焦化厂余热回收利用

中冶焦耐工程技术有限公司 郑文华

最近徐匡迪院士指出：目前钢铁企业尚有 30％的余热、余能未被回收利用。其中，焦化过程约有 50千克 / 吨焦。 这意味着，在 2011年炼焦生产过程中，有 42779万吨（机焦） ×50千克 / 吨焦 ＝ 2139万吨标煤的余热未被回收利用

目 录1. 我国炼焦行业现状2. 充分回收利用炼焦生产余热3. 红焦显热的回收利用4. 焦炉烟道气余热的回收利用5. 荒煤气热量的回收利用

1.中国焦化行业现状1.1 中国是世界焦炭第一生产大国

近几年我国钢铁焦产量 万吨

近几年，我国焦化产业实现跨越式发展，逐步由大向强转变。焦化产业依托煤炭工业、依存钢铁工业并支撑钢铁业持续高增长，为国民经济发展做出了重大贡献，成为国民经济中的重要产业之一。 焦化产业的持续较快增长满足了钢铁工业持续发展对焦炭数量和质量的需求，提供了充足优质气体燃料—焦炉煤气，同时也满足了铁合金、电石、化肥、有色工业和机械制造等行业对焦炭的需要。

钢铁工业产能从阶段性过剩发展为绝对过剩 截至 2012 年底，我国已建成粗钢产能 9.7 亿吨，其

中转炉钢 8.5 亿吨，电炉钢 1.2 亿吨，另有在建项目产能约 2200 万吨。美国将 78%-83% 的钢铁产能利用率作为正常区间，日本选取 78% 作为正常标准。

2001 ～ 2011 年我国钢铁产能利用率基本都高于 78% ，部分年份有过热现象。 2012 年我国炼钢、炼铁产能利用率分别为 73.9% 和 73.1% 。炼焦产能利用率为 73.9%。

2012 年是中国钢铁工业近年来最困难的年份之一。全年重点统计钢铁企业实现利润为 15.81 亿元，同比下降98.22%; 平均销售利润率为 0.045% 。企业亏损面 28.75% 。

我国钢铁工业确实出现了产能过剩现象，已经由阶段性过剩发展为绝对过剩，而且过剩总量高达 2亿多吨，浪费巨大。

中国钢协徐乐江会长最近阐述他对钢铁产能过剩问题看法： 如何界定产能过剩？ 各国根据不同情况确定了不同的“产能充分利用率”，以钢铁为例，欧洲为 75%、日本为 78%。中国钢铁业产能利用率达到 80%就应该认为是产能充分利用了。

2006年前中国钢铁产能利用率都在 80%以上，因此不存在产能过剩。 2006年以后直到现在，基本维持在 75%～ 80%，也只是轻度过剩。 70%～ 75%之间为中度过剩，而低于 70%是严重过剩。欧美日历史上都出现过低于 60%的极度产能过剩，因此我国最困难时期远未到来。

中国钢铁严重产能过剩时代预计将在“十三五”期间到来。 这个时期一般是在国内钢铁需求增长出现拐点以后，钢铁产量出

现峰值之后。而我国目前钢铁需求尽管增长率明显下降，但还未出现负增长，产量峰值还未到来。估计这个拐点和峰值为期不远，预计在“十三五”期间。

产能过剩是行业发展的必然阶段，不要过度夸大产能过剩的危害性。既要看到他对行业的负面影响，也要看到他的积极意义。

产能过剩是行业走向成熟期的标志。成熟期的普遍规律就是产能过剩，这也是检验产业走向成熟的一个标志。进入成熟期的中国钢铁产业过剩将是一种常态，并伴随行业进入衰退期，因此要适应这种状态，我们只能缓解这种过剩状况而绝不可能消除这种现象。

适度的产能过剩有利于行业的充分竞争。钢铁业的转型升级一定是在“产能过剩”的背景下进行的。当然严重的产能过剩必然导致恶性竞争，我们需要的是充分竞争，避免恶性竞争，因此要消除严重产能过剩。

不能将产量过剩等同于产能过剩。中国钢铁业总体产能过剩没有疑义，但不能认为钢铁业所有品种的产能都过剩。产能过剩是一个产业长时期的供大于求的现象，伴随着这个产业的成熟期到衰退期的始终。而产量过剩是一个阶段性现象，是因为需求突然受到抑制而出现的短期供大于求。中国钢铁业在高速成长期曾不断出现是产量过剩而不是产能过剩，随着需求增长的恢复，产量过剩问题自然消失。

美国《华尔街日报》：

中国钢铁业显露复苏迹象

中国钢铁市场有一个笑话：生产一吨钢材的利润还不够买一千克猪肉的。 2013年上半年，销售一吨钢材的平均利润只有 0.43元，而中国一千克猪肉的价格大约是 30元。

自 6 月底以来，中国钢铁价格开始回升。由于地方政府承诺推动投资，水泥和建筑机械的销售也在回暖。 8 月份工业产值同比增长 10.4%，高于 7 月份的 9.7%。

