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山冶设计总包的7.3米绿色环保焦炉实现低能耗、超低氮氧化物排放
信息来源:世界金属导报2019-08-20B01      时间:2019-09-04 10:24:04


“山钢日照钢铁精品基地4×58孔7.3m焦炉实现了焦炉流程功能重构优化,使焦炉氮氧化物排放浓度达到国家和山东省特别限值排放标准,焦炉炼焦耗热量达到特级炉标准,是代表世界一流工艺水平的大型绿色智能焦炉。”在“2019年全国冶金焦化节能减排关键技术研讨会”上,专家及潜在目标客户对山东省冶金设计院股份有限公司(以下简称山冶设计)和意大利Paul Wurt h公司联合设计开发并在山钢日照钢铁精品基地(以下简称基地)投产应用的7.3m新型绿色智能焦炉高度称赞。

该焦炉主要技术特点是:双联火道、废气循环、两段加热、蓄热室分格、高炉煤气和空气侧入、焦炉煤气下喷、单侧烟道的复热式顶装焦炉。

1新型绿色智能大容积焦炉新工艺及技术应用

1.1大容积宽炭化室技术

7.3m焦炉炭化室平均宽度550mm,长度19846mm,单孔容积71.5m3,同等高度系列焦炉单孔容积最大,同等规模焦炉需要的炭化室孔数少,占地面积小,每天推焦次数少。

1.2 源头控硝、过程控硝及节能洁净燃烧技术

1)FAN火焰分析模型及仿真燃烧技术

采用FAN火焰分析模型技术模拟焦炉燃烧室燃烧状况,优化焦炉炉体及加热系统设计,保证炉体高向加热均匀性,降低炼焦耗热量,减少氮氧化物(NOx)和上升管根部石墨的产生。

2)空气两段助燃 大废气循环量控硝燃烧技术

空气两段助燃 大废气循环量控硝燃烧技术,对燃烧室立火道空气进行分段助燃,降低燃烧强度,从而降低燃烧温度,有效降低NOx的产生。

3)高效薄炉墙技术

采用高效薄炉墙技术,薄炉墙导热性好,热效率高,降低焦炉加热能耗,同时降低立火道温度,从源头上减少NOx的产生。

4)分格蓄热室技术

蓄热室沿焦炉机焦侧方向分格,每一格蓄热室下部设可调节尺寸的调节板来控制单格蓄热室的气流分布,使加热混合煤气和空气在蓄热室长向分配更加合理,燃烧室长向的气流分布更加均匀,有利于焦炉长向加热的均匀性。

5)非对称式烟道技术

利用流体动力学特性,采用非对称式烟道,便于调节从机侧到焦侧各立火道煤气流和空气流,便于废气流排出,有利于焦炉长向加热的均匀性。另外,单侧烟道的废气开闭器和混合煤气及空气导入装置减少一半,有利于节省设备投资。

采用以上先进技术,焦炉采用贫煤气加热时,焦炉烟囱NOx浓度低于150mg/ Nm3,以年产焦炭150万吨为例,每年可节省脱硝运行成本约1200万元。

1.3焦炉砌体严密及长寿化技术

1)焦炉炉体VAP全仿真组装模型技术

通过3D仿真模拟,实现对焦炉炉体结构的优化设计,炉体结构严密合理,避免炉体窜漏;设计炉墙极限侧负荷达到12kPa以上,炉体强度高,焦炉使用寿命长。

2)炉体结构严密长寿、无窜漏

焦炉耐材设计严密合理,蓄热和炉顶根据温度区间设计不同的耐材,避免由于温度不同而带来的膨胀拉裂砌体,杜绝了煤气通过砖缝的泄漏。

3)抗变形多段式保护板技术

模拟分析铁件受力因素,优化焦炉炉体及铁件系统设计,研发出不易断裂、易于施工,隔热效果好、密封性能好的抗变形多段式保护板,有效消除机械应力和保护板的弯曲,最大限度避免保护板变形,使保护板始终与炉体紧密贴合,有效延长炉体寿命,杜绝炉体冒烟冒火。

1.4上升管余热利用技术

上升管余热利用技术首次在7m以上大型焦炉上使

用,为大焦炉的上升管余热利用积累了经验。按150万吨焦炭计算,可产蒸汽16.5万吨/年,可产生经济效益约1980万元/年。

1.5焦炉智能化技术应用

1)SUPRACOK焦炉二级自动化系统

7.3m焦炉SUPRACOK焦炉二级自动化系统,是一套焦炉燃烧模型控制与生产优化系统,具有焦炉自动加热调节与控制、结焦过程监控、装煤和推焦作业计划编制及协调,与一级自动化系统和其他计算机系统的数据通讯等功能结合,达到效果如下:

(1)提高焦炉操作稳定性、安全性和生产率;

(2)减少加热燃气消耗;

(3)减少NOx生成;

(4)提高和稳定焦炭质量;

