干熄焦的原理及应用
1、国内干熄焦使用概况
干法熄焦简称干熄焦（CDQ），是相对于湿熄焦而言的采用惰性气体熄灭赤热焦炭的一种熄焦方法。干熄焦能回收利用红焦的显热，改善焦炭质量，减轻熄焦操作对环境的污染。
1.1 干熄焦的发展过程
干熄焦起源于瑞士，20世纪40年代许多发达国家开始研究开发干熄焦技术，采取的方式各异，而且一般规模较小，生产不稳定。进入60年代，前苏联在干熄焦技术方面取得了突破性进展，实现了连续稳定生产，获得专利发明权，并陆续在国内多数大型焦化厂建成干熄焦装置。到目前为止，前苏联有40%的焦化厂采用了干熄焦技术，单套处理量在50~70t/h。但前苏联干熄焦装置在自动控制和环境措施方面起点并不高。
20世纪70年代的全球能源危机促使干熄焦技术得到了长足发展，资源相对贫乏的日本，率先从苏联引进了干熄焦技术，并在装置的大型化、自动控制和环境保护方面进行了有效地改进。到90年代中期，日本已建成干熄焦装置31套，其中单套处理能力100t/h以上的装置有17套，日本新日铁和NKK等公司建成的干熄焦单套处理量可达到200t/h以上；装置方式采用了料钟布料，排焦采用了旋转密封阀连续排焦，接焦采用了旋转焦罐接焦等技术，使气料比大大降低极大地降低了干熄焦装置的建成投资和装置的运行费用；在控制方面实现了计算机控制，做到了全自动无人操作；在除尘方面，采用了除尘地面站方式，避免了干熄焦装置可能带来的二次污染。日本的干熄焦技术不仅在其国内被普遍采用，同时它将干熄焦技术输出到德国、中国、韩国等国家，其干熄焦技术已达到国际领先。
20世纪80年代，德国又发明了水冷壁式干熄焦装置，使气体循环系统更加优化，并降低了运行成本。德国帝森尔奥托（TSOA）公司成功地将水冷栅和水冷壁置入干熄炉，并将干熄炉断面由圆形改成方形，同时在排焦和干熄炉供气方式上进行了较大改进，干熄炉内焦炭下降及气流上升，实现了均匀分布，大大提高了换热效率，使气料比降到1000m3/t焦下,进一步降低了干熄焦装置的运行费用。TSOA干熄焦技术在德国得到推广，同时该技术还输出到韩国和中国的台北。
干熄焦技术发展至今，虽然出现了不同形式，但基本工艺流程大同小异，只是在装焦、排焦、循环气体除尘等方面有所区别。具有代表性的有德国TSOA公司设计的干熄焦工艺和日本新日铁设计的干熄焦工艺，这两种典型的干熄焦工艺在消化吸收前苏联干熄焦成熟技术的基础上都有所创新，形成各自的特点，并使干熄焦技术及其应用达到了较先进的水平。中国的鞍山焦耐院和首钢设计院，以及武钢、宝钢、首钢在吸收消化日本干熄焦技术方面做了一些有益的工作，并积累了一些较为丰富的经验。目前，全国正在用于生产的干熄焦装置约130套。
1.2 炼焦工艺
1.2.1 高温炼焦
烟煤隔绝空气加热到950～1050℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终制得焦炭，这一过程焦高温炼焦。焦炭是一种质地坚硬，以碳为主要成分的、含有裂纹和缺陷的不规则多孔体，呈银灰色。其真密度1. 8～1.95g∕㎝3，视密度为0.80～1.08 g∕㎝3，气孔率为35%～55%，堆密度为400～500㎏/m3。用肉眼观察焦炭都可以看到裂纹。
焦炭主要用于高炉冶金，其次还用于铸造、气化和生产电石等，它们对焦炭有不同的要求，但高炉炼铁用焦炭的要求为最高，用量也最大。
1.2.2 焦炭生产过程
洗煤：原煤在炼焦之前，先进行洗选。目的是降低煤中所含的灰分和去除其他杂质。
配煤：将各种结焦性能不同的煤按一定比例配合炼焦。 目的是在保证焦炭质量的前提下，扩大炼焦用煤的使用范围，合理地利用国家资源，并尽可能地多得到一些化工产品。
