1 干熄焦行业的发展
湿熄焦是以水为冷却介质将高温红焦（约950-1050℃）迅速冷却，过程中红焦大量显热随蒸汽散失，粉尘、酚类等污染物一并排入大气，同时水资源消耗量大。
干熄焦（CDQ）采用惰性循环氮气密闭冷却红焦，氮气吸收焦炭显热后送入余热锅炉产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机发电，冷却后的氮气经过循环风机加压后再次进入干熄槽循环复用，同步回收高温余热和改善焦炭质量，是焦化行业核心环节，也是焦化行业节能、环保及减碳的必要工艺。
据国家统计局数据，2025年我国焦炭产量达到5.04亿吨，占全球总产量70%以上。钢铁和独立焦化企业已经普遍采用干熄焦，部分企业实现了全干熄，目前国内的干熄焦装置数量550余套。
干熄焦起源于20世纪40年代的瑞士，60年代苏联在干熄焦技术方面取得了突破性进展，发明了带有预存室56t/h的干熄焦装置，实现了干熄焦连续稳定生产。20世纪70年代全球能源危机中，日本引进消化了苏联的干熄焦技术，在装置大型化、自动化和环境保护措施等方面有较大的发展。20世纪80年代末到90年代中期，日本建设了多座100-200t/h规模的干熄焦装置，在节能减排、提高生产效率方面取得了显著效果。80年代德国发明了水冷壁式的干熄焦装置，通过优化气体循环系统，提高换热效率等措施，大大降低了运行成本，但是干熄槽的水冷壁在焦炭的磨琢下很容易破裂，难以得到推广。
我国干熄焦技术起步相对较晚，1985年上海宝山钢铁总厂引进日本制铁技术，一期工程建设了4×75t/h干熄焦装置，1991年至2000年间浦东煤气厂、济钢、首钢也相继建设了65-70t/h干熄焦装置。从2000年武钢从日本制铁引进了首套140t/h干熄焦后，我国以引进、消化并吸收为主导，加快了干熄焦建设的步伐，140-150t/h规模的干熄焦装置在武钢、马钢、济钢、首钢、宝钢、鞍钢等大型钢铁厂得到了应用和认可。
随着大容积焦炉成为国内焦化新建、产能置换升级的主流技术路线，与之配套的超大型绿色化智能化干熄焦装置的开发和应用需求更加迫切。2009年，由日铁工程提供技术，北京首钢国际工程技术有限公司（以下简称“首钢工程”）和北京中日联节能环保工程技术有限公司（以下简称“北京中日联”）负责项目实施，率先在首钢京唐公司7.63m焦炉上配套建设260t/h干熄焦装置。通过应用一系列技术诀窍，解决了干熄焦大型化带来的斜烟道风耐力不足、排焦温度不均匀等技术难题，在干熄焦发展史上具有重要意义。首钢京唐超大型干熄焦的成功应用，为后来新建6.25-6.78m捣固焦炉及7-7.63m顶装焦炉大型化配套的170-280t/h规模的干熄焦装置，提供了有力的技术支撑，也使得我国大型和超大型干熄焦关键技术和装备日趋成熟。二十年来，我国干熄焦以坚持国产化、大型化、自动化为路线，推动了焦化行业高质量发展。
2 干熄焦锅炉及发电技术的发展
80年代早期的干熄焦余热发电普遍采用中温中压技术，干熄焦锅炉水循环方式为强制循环，这是第一代干熄焦余热发电技术。这种技术的干熄焦运行能耗高，投资回收期长。为了提高整体发电效益，日本研发了高温高压自然循环锅炉技术，这是第二代干熄焦余热发电技术。2005年，由首钢工程总承包的济钢150t/h干熄焦项目，引进了第二代干熄焦余热发电技术，首次在我国得到成功应用。第二代高温高压自然循环锅炉及发电技术，发电量整体提升12%-15%，成为我国近二十年干熄焦建设的主流配置。