采用二级自动化系统,吨焦节省加热用焦炉煤气约10m3,150万吨焦化可降低加热能耗成本约900万元/年。

2)焦炉机车智能作业管理系统

焦炉机车智能作业管理系统采用码牌定位技术 无线数据通讯技术。码牌技术采用射频识别方式,各炉有独立的定位标记,无累计误差,定位方法简单可靠,定位精度高,对位精度达±2mm;无线数据通讯技术分别在推焦车、拦焦车、电机车、装煤车设无线通讯子站,在主控室设无线通讯主站,实现无线组网通讯,完成四大车之间及与出焦除尘站、机侧炉头烟除尘站之间的数据交换。焦炉机车智能作业管理系统实现了四大机车的自动化生产运行和计算机生产管理,实现焦炉机车“有人监视、全自动运行”智能化目标。

3)SOPRECO单孔调压技术

单孔调压系统对每个炭化室压力进行自动调节,从而实现在装煤和结焦过程负压操作的集气管对炭化室有足够的吸力,使炭化室内压力不致过大,以保证荒煤气不外泄,而在结焦末期又能保证炭化室内不出现负压,从而避免炭化室压力过大导致炉门冒烟和炭化室负压吸入空气影响焦炉寿命和焦炉窜漏。另外,替代高压氨水或蒸汽喷射消烟,省去装煤除尘地面站,实现无烟装煤。

SOPRECO单孔调压阀采用自清洁回转阀结构,具有结构简单、安装简便、故障率低、免维护、不受氨水水质影响、运行稳定、可靠等优点。

采用单孔调压技术,吨煤可多回收荒煤气4m3,150万吨焦化每年可产生经济效益约360万元。

2备煤新工艺及技术应用

2.1贮配一体筒仓技术

基地备煤系统储煤采用贮配一体筒仓技术。贮配一体筒仓具有占地面积小、场地利用率高、入炉煤水分稳定、利于降低贮煤损耗、环保条件好、运行方式简单、系统调度灵活、设备运行及维护成本低、人员配置少、自动化程度高等优点。

采用筒仓贮煤,可减少煤耗约0.5%,150万吨焦化每年可减少煤耗约1687万元。

2.2焦油渣配型煤技术

焦油渣配型煤技术是将煤气净化系统产生的焦油渣和焦化废水处理产生的污泥,与粉碎后的一部分配合煤经混合成型,添加到装炉煤中用于炼焦,使炼焦废弃物得到优化处理。

3干熄焦新工艺及技术应用

基地干熄焦采用全干熄模式,建设4×140t/h干熄焦装置。正常生产时,4座干熄焦同时使用,当1座干熄焦出现故障或定期检修时,其余3套干熄焦处理来自4座焦炉的全部焦炭,以保证干熄焦设备连续可靠运转。

4煤气净化新工艺及技术应用

4.1负压蒸氨技术

采用负压蒸氨可降低能量消耗,以150万吨焦炭配套蒸氨为例,负压精馏与常压精馏相比可节约煤气约450m3/h,年节约成本250万元以上。

4.2负压粗苯蒸馏技术

采用负压脱苯能量消耗明显降低,以150万吨焦炭配套粗苯蒸馏为例,负压脱苯与常压脱苯相比每小时可节约煤气1200m3左右。负压脱苯比常压脱苯减少蒸汽消耗约5t/h,年节约蒸汽成本400万元以上。

5 结语

1)实现“三全、两低、一高”

山冶设计在基地焦化工程中贯彻落实循环经济、低碳经济和生态经济理念,以冶金流程工程学为理论指导,解析流程功能,协同优化过程价值,凝炼创新重构创新技术。积极推行焦化洁净绿色生产技术,达到“三全(环保全达标、能效全优化、生产全受控)、两低(污染实现超低排放、生产过程能耗大幅降低)、一高(企业经济效益高)”效果。

2)实践运行指标好

基地7.3m新型绿色智能大容积焦炉及各焦化系统投产以来,生产稳定顺行,环保指标达到国家超低排放标准,炼焦耗热量达到国家特级炉水平,焦炭质量完全满足5100m3高炉使用要求。

实践运行指标:1)焦炉标准火道温度:机侧1236℃、焦侧1285℃;2)焦炉NOx<100mg/m3(用贫煤气加热);3)焦炉炉顶空间温度820℃左右;4)贫煤气加热时,焦炉加热能耗≤3.2GJ/t焦;5)焦炭质量指标:M40:90.8%,M10:5.4%,CSR:72.4%,CRI:18.7%;6)5100m3高炉入炉焦比:330kg焦/t铁;7)焦化工序能耗:102kgce/t焦。

以年产150万吨焦化厂为例,采用以上先进技术,每年可降低生产成本约6777万元。

7.3m焦炉有效降低了优质炼焦煤资源消耗和污染物排放,提高了能源综合利用,可以大幅降低焦化生产成本,显著提升劳动生产率,为促进我国焦化行业技术进步和绿色持续发展提供了技术支撑,对推进我国钢铁工业新旧动能转换提供了全新的实践案例,社会效益显著。 (李庆生 李光辉 马俊生 单传俊 李训明 魏淑超)

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