炼焦：将配合好的煤装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气的条件下通过两侧燃烧室加热干馏，经过一定时间，最后形成焦炭。
将炉内推出的红热焦炭送去熄焦塔熄火，然后进行破碎、筛分、分级、外运。
1.2.3 炼焦的产品处理
获得不同粒度的焦炭产品，分别送往高炉及烧结等用户。 熄焦方法有干法和湿法两种。湿法熄焦是把红热焦炭运至熄焦塔，用高压水喷淋60～90s。干法熄焦是将红热的焦炭放入熄焦室内，用惰性气体循环回收焦炭的物理热，时间为2～4h。在炼焦过程中还会产生炼焦煤气及多种化学产品。焦炉煤气是烧结、炼焦、炼铁、炼钢和轧钢生产的主要燃料。
2、干熄焦
2.1 干熄焦工艺
2.1.1 干熄焦的装置
干熄焦的主要设备包括：电机车、焦灌车及其运载车、提升机、装料装置、排焦装置、干熄炉、鼓风装置、循环风机、干熄焦锅炉、一次除尘器、二次除尘器等。
a) 电机车与焦罐车 电机车是牵引机车，车上备有行走装置和空压机等，用来牵引焦罐车（或熄焦车）和开闭熄焦车车门。为确保行车安全和对位准确，其刹车系统有三种制动方式，机气阀刹车、电动机反转制动和电磁吸轨器，同时采用变频调速系统。大型干熄焦装置一般采用旋转焦罐，使罐内焦炭粒度分布均匀，由于条件限制也可能采用方行焦罐。电机车与焦罐车正常情况下采用定点接焦方式。
b）提升机 提升机位于干熄焦构架上，将装满红焦的焦罐提升并移至干熄炉炉顶。
c）装料装置 装料装置包括加焦漏斗、干熄炉水封盖和移动台车。装料装置靠电动缸驱动。装焦时加焦漏斗加焦口联动，能自动打开干熄炉水封盖，配合提升机将红焦装入干熄炉，装完焦后复位。装料设备上设有集尘管，装焦时无粉尘外溢。
d）排焦装置 排焦装置安装于干熄炉底部，将冷却后的焦炭排到皮带输送机上。目前，排焦装置一般采用连续排焦，由电磁振动给料机控制切出速度，采用旋转密封阀将切出的焦炭在密闭状态下连续排出，其耐温、耐磨、气密性好，排焦时粉尘不外溢。
e）循环风机 循环风机时干熄 焦装置循环系统的心脏，要求耐温、耐磨并且运行绝对可靠。
f）给水预热器 给水预热器安装在循环风机至干熄炉入口的循环气体管路上，用以降低进入干熄炉的气体稳定以强化干熄炉的换热效果，同时用从循环气体中回收的热量加热锅炉给水，节约除氧器的蒸汽用量，从而节约能量。
g）干熄炉 干熄炉是干熄焦装置的核心，一般为圆形截面的竖式槽体，外壳用钢板及型钢制作，内衬耐磨粘土砖及断热砖等。干熄炉上部为预存室，中间是斜道区，下部为冷却室。在预存室外有环形气道，环形气道与斜道连通。干熄炉预存室容积要满足焦炭预存时间的要求，预存一般在1—1.5h；冷却室容积则必须满足焦炭冷却的要求。预存室设有上、下料位计，设有压力测量装置及自动放散装置；环形气道设有自动导入空气装置；冷却室设有温度、压力测量及入孔、烘炉孔等。
h）供气装置 供气装置安装在干熄炉底部，它由风帽、气道、周边风环形成，能将惰性气体均匀的供入冷却室，能够使干熄炉内气流分布较均匀；另外，干熄槽底锥段出口处通常设置挡棒装置，可调节焦炭下料，使排出的焦炭冷却均匀，冷却效果好。
i）一次及二次除尘器 一次除尘器采用重力沉降槽式除尘，用于除去850-980度惰性气体中所含的粗粒焦粉，外壳有钢板焊制，内衬高强粘土砖。二次除尘器采用多管旋风除尘器，将循环气体中焦粉进一步分离出来。一次及二次除尘器设有防爆阀和入孔；一次除尘器上设有温度压力测量装置、自动放散装置；一次及二次除尘器下部设有排粉焦管道；一次除尘器下的排粉焦管道设有水冷却套管。
2.2 干熄焦工作原理