中国（未含台湾省）焦炭产量（单位：万 t ）

2012年我国生产焦炭 44323万吨 , 同比增长 3.6％。焦炭产能超过 6.0亿吨，可以满足 8 ～ 9 亿吨钢铁产量的需求。

2012年我国焦炭产量结构焦化厂类别 生产厂数 焦炭产量 万吨 比例 %

大中型钢铁企业 84 13004 29.34

独立焦化厂 720 31319 70.66

总计 804 44323 100

2012年我国焦炭品种结构

焦炭种类 产量 万吨 比例 %冶金焦 40821 92.1

半焦 2792 6.3

铸造焦 665 1.5

其他 45 0.1

总计 44323 100

消费行业 产量 万吨 比例 %

钢铁 39891 90

有色金属 886 1

化学工业 1774 4

设备制造 + 建材 886 2+1

其他 886 2

总计 44323 100

2012年我国焦炭消费结构

我国炼焦产能结构

常规焦炉产能 52800万吨＋半焦 5000万吨＋热回收焦炉 2200万吨＝ 60000万吨

• 7 米及其以上现代化大型焦炉近 60座，总产能达5000万吨，占全国总产能的 8.30%；

• ＜ 4.3米的顶装焦炉和＜ 3.2米捣固焦炉落后产能约3000万吨，占全国总产能 5.0％，需要淘汰；

• 我国已投产的捣固焦炉超过 300座，产能 2.0亿吨以上，占全国总产能约 1/3 ；

• 钢铁企业焦炉产能占全国总产能 40%，产量占 30％；

独立焦化厂产能占全国总产能 60%，产量占 70％ ；

这是中国特色；

• “十一五”期间，我国总计淘汰落后产能 1.1014亿吨，同时新建产能 1.5043亿吨，其中 70％是≥ 6 米顶装和≥ 5.5米捣固大型现代化焦炉。

• 我国采用热回收焦炉的炼焦厂约 50余家，总产能 2200

万吨 。其中：山西省 29家、山东省 7 家，均是 2004

年以前批准建设的；

• 我国半焦产能 5000万吨 , 产能利用率 50％；

• 至 2012年底，我国煤焦油加工产能达到 2087万吨、粗苯加氢产能 575万吨、焦炉煤气制甲醇产能 1021万吨。

1.2 中国是世界焦炭消费第一大国 2012年我国消费焦炭 44221万吨，同比增长4.2%，是我国焦炭消费史上最多的一年。

1.3 中国的焦炭出口 2012年我国出口焦炭 102万吨，同比下降 69.1

％。 本世纪我国焦炭的出口年份 200

3200

4200

5200

62007 200

8200

92010 201

12012

平均价 114 263183 138 200 479 369.

6415.