北京中日联作为干熄焦业内骨干企业，是唯一一家真正获得日铁工程干熄焦技术转让及授权的工程公司，致力于干熄焦技术的普及应用，并在工程建设中持续开展技术研发。
为了进一步提升热能转化效率、深挖降碳空间，从2015年起，首钢工程、北京中日联与相关科研院所、设备制造等单位联合技术攻关，收集、整理各规模干熄焦生产运行数据，紧密结合干熄焦运行工况的波动变化特点，深入开展热力系统基础理论研究，奠定了第三代干熄焦余热锅炉发电技术的应用基石（图1）。
2.1 第一代——中温中压强制循环锅炉及发电技术特点
1）标志性项目
1981年，日本室兰干熄焦；
1985年，宝钢一期干熄焦；
2000年，首钢1-2号干熄焦；
2003年，武钢1-2号干熄焦。
2）锅炉主要技术特点
中温中压 强制循环；
光管水冷壁 耐火砖炉墙/膜式水冷壁；
主汽参数（例）3.8MPa、450℃。
2.2 第二代——高温高压自然循环锅炉发电技术特点
1）标志性项目
1982年，日本名古屋4号干熄焦；
1986年，日本八幡制铁所175t/h干熄焦；
2005年，济钢150t/h干熄焦；
2009年，首钢京唐1号、2号260t/h干熄焦。
2）锅炉主要技术特点
高温高压 自然循环；
膜式水冷壁；
主汽参数（例）9.8MPa、540℃。
2.3 第三代——（超）高温超高压 一次再热锅炉及发电技术特点
1）标志性项目
2022年，广西盛隆210t/h干熄焦；
2023年，江苏龙兴泰3×180t/h干熄焦；
2026年，山能永锋2×170t/h干熄焦。
2）锅炉主要技术特点
（超）高温超高压一次再热 自然循环；
膜式水冷壁；
再热高速汽轮发电机组；
主汽参数（例）13.8MPa、540/571℃；
再热参数（例）3.0MPa、540/571℃。
3 第三代干熄焦余热发电技术的创新与应用
随着干熄焦装置持续向大型化发展，以及第二代干熄焦余热锅炉及发电技术运行参数挖潜几乎到达极限，难以满足极致能效和节能降碳的需求。大型化干熄焦的大烟气量、主蒸汽高产量的特点没有能够与高效的高参数再热式汽轮机组完全契合，因此需建立一整套基础技术理论，并在工程中进行应用。
首钢工程、北京中日联等单位，在逐步改善焦炉及干熄焦系统负荷波动、热疲劳及磨损腐蚀等技术难题后，2022年5月，在广西盛隆210t/h干熄焦项目中首次应用第三代干熄焦余热发电技术，建成了单超一次再热锅炉及发电的干熄焦系统，经过严格的性能测试后，广西盛隆210t/h干熄焦项目的吨焦发电量较第二代提升约14%。在其后的江苏龙兴泰3×180t/h干熄焦、山能永锋2×170t/h干熄焦等项目相继成功实现了干熄焦双超再热发电技术，发电量较第二代提升约18%，进一步丰富了第三代干熄焦余热发电技术案例（图2）。
这些标志性工程不仅验证了第三代干熄焦余热发电技术的可靠性，也响应了大型干熄焦对集约化布局与高自发电率以及钢铁焦化行业“节能减碳”的迫切需求。
经过“十四五”建设，钢铁和焦化行业基础能效稳步提升，但存量低效装备、高碳用能结构、低碳产业化瓶颈仍制约降碳空间。面对能耗、碳强度双重刚性指标，为统筹节能增效与深度减排，依据“十五五”碳达峰行动方案与重点行业节能降碳攻坚部署，钢铁行业进入能碳协同转型深水区，第三代干熄焦余热发电技术在钢铁行业能碳提效方面成为可靠的技术选择。
