1×140 在建
济钢 2×70 1996 太钢 2×150 2008.05.28
2×150 2006 本钢 2×150
沙钢 3×140 2005 梅钢 1×140 2008.06
莱钢 2×140 2005.12.28 包钢 3×125 2006-2007
马钢 3×125 2004.04 新余 2×90 2008
2×130 2007.6 1×155
首钢京 1×260 2009.5.19
唐公司 1×260 在建 开滦中润 1×140 2009.6.30
安阳钢厂 1×75 2009-7-28
山东石 1×95 沙钢 2×140 2008建
横特钢
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2、干熄焦技术特点
以某厂干熄焦装置处理能力140t/h为例。
干熄焦装置额定处理能力140t/h，采用带横移的旋转焦罐及高温高压自然循环余热锅炉，产生蒸汽最大80.5t/h，实际71.87t/h，主蒸汽调节阀后压力9.5MPa，温度540℃。配置1套25MW抽凝式汽轮发电机组用来发电和供热。
干熄焦年处理105.3万t/a(年运行时间按345天计算)，温度1000±50℃焦炭。主要产品产量：蒸汽37.26万t/a，压力1.2MPa,温度过热；发电125.33×106 kWh/a；除尘焦粉2.1万t/a。主要技术特点如下。
1) 干熄槽（冷却段）采用矮胖型。
2) 炉顶设料钟式布料器。
3) 在冷却段与循环风机之间设置给水预热器，使干熄炉入口处的循环气体温度由约170℃降至≤130℃。
4) 采用连续排料的电磁振动给料器与旋转密封阀组合的排出装置。
5) 炉顶水封设压缩空气吹扫管。
6) 电机车采用APS强制对位装置，使焦罐车在提升塔下的对位修正范围控制在±100mm，对位精度达±10mm。
7) 余热锅炉采用膜式水冷壁，全悬挂形式。高温高压自然循环。
8) 提升机使用PLC控制。
9) 干熄槽设有2个料位计，高料位采用电容式料位计，同时采用雷达微波料位计进行连续测量。
10) 装入装置漏斗后部设有尾焦收集装置。
11) 采用带横移的旋转焦罐。
12) 根据干熄槽各部位的操作温度和工作特点，采用性能不同的耐火材料。
3、 干熄焦工艺流程图及技术要求
干熄焦流程图包括干熄焦系统工艺流程图，见图1。
生产操作技术要求以下。
1) 旋转焦罐内只能接一炉焦炭（约21.4t），静置时间不超过30min，焦罐内不得装入炉头焦、余煤、铁器等。
2) 干熄炉预存段压力保持在0～-100Pa，炉内料位控制在常用料位（下限料位与上限料位之间），排焦温度小于200℃。
3) 严格控制干熄炉入口处循环气体的温度在115～130℃之间，在锅炉入口处温度不高于970℃，工况正常时不得低于680℃。
4) 通过导入空气（锅炉入口温度在600～970℃时）以及向循环气体通入N2（锅炉入口温度600℃以下或970℃以上时），及时调控循环气体含量，使其符合工艺要求。要求CO＜6%，H2＜3%，O2＜1%，CO2≤15%，N2＞75%。
5) 按设备运行情况及时调控纯水箱、除氧器、汽包的水位。除盐水罐水位：0±100 mm（根据实际工况确定零点）；除氧器水位：0±100mm；汽包水位：0±50mm。
6) 认真分析锅炉水质及时调控使水质达标，主蒸汽品质合格。锅炉给水及炉水基准值见表2所示。
表2 锅炉给水及炉水基准值
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控制项目 单位 控制指标
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锅 硬度 μmol/l ≤2.0
炉 铁 μg/l ≤30
给 铜 μg/l ≤5
水 二氧化硅 μg/l ≤20
pH值(25℃) 8.8～9.5
油 mg/l ≤0.3
电导率 μs/cm ＜0.2
联氨 μg/l 10～50
含氧量 μg/l ≤15
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锅 pH（25℃） 9.0～10.5
