干熄焦技术的节能减排及环保分析

王永林

(山西省环境保护技术评估中心，山西太原030024)

摘要：分析了干熄焦技术节能减排效益及国内应用现状，指出干熄焦技术是焦化企业实现节能减排的重要措施之一，在钢铁联合企业应大力推广；同时分析了独立焦化企业推广干熄焦技术应综合考虑的相关制约因素，如S0₂排放增加，酚氰废水有外排可能，干熄焦产生蒸汽的利用等。

关键词    焦化    干熄焦    节能    环保

文章编号：1005-9598(2011)-03-0033-04    中图分类号：TQ522.16    文献标识码：B

干熄焦技术在钢铁联合企业焦化厂已经取得了显著的节能减排效果，而山西焦化行业以独立焦化厂为主，干熄焦技术应用于独立焦化厂将取得怎样的成效，本文就此进行简要分析。

1    干熄焦技术的发展及在我国的应用

干熄焦工艺起源于瑞士，20世纪40年代发达国家开始研究开发干熄焦技术；60年代前苏联取得突破性进展，多数焦化厂采用干熄焦技术；70年代全球能源危机，干熄焦技术得到了较快发展，多数发达国家都提倡和鼓励应用干熄焦技术。

我国自20世纪80年代初，宝钢一期工程首次引进干熄焦技术，至2006年前后，先后有十几个钢铁联合企业投产了44套干熄焦装置⑴；目前，已建、在建的干熄焦装置已超过100套；截止2008年底，我国干熄焦产量达到了6000万t。

干熄焦技术发展到今天，虽然出现了不同的形式，但基本工艺流程大同小异。中国干熄焦技术及装置经过多年的从国外引进，目前国产化率大大提高。

由于我国是产焦大国，焦炉多且炉组产能不一，造成引进装置同炉型生产能力不匹配，因而影响了干熄焦的节能效果。起初我国引进的干熄焦装置以70t/h和75t/h两种规模为主，且采用备用干熄焦方式，从而增加了不必要的建设投资，影响干熄焦的经济效益。

因此，我国干熄焦装置近年来根据生产能力，配置向大型化发展。继武钢140t/h干熄焦项目之后，马钢(125t/h)、南钢(140t/h)、本钢(121t/h)、包钢(125t/h)等十几家企业已经建成100t/h以上规模的干熄焦装置。目前，已投产规模最大的为本钢、天铁190t/h装置。

目前我国干熄焦装置仍然集中在钢铁联合企业，独立焦化厂少有建设干熄焦装置，造成干熄焦技术难以推广的主要原因有：干熄焦工艺存在着投资大、设备机型大、制造难、运行时间长、运行费用高、故障多、生产保证性差、安全保证难等问题。

山西焦炭产能目前达1.5亿t/a左右，受历史因素的影响，山西焦化存在着生产规模普遍偏小、技术装备水平普遍落后的状况⑵。焦炭产量超过100万t/a的企业仅有潞安、阳光、山焦、大土河、太钢等20多家，产能约3600万t，占2007年全省焦炭总产量的37%;焦炉炭化室以4.3m为主，只有山焦、太原煤气化、安泰建有6m髙焦炉，太钢建成7.63m焦炉。在山西200多家焦化企业中，仅有太钢7.63m焦炉配套建设了干熄焦装置，山焦、阳光等企业拟建。由此可见，距山西省政府提出的“到2015年，产业集中度得到明显提升，产业技术水平达到国内领先水平”的目标坏有相当大的差距，山西焦化的发展任重道远。

2干熄焦工艺与湿熄焦工艺的分析对比

2.1干熄焦节能效果分析

在干熄焦系统中，利用惰性气体与红焦进行换热，吸收了红焦显热后的惰性气体再将热量传递给配套的余热锅炉，生产蒸汽用于发电。

理论上每吨红焦经干熄焦后可生产过热蒸汽量计算如下[3]：

(1)假定参数：装入红焦温度约为1100°C，排出焦炭温度为200°C，焦炭挥发分1.2%、灰分12%，焦炭在1100°C的比热容为1.5610kJ/(kg.°C)，在200°C时的比热容为0.9983kJ/(kg.°C)_。在没有导入空气的情况下，理论上每吨红焦在干熄炉内将被回收显热：