3.1 技术原理与流程
对比传统朗肯循环，高参数干熄焦发电技术增加了再热过程，锅炉产生的主蒸汽在汽轮机高压缸做功，高压缸排汽通过再热冷段管道引出，进入锅炉经再热器加热至主蒸汽相同温度，由再热蒸汽出口管道进入汽轮机中低压缸做功。通过再热过程，增加了蒸汽焓值再次提升的过程，在排汽参数不变的前提下，提高了汽机?占比。同常规的中温中压及高温高压参数相比，锅炉蒸汽品质高，排汽量减少，汽机冷源损失减少，使效率得到了提升。
高参数再热干熄焦锅炉发电汽水流程如下（图3）：
除盐水箱-除氧器给水泵-给水预热器-除氧器-锅炉给水泵-锅炉省煤器-汽包-蒸发器-锅炉过热器-汽轮机高压缸-锅炉再热器-汽轮机中低压缸-凝汽器-冷凝水-除盐水箱。
3.2 关键技术指标
表1汇总了第二代高温高压干熄焦发电技术与第三代高参数再热技术的关键技术指标对比。对比结果表明，第三代高参数再热技术实现核心性能跨越式升级，凭借更高蒸汽参数与再热循环工艺，大幅提升热电转化效率、显著降低发电汽耗，在吨焦发电量、节能降耗、碳减排三大关键指标均实现14%-18%的提升，是干熄焦低碳增效的突破性先进技术。
3.3 技术特点
干熄焦余热发电领域长期存在的“热能品位利用不充分、系统运行稳定性差、能效转化率低”等共性难题，通过跨学科协同攻关，成功研发了“第三代干熄焦余热锅炉及发电技术”。以“高参数、再热循环、智能集成”为核心路径，实现了从热力循环、系统集成到运行控制的全链条技术革新。系统构建高参数再热循环与双重安全保护体系，通过搭载适用于全干熄的智能安保联锁与增强控制系统，实现了长寿命高效率干熄焦余热锅炉与高效再 热高转速凝汽式汽机，成功实现了极致能效提档。近年来，在不断累积第三代干熄焦余热锅炉及发电技术的应用业绩的同时，其运行可靠性与兼容性也进一步提升。当前，环保管控力度持续加大，企业建设备用干熄焦装置的需求显著提升。企业选用此项技术配套备用干熄焦时，可同步适配原有老旧干熄焦，统筹完成升级改造工作。
1）锅炉受热面材质提升
针对干熄焦烟气造成的炉管硫化腐蚀与冲刷磨损开展专项研究，第三代干熄焦余热锅炉及发电系统对受热面用材进行优化，过热器、再热器选用TP347H、TP321H 耐高温合金管材，提高设备管材的运行安全系数。
2）热力系统安保联动体系
配套独立事故减温减压保护装置，从主蒸汽管道分流蒸汽送往再热器，不仅能够实现对再热器的保护，且在以往的将介质直接放空与减温减压后作为厂用低压蒸汽两种选择以外，更可经低压旁路回收凝结水。以此实现停机不停炉，保障干熄焦连续生产；发电机组故障时，高低压旁路系统可快速启动，完成工质回收。
3）智能安保联锁与增强控制系统的应用
干熄焦装、排焦作业具备周期性特点，循环气流量、温度持续波动，热源稳定性远不及常规燃煤电站。采用“多炉一机”母管制 高参数再热复杂系统时，单台锅炉工况波动会沿蒸汽母管扩散至全系统，易引发连锁系统工况异常。传统的PID控制和独立单元控制逻辑已无法适应这种多变量、强耦合的复杂系统，对控制系统的实时性和预见性提出了极高要求。
对此，为搭建“源头稳控-过程增效-安全闭环”一体化控制体系，第三代技术搭载了全系统智能安保联锁与灵活适应单套干熄焦负荷的增强控制系统。