炉 总含盐量 mg/l ≤100
炉 电导率 ms/cm <150
水 磷酸根离子 mg/l 2～10
二氧化硅 mg/l ≤2
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7) 严格控制好副省煤器的入口水温不低于60℃，除氧器入口水温不高于85℃。
8) 控制除氧器压力保持在0.02MPa以上，确保除氧效果。
9) 控制外部管网输入的压缩空气、仪表用压缩空气及N2压力在0.4MPa以上，低压蒸汽压力在0.6MPa以上。
10) 根据工况及时调整循环风量的大小，保证锅炉顺利运行。
11) 锅炉入口气体压力，控制范围-800～-200Pa。
12) 二次过热器入口温度540℃以下，且不低于饱和温度±10℃。
13) 主蒸汽压力调节阀后出口蒸汽温度540±10℃，压力9.5±0.2MPa。
14) 锅炉给水温度104℃。
15) 干熄焦系统操作主要工艺参数见表3。
表3 干熄焦系统操作主要工艺参数
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项目名称 主要工艺参数
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焦炉配置 2×55孔、6m焦炉
每孔炭化室出焦量 22.11t（设计）21.4（实际）
焦炉循环检修时间 4.5h/d(3次)
每孔焦炉操作时间 8.42min
紧张操作系数 1.07
每小时焦炭产量 127.9(设计)、127.2（实际）
干熄站配置 1×140t/h
焦炭温度 干熄前 950～1050℃
干熄后 ＜200℃
循环气体流量 19.9万m3/h
循环气体温度 进干熄炉 ～130℃
出干熄炉 900±50℃
干熄焦产汽率 0.575t/t焦
干熄炉日操作制度 24h连续
干熄炉年工作天数 345d
干熄站年工作制度 工作 345d连续
检修 20d
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4、 干熄焦工艺技术效益分析
1) 改善焦炭质量。与湿法熄焦相比，采用干法熄焦可以提高焦炭M40 3%～4%，M10降低0.3%～0.8%，反应后强度CSR提高3%～5%，焦炭反应性CRI降低1%～5%。焦炭冷强度提高的原因，一方面，由于红焦在干熄炉预存室向干熄焦槽下移过程中缓慢冷却，避免了湿熄焦过程中内应力骤增的问题，减少了焦炭大量微裂纹的产生；另一方面，由于焦炭在干熄槽内自上而下运动，并进行碰撞和摩擦，使焦炭得到了充分的机械“整粒”作用。有研究认为，CDQ焦炭的总表面积，特别是微孔的表面积显著小于湿法熄焦的焦炭，从而使CDQ焦炭的CO2反应性指标CRI比湿熄焦焦炭低，而反应后强度CSR也相应提高。因此，焦炭微孔数量的减少和微孔表面积的降低是CDQ焦炭强度和热反应性能提高的主要原因。
2) 回收红焦显热。出炉的红焦显热约占焦炉能耗40%，这部分能量相当于炼焦煤能量5%。如回收和利用，可显著降低产品成本，并达到节能降耗的效果。采用干熄焦可回收80%的红焦显热，平均每干熄1t焦炭可回收3.9MPa、450℃的蒸汽0.45～0.6t。
3) 减少环境污染。干熄焦产生的蒸汽可用于发电，可以避免生产相同数量蒸汽的锅炉燃煤对大气的污染，尤其可减少SO2、H2S的排放。另外，在保持焦炭质量的前提下，采用干熄焦工艺可以增加弱粘结性煤用量、减少焦、肥煤配入量10%～20%，缓解紧张的炼焦煤。
4) 节能降耗效果显著。某企业140t/h CDQ装置实际运行产生的效益如下：每年可产生0.95MPa蒸汽40万t，年发电量2700万kWh，二者年创效益3700万元。降低焦化工序能耗40kgce/t焦，向大气排放污染物减少36.96万t，改善了焦化周边环境。焦炭质量经实测对比M40提高4%，M10降低0.9%；焦炭热性能CSR提高5.7%，CRI降低3.4%。
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