清洁型热回收焦炉技术特点及发展现状

清洁型热回收焦炉技术特点及发展现状

1.1发展历程

清洁型热回收焦炉是在上世纪末山西省“七五”型无回收焦炉的基础上，作为山西省重点科技攻关项目，由沈为清先生与山西化工设计院共同研发的一种具有知识产权的炼焦新工艺。

该工艺的专利号为ZL 2005 2 0024701.5。热回收焦炉专利技术其第一专利人沈为清先生是山西汾渭能源咨询有限公司与山西森特洁净煤技术设计研究有限公司的首席焦化顾问，原太钢焦化厂和太原煤气化公司总工程师。

该焦炉的成功研发，大大拓宽了炼焦煤的应用范围。在汾渭公司推广与应用该工艺的过程中，开创了配入48%的无烟煤和配入35%的动力煤的的成功案例，并使其产品达到国内一级冶金焦或铸造焦的标准。

同时，也从根本上解决了焦化产业长期存在的环境污染问题。其代表性企业兴高能源股份有限公司成为目前中国唯一一家被世界银行全球环境基金、联合国开发计划署、联合国工业发展组织等机构共同授予“中国节能与温室气体减排项目示范企业”的炼焦企业。

该工艺投资少，流程简单，易操作，生产成本低，自投产以来得到了迅速推广。山西森特设计研究院作为焦炉首席设计建造单位，承担了国外清洁型热回收焦炉80%以上工程项目。到目前为止，我国热回收焦炉已遍布山西、山东、内蒙古、河北、浙江、江苏、辽宁和新疆等地，有炼焦企业50余家，生产能力约3000万吨。其中，山西建成投产36座（含未审批企业）。随着我国新型热回收焦炉技术的进步与发展，在国际上也引起了一些国家的关注，特别是在2009年国家发展与改革委员会将该工艺列为中国合格的炼焦新型工艺后，该焦炉引起了国内外的高度重视，该技术已在印度、巴西、越南等地得到了推广和应用，国外新建和拟建项目约20余座。

2.1工艺特征

热回收焦炉有冷装冷出和热装热出两大类。热装热出又分为卧式和立式两种。

卧式热回收焦炉炭化室宽度大，容积大，可生产大块铸造焦，多利用无烟煤和弱粘结性煤、余热利用率、降低污染物排放等方面有较大优势。

立式热回收焦炉在减少焦炉占地、减少炼焦煤烧损、降低投资和实施干法熄焦等方面有较大优势。

从热回收焦炉工艺流程可以看出，有以下工艺优点：

?工艺流程短、操作方便

由于副产品完全燃烧，热回收焦炉的生产工艺大大简化，省去了复杂的煤气净化及化产品的回收工序，生产过程控制点少，操作方便，利于实现计算机自动控制调节，从而方便了管理，有利于安全生产。

?适合生产大块铸造焦

热回收焦炉炭化室宽度大、容积大，可以配入大比例高变质程度煤，在保证炼焦煤的结焦性能的同时，尽可能减少了炼焦时的收缩裂纹，通过降低炼焦的温度和结焦的速率，减少炼焦煤在结焦过程中产生的热应力，减少焦炭在结焦过程中产生的裂纹，从而能生产出大块焦炭。

?污染物排放少, 危害轻

清洁型热回收焦炉生产过程中采用负压操作，从根本上解决了回收型炼焦操作中存在的荒煤气无组织逸散问题, 废气充分燃烧使煤热解过程中生成的致癌物质苯并芘等

有害物质含量明显下降，而且生产中无酚、氰废水排除。

热回收焦炉的生产工艺流程图

3.1 理论创新

配入大量无烟煤的结焦机理 配入的中、低变质程度无烟煤在高温下其活性组分被活化，以气相或固相与胶质体活性组分发生缩合、缩聚、环化反应，与碳键结合或搭桥，形成焦炭。这部分活性组分是热回收焦炉结焦机理的有效组成部分，也是入炉煤较低G 值下仍能成焦的主要原因之一；

热回收焦炉与5.5米机焦炉煤饼尺寸与气体溢出示意图

（左：热回收焦炉；右：传统机焦炉）

脱硫除尘

烟囱外排

废渣处理

烟气处理

余热锅炉换热

蒸汽

省煤气换热

余热回收

发电

加热热水 用户 用户

炼焦

高温烟气

干馏结焦

入炉煤捣固

煤饼装炉

推焦

湿法熄焦

输焦

收集逃逸气体 收集处理逃逸烟气

大煤饼、高密度、慢升温不仅促进了无烟煤活性组分与胶质体的结合反应，而且也使炼焦煤挥发物中得高分子化合物（焦油）直接参与到胶结、熔融固化过程中；这部分焦油沥青不仅作为粘结剂，而且作为改质剂使煤的共炭化性能发生改变，进一步提高了煤的粘结性；