锅炉与汽机的智能安保连锁，在安全层面上配置毫秒级多维度联锁保护逻辑，覆盖蒸汽温度、压力、汽包水位、汽机跳闸等各类异常工况。如汽机突发跳闸时，系统瞬时开启旁路装置，避免再热器超温损毁。通过该智能安保连锁，可实现母管模式下“多炉一机”动态负荷平衡，有效抵消热源周期性波动影响，保障设备宽负荷区间长期稳定运行，同时大幅减少人工误操作带来的安全隐患。
增强控制系统依托工业以太网、智能网关等实时采集数百项运行参数，可在线进行数据统计、同期对比，实现由被动处置故障向主动预判工况转变。增强控制系统根据锅炉入口烟气温度参数的变化，配合干熄焦热源波动，自动匹配调节排焦量、循环风量，平衡热源输入，抑制工况剧烈波动，加强了干熄焦核心的负荷前置调控，由此，最大限度地保障蒸汽发生量与发电量的稳定。
4 推广前景与展望
第三代干熄焦余热发电技术成功入选河北省工业和信息化厅发布的《河北省2024年钢铁行业先进工艺技术装备推荐目录》。中国炼焦行业协会在2024年组织召开第三届中国焦化行业科技大会，本技术荣获焦化技术创新成果奖和优秀应用案例。2025年中国钢铁工业协会《钢铁行业节能降碳技术实施指南》技术案例及《钢铁极致能效能力清单（2025版）》正式收录本技术。2026年6月，国家发展改革委等部门发布的《关于开展重点行业节能降碳改造攻坚三年行动计划的通知》中明确指出，钢铁行业焦炉应配备高效干熄焦装置。
4.1 经济效益
第三代干熄焦余热发电技术通过热能回收与系统柔性调度，大幅降低了企业的能源采购成本，缩短了投资回收期，实现了显著的经济创效。以210t/h干熄焦项目为例：高参数再热（双超）技术的年发电量可达约3.15亿kWh，相比传统发电技术（第二代）增幅约18%，大幅提升了企业的能源自给率。按上网电价0.5元/kWh测算，单吨焦炭的纯发电收益可达90.75元。相比于高温高压技术，年新增利润可达约2385万元，技术增量部分的投资回收期仅为1-2年。
4.2 社会价值
第三代干熄焦余热发电技术为传统钢铁焦化行业的绿色低碳转型提供了可复制的“新质生产力”样本。以210t/h干熄焦项目为例：高参数再热（双超）技术的年发电量可达约3.15亿kWh，实现了吨焦炭减排96.3kgCO2，年减排SO2约26吨、NOx约42吨，有效改善了区域空气质量。相比于高温高压技术，年减排CO2约2.53万吨，年节约标准煤约5861吨。
4.3 应用范围
第三代干熄焦余热发电技术适用于新建项目和节能技改，具有广泛的适用性。适用于125-260t/h不同规模的新建干熄焦装置配套余热发电工程，尤其适合追求极致能效和A级环保绩效的大型钢铁联合企业。适用于传统中温中压或高温高压干熄焦余热发电机组的升级改造，通过替换高参数再热锅炉及汽轮机，实现能效跃升。
针对第三代高参数发电汽轮机组维修或临时故障停机，且无备用高参数发电机组的现场条件，业主可改造第二代高温高压机组临时投用，维持高参数锅炉继续运行。利用高参数锅炉侧事故减温减压装置处理高参数主蒸汽，保护再热器。经调控后的再热段蒸汽输送至老旧高温高压机组，实现滑参数运行。
5 结语
干熄焦余热发电技术历经三次迭代，每一次的技术革新都取得了良好的经济、社会和环境效益。展望未来，干熄焦余热发电技术将持续迭代创新，朝着更高参数、更深节能、更智能高效的方向稳步升级，持续赋能钢铁和焦化行业低碳转型与绿色高质量发展。（北京中日联节能环保工程技术有限公司 赵恒林）