Q1=1000×(1.5610×1100-0.9983×200)=1.5174×10⁶kJ

(2)焦炭燃烧产生的热量按33850kJ/kg，烧损率按1%计，则每吨焦炭在干熄炉内烧损热量为：

Q₂=l000×33850×1%=3.385×10⁵kJ

(3)干熄炉系统传热效率为定值83%，则干熄炉内每吨红焦被循环气体带入锅炉的总热量为：

Q₃=（Q1+Q2）X83%=1.54X10⁶kJ

(4)余热锅炉热平衡

根据参数:450°C过热蒸汽焓H1=3323kJ/kg，105°C锅炉给水焓H₂=436kj/kg，256°C锅炉水焓H₃=1135kj/kg，锅炉排污率_r=1.5%，余热锅炉热效率为80%，可得出每吨红焦生产蒸汽量为0.425t(3.82MPa,50°C)_o如果扣除焦炭燃烧产生的热量，每吨红焦显热生产蒸汽量为0.348t(3.82MPa,450°C)_o

目前，国内配备干熄焦装置的焦化厂蒸汽产量一般在0.5t/t焦左右，于是造成干熄焦可以节能0.5t蒸汽/t焦的概念，显然，如此理解干熄焦的节能效果存在明显误区。相反，干熄焦装置蒸汽产量越大，焦炭损失量越大，能耗越高，因为焦炭在燃烧和生产蒸汽过程中，有约34%的能量损失。

.当干熄焦装置蒸汽产生量达到0.5t/t焦时，焦炭烧损率将达到2%，此时扣除焦炭能量损失，相当于增加回收热量8.5466X10⁵kJ,折合蒸汽量为0.295t/t焦。

2.2环保效果分析

采用传统的湿法熄焦，在熄焦过程中会产生多种污染物，一是熄焦产生的粉尘，每熄1T焦大约排放粉尘0.2kg;二是水煤气反应产生C0，每熄It焦C0产生量约为2kg;三是熄焦时产生H₂S，每熄It焦产生量约为0.1kg;并且还有大量的酚、氰、硫化物等随蒸汽散发到大气中，对环境影响较大。而干法熄焦利用惰性气体，在密闭系统中将红焦熄灭，并配备良好的除尘设施,对环境空气影响大大减轻。干熄焦与湿熄焦的污染对比见表1。

表1干熄焦与湿熄焦的污染对比  kg/t焦

由表1可知，干熄焦在减少酚、氰、C0及焦尘方面具有明显效果，但其工艺特点决定了S0₂排放量明显增高，不利于S0₂减排。对于钢铁联合企业来讲，采用干熄焦工艺后，焦化厂产生的酚氰废水经处理后，可用于冲渣，做到不外排。怛对独立焦化厂而言，酚氰废水产量在0.3m3/t焦左右，若采用湿法熄焦工艺(湿熄焦耗水量为0.5m3/t焦左右），酚氰废水可做到循环使用不外排，并且还可以消耗部分循环水排污水；而若采用干熄焦工艺，酚氰废水的循环利用将很难实现，尽管当前有许多学者在研究焦化废水的深度处理与回用，但仍停留在试验阶段，尚未有工程实例，在焦化厂内实现循环利用不外排存在着较大的技术难题。

2.3投资及动力消耗分析

由于当前干熄焦装置仍以国外引进为主，干熄焦投资仍处在较高水平，以某100万t/a焦化厂为例，干熄焦投资1.4亿元(含干熄炉及发电），且备用湿熄焦装置（0.06亿元），而焦炉及化产部分总投资也只在6.5亿元〜8亿元，与之相比，干熄焦投资所占比例明显偏大。

干熄焦较湿熄焦相比，消耗更多的电力、压缩空气等动力，以安钢140t/h干熄焦装置为例，该工程采用四干一湿运行模式，2009年6月投产，其动力消耗见表2[⁴]。

表2  干法熄焦与湿法熄焦吨焦动力消耗

由表2可知，干熄焦电力消耗是湿熄焦的4.87倍，并且要消耗大贽的氮气和压缩空气，干熄焦水消耗量虽然低，但其消耗的是新鲜水，时湿熄焦消耗的是生产废水，一般不用新鲜水。综合比较，湿法熄焦消耗的动力较十熄焦低，其运行成本也相对偏低。

3  焦化酚氰废水处理及回用现状

焦化废水是一种氨氮和有机物浓度较高的难以生化降解的有机废水，其产生量在0.3m³/t焦左右。

目前国内对焦化废水的处理通常采用A/0工艺即硝化/反硝化工艺，其中典型处理工艺流程包括A²/O、A/O²、A²/O² 3种工艺。

焦化废水经过生化处理后，出水水质一般能达到《污水综合排放标准》中二级标准要求，符合熄焦用水水质要求，因此，焦化厂通常是将处理出水用于熄焦。对于采用干熄焦工艺的钢铁联合企业，其焦化废水的处理大体也不外乎上述3种形式，其出水通常用作炼钢冲渣水。总体来说，采用A/0工艺处理后的酚氰废水可以做到循环使用，不外排。

