1前言

大型化、绿色化和智能化是焦炉技术发展的必然趋势，国内从4.3m和6m顶装焦炉到7m和7.63m顶装焦炉，焦炉技术在不断发展和进步。

山东省冶金设计院（山冶设计）与意大利保尔沃特公司（Paul Wurt h）联合设计了7.3m大型绿色智能焦炉，采用世界一流工艺和技术，在焦炉炉体、节能环保、自动化水平等方面达到国际先进水平，是焦炉大型化、绿色化、智能化发展的先进代表。山钢日照钢铁精品基地第一座7.3m大型绿色智能焦炉于2017年11月10日投产出焦，四座58孔7.3m焦炉于2019年6月3日全部投产出焦。

2焦炉大型化

焦炉大型化后，优点突出，包括减少出炉次数，减少装煤和推焦的阵发性污染；装炉煤密度提高，降低结焦速率，焦炭成熟均匀，改善焦炭质量等。7.3m焦炉采用大容积宽炭化室技术，炭化室平均宽度550mm，单孔容积71.5m³。

3焦炉绿色化

焦炉绿色化，可以进一步降低氮氧化物（NO_x）排放量，减少焦炉非阵发性和阵发性污染；进一步降低炼焦耗热量、耗电量及耗水量等，实现焦炉的高效节能。

3.1 环保

3.1.1 NO_x排放低

7.3m焦炉采用低氮燃烧技术和炉内脱硝技术，能有效降低NO_x的产生，NO_x排放浓度可控制在100mg/Nm3以下，满足国家标准（GB 16171-2012）大气污染物特别排放限值和山东省标准（DB37-2376-2013）重点地区（第四时段）大气污染物排放要求。不同炉型焦炉NOx排放浓度对比见图1。

1）源头控硝、过程控硝及节能洁净燃烧技术

7.3m焦炉采用两段供空气助燃加热、薄炉墙、双联火道、废气循环、分格蓄热室等技术，并采用FAN模型分析焦炉燃烧室燃烧状况，最优化焦炉炉体及加热系统设计。

①两段供空气助燃加热技术。7.3m焦炉燃烧室分两段供给空气进行燃烧，相比于加热煤气和空气均分段供给的焦炉，空气两段供给方式既达到了拉长立火道火焰的目的，又不至于使燃烧室各燃烧点温度和炉顶空间温度过高，有利于炉体高向加热的均匀性，且减少了焦炉NOx和上升管根部石墨的产生。

②薄炉墙技术。7.3m焦炉采用薄炉墙技术，导热性好、热效率高，降低了焦炉加热能耗，同时降低了立火道温度，从源头上减少NOx的产生。山钢日照钢铁精品基地7.3m焦炉与其他焦炉标准火道温度对比见表1。

③双联火道及废气循环技术。7.3m焦炉燃烧室由36个共18对双联火道组成，在每对立火道隔墙间上部设有跨越孔，下部设有废气循环孔，将下降火道的废气吸入上升火道的可燃气体中，起到拉长火焰作用，有利于焦炉高向加热的均匀性，同时降低燃烧点的温度，减少NO_x的产生。

④分格蓄热室技术。7.3m焦炉蓄热室沿机焦侧方向分为18格，每一格蓄热室下部设可调节孔口尺寸的调节板控制气流分布，使加热煤气和空气在蓄热室长向分配更合理，燃烧室长向气流分布更均匀。

⑤非对称式烟道技术。

7.3m焦炉采用非对称式烟道技术，即废气开闭器及烟道布置在焦炉焦侧，混合煤气及空气导入装置布置在焦炉机侧。该技术便于调节从机侧到焦侧各立火道煤气流和空气流，且便于废气流的排出，有利于焦炉长向加热的均匀性。