热回收焦炉与5.5米机焦炉生产冶金焦升温曲线图

无烟煤炼焦的活性组分结合原理，对于气化、软化温度不同的动力煤与炼焦煤也有类似作用，但其主要是分解的气化活性挥发物与胶质体活性组分发生化学结合，这种化学结合作用差于无烟煤的内部活性组分与炼焦煤胶质体结合能力；

水平滑动层对块度、强度的控制原理

在热回收焦炉中，可采用分层捣固方式，在焦炭结焦时处于不同温度下的分层产生不同的收缩膨胀应力，可沿滑动层释放，而不同分层的纵向裂纹也被滑动层切割，增大焦炭块度和强度。汾渭公司已申请专利，受理号（201120305034.3）

?高密度大煤饼对气相芳香烃捕获与结合作用

捣固后煤饼的高密度，可使焦炭气孔分布均匀，使焦炭反应性降低。同时，热回收焦炉中煤结焦过程产生的气态产物沿煤饼上下热侧逸出，大的煤饼增加了逸出行程，高的堆比密度减小了煤粒间距，增大了煤粒相互接触机会，在气相穿过炙热焦炭层时有助于二次分解的进行，活性基团发生炭联接反应，增加了焦炭的交联结构，使焦炭冷态和热态强度增加。汾渭公司已在2011年热回收炼焦技术与管理研讨会发表会议论文《清洁型热回收焦炉大比例使用无烟煤结交机理的研究与实践》。

?延长结焦时间与温度控制提高焦炭质量

热回收焦炉炭化室采用粘土砖砌筑而成，可在较低温度下炼焦，炼焦速度降低，从而降低了半焦层的温度梯度，使裂纹减少，块度增大。

结焦时间大大延长，使炼焦后期的半焦收缩进一步形成焦炭的反应时间延长，焦炭交联度和致密度增加，铸造焦焦炭强度大大增强。

汾渭公司已发表会议论文《清洁型热回收焦炉生产铸造焦的工艺原理与流程设计》。

4.1适应范围

?适用于以生产铸造焦为主的独立焦化企业

热回收焦炉保留了改良焦炉的大容积和捣固炼焦的特点，在实现生产操作机械化的同时，也使生产用煤质量发生了重大变化，即可以在大量利用非炼焦煤的基础上生产出优质铸造焦。这不仅可以弥补市场铸造焦的短缺，而且由于其可以大量利用无烟煤等炼焦，在炼焦煤日益缺乏的未来，有可能成为铸造焦生产的主要炉型。

?适用于以瘦煤、贫煤、无烟煤为主的地区

热回收焦炉的生产工艺和特殊的成焦机理决定了只有充分使用低挥发分煤（瘦煤、贫煤、无烟煤），才能获得的最佳的产品质量和最大的经济效益。

?适用于生态脆弱的偏远地区

热回收焦炉由于生产工艺简单、建设周期短、污染小、操作与管理相对简单，对综合利用与经济效益影响相对较小，因而适宜于远离城市、人口密度稀疏、生态环境脆弱的山区、西部地区以及国外如蒙古、印尼等国家，可将其作为发展地方经济，解决就业的良好途径。

5.1产品优势

?兼顾冶金焦和铸造焦

?可生产大块铸造焦，指标

?适合优质焦炭，满足热强度和热反应较高的大型焦炉需要

?可以通过劣质煤生产化工焦

?余热发电，产生清洁能源

6.1综合效益与投资回报

?原料成本大幅降低

从经济角度上讲，热回收焦炉的特点是大大降低了煤焦用煤的成本。以山西某清洁型热回收焦化厂为例，原料煤的成本见下表，表中与之比较的是2010年全国所有炼焦煤的平均用量比例，其反映的是全国炼焦用煤的平均水平。