由于目前国内焦化企业以湿法熄焦为主,其酚氰废水经过处理后，能够完全用于熄焦，做到不外排，因此，对于酚氰废水深度处理的研究和应用没有得到髙度重视，国内部分学者对焦化废水的深度处理及回用虽然做了一些工作，目前仅限于研究阶段，主要技术有fenton试剂法、催化湿式氧化技术、超临界水氧化法等，利用上述技术对焦化二级出水进行深度处理，并辅以R0工艺，使焦化废水出水水质满足工业冷却水水质标准，可以实现焦化废水的回用。上述技术的工程化尚需接受投资、运行费用以及实际效果的检验，目前尚不成熟。

4  山西省推广干熄焦技术应综合考虑的一些制约因素

山西省政府2009年4月出台的《山西省焦化产业调整和振兴规划》明确指出，到2015年，全省十大焦化园区焦炭产能占全省焦炭总产能的80%以上，大型焦化园区配套干熄焦能力达到80%以上，届时，全省干熄焦产能将达到0.77亿t/a。干熄焦技术可以有效回收红焦显热，达到节约能源的目的，并且有效改善焦炭质量，在环保方面，可以有效减少酚、氰化物和烟尘的排放量，具有明显的节能减排效果。干熄焦已经列为国家鼓励的技术，应该积极推广。但考虑到山西的一些实际情况，推广应用干熄焦技术时，还应考虑以下制约因素，并尽快组织研究对策。

4.1 S0₂的减排问题

S0₂排放是造成我_大气污染及酸雨不断加剧的主要原因，为遏制S0₂污染加剧的趋势，国家相继出台了一系列减排政策和法规，在《国家环境保护“十一五”规划》中，明确提出“十一五”时期，全国S0₂排放总量削减10%的约束性目标。

采用干熄焦工艺，将增加S0₂排放量，以焦炭烧损率1.5%计，吨焦S0₂排放量将增加0.15kg左右。全省干熄焦的产能若以0.77亿t计,S0₂排放量将增加1.15万t/a，使本已超标的环境空气质量将进一步恶化，为S0₂减排工作的顺利实施增加难度。

此外，山西省焦炭主要为商品焦，因干熄焦炭的水分较低，运输过程中的粉尘转移污染问题也应考虑。

4.2 酚氰废水难以循环利用，有外排可能

在没有焦化废水深度处理与回用技术依托下，强制执行干熄焦工艺，势必使独立焦化厂酚氰废水失去循环利用的出路，存在一定的外排可能。

山西不仅是水资源严重匮乏的省份，更是水环境污染严重的省份。根据2009年山西省主要河流重点河段102处水质评价站点的监测报告，超V类水质的河段有55处，占评价河段总数的53.9%，如此恶劣的水环境现状，绝不能再允许焦化废水的流入，山西省地表水环境现状已成为制约干熄焦技术应用的重要因素。

4.3 回收能量的利用及经济性

并非采用干熄焦工艺就能收到节能效果，关键是干熄焦产生的蒸汽有使用价值。对于焦化企业来讲，纯粹的蒸汽并无多少实用价值，而必须将其发电，才能达到节能目的，并产生一定的经济价值。而焦化厂干熄焦发电规模偏小，上网困难，且上网价格偏低，因此，采用干熄焦工艺带来的经济效益，远不足以提高企业推行干熄焦工艺的积极性。

5 独立焦化企业节能减排的途径分析

干熄焦技术是焦化企业重要的节能减排措施，但不是唯一措施。对于钢铁联合企业，可以大力发展干熄焦技术；对于独立焦化厂，在目前情况下实施节能减排应着重以下方面：

5.1 提升焦炉装备水平，走“高炭化室、大规模”的路子，从而根本降低焦化能耗。

5.2 切实提高剩余焦炉煤气的综合利用率，将目前省内剩余煤气利用率从70%提高至98%以上。

5.3 完善化产回收，提高焦油、苯等产品的回收率。

5.4 采用筒仓替代露天煤场储煤，减少煤粉的风吹损失。

5.5 采用煤调湿、捣固炼焦技术，提高产品质量，降低炼焦能耗。

5.6 采用节能设备，加强自动化控制。

参考文献：

[1]杨子江，孙明君.干熄焦技术推广难的症结问题及改进措施[J].黑龙江冶金，2008(1)：13-15.

[2]胡益之.山西省焦化产业改革开放30年的发展[J]•煤化工，2008,36(6):4-7.

[3]王伟民，刘杰，傳银平，等•干熄焦烧损率的统计方法及烧损因索探讨[J].燃料与化工，2010，41(2):24-26.

[4]王新会，李学志，陈听，等.安钢140t/h干熄焦动力介质消耗的确定[J]•河南冶金，2010,18(1):23—26.

收稿日期=2011-03-21

作者简介：王永林（1964—），男，1999年毕业于太原理工大学，高级工程师，现从事环境保护及评估相关工作。