2）焦炉炉内脱硝技术

在焦炉蓄热室850-1050℃温度区间通入含氨气体，氨气与蓄热室下降气流中的NO_x发生化学反应，生成N₂和H₂O，焦炉烟气NO_x的脱除率可达45%-60%。焦炉炉内脱硝技术成熟可靠，系统安全简洁，维护量小，占地面积小，不使用催化剂，无二次污染，一次投资和运行成本低，约为炉外脱硝的20%。

3.1.2 非阵发性污染少

采用的SOPRECO单孔调压系统分别调节每个炭化室压力，减少炉门及装煤孔等处荒煤气的泄漏。另外，采用有限元分析模型优化护炉铁件系统，减少炉体及炉门等处烟尘泄漏，降低焦炉非阵发性污染。

1）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，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。

2）抗形变多段式保护板技术

通过护炉铁件系统有限元分析模型分析焦炉炉体不同部位在煤炭干馏膨胀压力、推焦力等作用下的受力情况，最优化护炉铁件系统设计，保护板设计为抗形变多段式结构，有效消除机械应力和保护板的弯曲，最大限度避免保护板的变形，使保护板始终与炉体紧密贴合，有效延长炉体寿命。

3.1.3 阵发性污染少

7.3m焦炉单孔容积大，出炉次数少，能减少装煤及推焦阵发性污染，并且采用水封槽式机侧炉头烟除尘地面站和出焦除尘地面站等完善的环保措施，改善炼焦生产操作环境。

3.2 节能

3.2.1炼焦耗热量低

薄炉墙技术有利于提高炭化室炉墙的传热速率和焦炉热效率；火焰分析模型技术、两段供空气助燃加热技术、分格蓄热室、非对称式烟道技术等节能燃烧技术，优化了焦炉高向和长向加热均匀性，降低炼焦耗热量；SUPRACOK焦炉二级自动化技术，实现焦炉加热自动控制与调节，降低炼焦耗热量。7.3m焦炉以上技术的应用，使焦炉炼焦耗热量能达到《大容积焦炉状况等级评定标准》规定的特级炉标准。7.3m焦炉和特级炉炼焦耗热量指标见表2。

3.2.2耗电量少

7.3m焦炉采用大容积宽炭化室焦炉技术，焦炉出炉次数少，焦炉大车运行和推焦次数少，降低焦炉耗电量；SOPRECO单孔调压技术，取代装煤除尘地面站，无大功率装煤除尘风机运行，降低焦炉耗电量；非对称式烟道技术，废气盘数量减少一半，废气盘开闭次数少，降低焦炉耗电量。

3.2.3耗水量少

7.3m焦炉上升管水封根据连通器原理，设计连通式上升管水封系统，基本无外排水，节约水资源。

4焦炉智能化

焦炉智能化可以提高焦炉操作稳定性、安全性和生产率，降低工人劳动强度，降低炼焦耗热量，提高和稳定焦炭质量等。

4.1 SUPRACOK焦炉二级自动化系统

7.3m焦炉SUPRACOK焦炉二级自动化系统，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，达到如下效果：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，炼焦耗热量降低4%-5%；3）减少NO_x生成，达到环保要求；4）提高和稳定焦炭质量。

4.2 焦炉机车智能作业管理系统

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。

5结语

山冶设计与意大利保尔沃特公司联合设计的7.3m大型绿色智能焦炉，通过九项大容积宽炭化室技术，两段加热、双联火道、废气循环、蓄热室分格、高效薄炉墙、非对称式烟道、焦炉炉内脱硝等源头控硝及节能燃烧等解析优化技术，六项焦炉砌体严密及长寿化技术，抗形变多段式保护板技术，SOPRECO单孔调压技术、SUPRACOK焦炉二级自动化系统、焦炉机车智能作业管理系统等一系列协同优化特色技术的应用，实现焦炉流程功能重构优化，使焦炉NO_x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，是焦炉大型化、绿色化、智能化发展的先进代表。 （李俊玲 李光辉 李庆生）