注：★表中各种煤的价格为山西当地各种煤的实际价格。

从表中可以看出，热回收焦炉每吨原料煤的价格比化产回收焦炉要低195.7元，以

77.8%的全焦率计算，吨焦生产成本可降低251.5元。

?大块焦率收益明显

清洁型热回收焦炉的主要特点之一是适宜生产大块铸造焦，平均大块焦售价为1600元/吨，较同等质量的冶金焦高 220元/吨，目前清洁型焦炉生产焦炭大块率为

10.2% ，较一般机焦厂增加收益22元/吨。

?余热发电效益显著

目前按照较低的上网电价0.25元/度计算，吨焦收益为70元/吨，年产60万吨焦化厂余热发电收益为4200万元/年。

?综合经济效益突出

通过对清洁型焦炉与大中型机焦炉的经济效益进行比较，原料与产品收益可增加160.6元/吨，清洁型热回收焦炉存在一定的优势。见下表。

清洁型热回收焦炉与机焦原料与产品收益综合对照表单位：元/吨焦

由于炼焦成本低、投资少，热回收投资回报。选用目前工艺比较成熟的6×20孔QRD-2000年产60万吨清洁型热回收捣固式焦炉，该炉型炭化室高2.7m、宽3600mm，同时配套备煤、炼焦、熄焦、2×12MW余热发电及公辅等设施，项目总投资为28160万元，预计5年内收回投资。

热回收焦炉的投资回报

注：1、投资以2010年为基准；2、税金包括增值税，所得税，其他附加税。

7.1发展潜力

?补充了传统机焦的空白

由钢厂配套焦化厂实现副产品的综合利用及热能匹配以及传统焦炉的大型化，无疑是世界焦化行业的趋势与技术发展方向。但是由于焦炭用途及原料的多元化，特别是随着工业化的发展对焦炭质量与性能要求的不断提高，使得传统机焦并不能完全满足所有用户的要求。

由于清洁型热回收焦炉的工艺特点，使得其产品适应了部分焦炭用途的特殊要求，特别是在全球快速发展的精密铸造所需的优质铸造焦的特殊要求。

因此，清洁型热回收焦炉作为大型传统机焦炉的一种补充，是有其存在的必要与理由的。并且随着铸造业技术水平的提高及对优质铸造焦的认识，清洁型热回收焦炉尚有一定的发展空间。

?具备了与机焦炉的竞争优势

随着近年来，炼焦煤与贫煤、无烟煤价格差距的迅速拉大，处于贫煤、无烟煤产地的清洁型热回收焦炉与传统机焦相比已经显示出了其竞争优势。通过比较，入炉原料煤成本大幅降低，平均降幅达200元以上；全焦率提高2～3%，大块铸造焦产率可达55%以上。热发电收益虽不及煤气与化产品收益，但对比原料和产率的收益，其实际收益和机焦厂收益相当。

?改善了焦化企业的清洁生产

负压操作和完全燃烧的生产工艺使得热回收焦炉将炼焦生产的污染产生降到了最低，随着该焦炉局部设计与配件的不断完善，该工艺将可以成为清洁生产的典范。该工艺已多次得到世界各类环保组织与环保专家的认可与高度评价。

?节约了有限的炼焦煤资源

热回收焦炉的最大优点是可以大比例配入低变质程度的贫煤与无烟煤，从而大大节约炼焦煤的用量。而且由于低挥发分煤炼焦也使全焦率增加，即吨焦耗煤量减少。总的而言热回收焦炉是一种节约炼焦煤资源的炼焦技术。

?成为国际焦炉发展的宠儿

传统机焦炉已有百余年的发展历史，是全球无数炼焦专家智慧的结晶，而热回收焦炉从研发至今不过十余年。目前，已形成了一套完整的工艺理论和技术标准。由于其工艺简单、适用范围广、污染物排放少等特点目前已经在印度、越南、巴西等地被广泛使用，并形成规模，同时蒙古国、加拿大、哥伦比亚等国家和地区也在积极引进，2011年美国政府已明确规定热回收焦炉将作为焦化唯一炉型逐步替代传统机焦炉，可见热回收焦炉将成为未来世界焦化产业主力军。

8.1发展现状

到目前为止，我国热回收焦炉已遍布山西、山东、内蒙古、河北、浙江、江苏、辽宁和新疆等地，有炼焦企业50余家，生产能力约3000万吨。其中，山西建成投产36座（含未审批企业）。随着我国新型热回收焦炉技术的进步与发展，在国际上也引起了一些国家的关注，特别是在2009年国家发展与改革委员会将该工艺列为中国合格的炼焦新型工艺后，该焦炉引起了国内外的高度重视，该技术已在印度、巴西、越南等地得到了推广和应用，国外新建和拟建项目约20余座。

国内外清洁型热回收焦炉企业一览表

联系电话：0351-*******；0351-******* 网址：https://www.360docs.net/doc/4115980060.html,