所谓干熄焦，是相对湿熄焦而言的，是指采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法。在干熄焦过程中，红焦从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由循环鼓风机入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦碳从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。
干熄焦冷却焦碳的机理是:在干熄炉冷却段,焦碳向下流动,惰性循环气体向上流动,焦碳通过与循环气体进行热交换而冷却。冷惰性气体(主要成分为氮气，温度170~190℃)在干熄炉中与炼焦炉推出的大约为1050℃的赤热焦炭逆向流动（惰性气体被加热到700~850℃)直接换热，从而冷却焦炭（200℃）。由于焦碳的块度大,在断面上形成较大的孔隙,因而有利于气体逆流。在同一层面焦碳与循环气体温差不大,因而焦碳冷却的时间主要取决于气流与焦碳的对流传热和焦块内部的热传导,而冷却速度则主要取决于循环气体的温度和流速,以及焦块的温度和外形表面积等
2.3 干熄焦工艺流程
3.干熄焦优点：
干熄焦与湿法熄焦相比能提高焦炭强度和降低焦炭反应性，对高炉操作有利，尤其对质量要求严的大型高炉用焦炭，干熄焦更有优势（降低高炉燃料比、增加出铁比，提高炉顶温度，增加煤粉喷吹量），同时减少对大气造成污然。
干熄焦回收红焦废热产生蒸汽，可用于发电，避免了生产等量气燃煤而对大气的污染（5-6t蒸汽需要1吨动力煤）。对规模为100万t/a焦化厂而言，采用干熄焦技术，每年可以减少8-10万吨动力煤燃烧对大气的污染。相当于少向大气排放144吨-180吨烟尘、1280吨-1600吨SO2,尤其是每年可以减排10万吨-17.5万吨CO2。采用干熄焦可以节水，宝钢平均每吨焦炭节水大于0.44吨。采用干熄焦技术降低炼焦能耗50-60kgce/t焦。
表1 干熄焦与湿熄焦对比
3.1.1 提高焦炭质量
同湿法熄焦相比，避免了湿熄焦急剧冷却对焦炭结构的不利影响，其机械强度、耐磨性、真比重都有所提高。焦炭M40提高3％-8％，Ml0降低0.3％-0.8％，且焦炭的热反应性(CSR、CIR)均有所改善，焦炭M40提高1％，这对降低炼铁成本，提高生铁产量极为有利，尤其对采用喷煤粉技术的大型高炉效果更加明显。炼铁焦比下降5千克/吨，产量则提高4％。在保持原焦炭质量不变的情况下，采用干熄焦可以降低强粘结性的焦、肥煤配入量10-20%，有利于保护资源，降低炼焦成本。
3.1.2 回收显热、节能降耗
同湿熄焦相比，干熄焦可回收利用红焦约83％的显热，每干熄1t焦炭回收的热量约为3.9-4.0MPa、450℃蒸汽0.45-0.55t。湿熄焦没有任何能源回收利用。
3.1.3 降低有害物质的排放，保护环境
湿熄焦产生大量酌酚、氰化合物和硫化合物等有害物质（每熄一吨红焦炭就要将0.5t含有大量酚、氰化 物、硫化物及粉尘的蒸汽）自由排放，严重腐蚀周围设备并污染大气，这些污染物占炼焦过程对外排放水污染物的三分之一。干熄焦采用惰性循环气体在密闭的干熄炉内对红焦进行冷却，并配备良好有效的除尘设施，可以免除对周围设备的腐蚀和对大气的污染。干熄炉炉顶装焦及炉底排、运焦产生的粉尘以及循环风机后放散的气体、干熄炉预存段放散的少量气体经除尘地面站净化后，以含尘量小于100mg/m3的高净化气体排气。见表2.
表2 干熄焦工艺与湿熄焦工艺污染对比（kg/h）
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