7451 437

出口量 1472

1472

1276

1450

1530 1213

54.4 335 330 102 从 2013年起，我国取消焦炭出口的 40％税率，取消出口配额。世界每年焦炭贸易量为 3000多万吨。

国家 中国 日本 俄罗斯 印度 乌克

兰 韩国 美国 巴西 波兰 德国

20114327

13538

2889

1997

1848

1478

1453

997 913 799

20124432

33470

2915

2052

1787

1461

1427

1017

864 805

1.4 近两年世界主要焦炭生产国的焦炭产量 万吨

欧洲 独联体 北美洲 拉丁美洲 非洲 亚洲 大洋洲 世界总计2011

4727

4967 1909 1321 3145078

3298 64493

2012

4599

4920 1923 1347 2905209

3286 65457

世界各大州焦炭产量 万吨

1.5 我国的焦化厂

截至 2012年底，我国有焦化厂 764家 ( 实际 802家 )。 焦化厂种类 数量 厂数量比例 ％ 产能比例 ％

1 独立焦化厂 624 77.8 63.4

2 钢铁企业焦化厂 81 10.1 27.9

3 煤炭企业焦化厂 31 3.9 5.3

4 有色企业焦化厂 28 3.5 1.0

总计 764 95.3 97.6

2012年我国焦化厂产量结构分布项目 焦化厂数量 厂数比例 ％ 产量比例 ％

＞ 100 万吨 其中 ＞ 200 万吨

11141

13.85.1

52.830.5

50～ 100 万吨 147 18.3 23.3

＜ 50 万吨 544 67.9 23.9

总计 802 100 100

• 2012年我国进口炼焦煤 5355万吨，同比增长 20.02％；到岸价 142.75美元 / 吨，同比下降 4.59％；

• 2012年我国出口炼焦煤 131万吨，离岸价（含关税 10

％） 210.52美元 / 吨，同比分别下降 63.59％和 15.51

％；

• 2012年我国进口煤焦油 9220吨，同比下降 62.68％；到岸价 382.01美元 / 吨，同比上涨 3.77％；

• 2012年我国出口煤焦油 5.25万吨，同比增长 89.13％；离岸价（含关税 15％） 496.07美元 / 吨，同比下降10.50％；

1.6 2012年焦化产品进出口状况

• 2012年我国出口硫铵 215万吨，离岸价 214.66美元 /吨，同比分别增长 18.61％和 9.07％；

• 2012年我国出口煤沥青 665615吨，同比增长 34.43％；离岸价 479.66美元 / 吨，同比下降 6.30％；

• 2012年我国进口工业萘 48856吨，到岸价 670.1美元 /吨，同比分别下降 21.83％和 20.06％；

• 2012年我国进口煤系针状焦 41862吨，到岸价1509.39美元 / 吨；

• 2012年我国进口甲醇 500.11万吨，到岸价 377.38美元 / 吨；出口甲醇 6.735万吨，离岸价 393.06美元 /吨 .

1.7 2012年焦化行业的运行• 新投产焦炉 43座，新增焦炭产能 2775万吨 / 年，均为≥ 5.5米捣固和≥ 6.0米顶装焦炉；

• 新增焦炉煤气制甲醇装置 11套、产能 160万吨 / 年。截至2012底，我国焦炉煤气制甲醇产能达到 1021万吨 / 年；

• 新建投产的煤焦油加工生产能力 192万吨 / 年，使我国煤焦油总加工能力达到 2087万吨 / 年；

• 新建投产的苯加氢精制生产能力 86万吨 / 年，使我国苯加氢总加工能力达到 575万吨 / 年；

• 2012年新投产干熄焦装置 15套，使我国干熄焦装置

达到 136套，对应的总焦炭产能 13000万吨 / 年；

• 2012年，全国炼焦行业实现利润 17.2亿元，而

2011年实现利润 162.26亿元，同比下降 89.4％，

销售收入利润率仅为 0.29％，行业亏损面高达 42.5

％，我国焦化行业盈利能力和利润空间受到市场的严

峻挑战。

2012年中国炼焦行业协会重点统计 118焦化企业的技

术经济指标如下：

• 冶金焦抗碎强度（ M40） 84.09%，同比提高 1.01个百分点；

• 冶金焦耐磨强度（ M10） 6.60%，同比下降 0.39个百分点；

• 冶金焦灰分 12.78%，同比下降 0.08个百分点；

• 冶金焦水分 5.54%，同比下降 0.16个百分点；

• 煤焦油回收率 3.23％，同比提高 0.02个百分点；

• 粗苯回收率 0.89％，同比提高 0.01个百分点；

• 硫铵回收率 0.91％，同比提高 0.05个百分点；• 工业萘回收率 9.51％，同比提高 0.05个百分点；• 吨焦耗新水 1.74m3/t，同比下降 0.06m3/t；• 吨焦耗洗精煤 1376kg/t，同比下降 7kg/t；• 炼焦工序能耗 124.74kgce/t焦，同比下降0.17kgce/t焦；

• 水循环利用率 94.04%；• 粗苯耗洗油 64.6kg/t粗苯，同比下降 9.62kg/t粗苯；

• 硫酸铵耗硫酸 758.19kg/t，同比下降 12.14kg/t。

中国炼焦行业协会重点统计 109～ 127焦化企业近三年焦炭质量，如下表 :

年份 灰分 % 硫分 % M40 % M25 % M10 % CRI CSR2010 12.83 0.68 82.67 90.52 6.932011 12.95 0.70 83.28 90.93 6.74 2012 12.88 0.71

84.0390.63 6.63 27.35 63.12

2012年，全国又有 32家焦化企业、炼焦产能 2608

万吨 / 年，获得工业和信息化部第七批《焦化行业准入条件》准入公告。

截至 2012年底，全国共有 7 批 381家企业先后获得国家发展和改革委员会和工业和信息化部准入公告，扣除新增产能、已撤销和关停企业后，实际生产运行的企业 346家，改扩建后焦炭产能达到 4.18亿吨 / 年。其中热回收焦炉37家，产能 1862万吨 / 年，占热回收焦炉总产能的 77％；常规机焦炉 307家，产能 3.98亿吨 / 年，占热常规焦炉总产能的 76％；半焦（兰炭直立炉） 2 家，产能 120万吨 / 年。稳步推进了净化产业结构调整和行业节能减排、环境治理工作。

2. 充分回收利用炼焦生产余热 我国钢铁企业以长流程为主，主要的能源消耗是

煤炭，其中以炼焦煤形式输入的能量占总能量 57%左右。而焦化工序消耗的能量约占钢铁企业总能耗的 7％～ 8 ％，因此，节能降耗是创建资源节约型焦化厂持续追求的目标。

面对 21世纪全球资源能源紧张、环境 - 生态问题约束的日益严峻，焦化厂不仅要进一步发挥好为钢铁制造流程生产优质焦炭的制造功能，而且还要高度重视能源转化功能的优化和充分发挥废弃物消纳 - 处理及再资源化的功能。

从钢铁制造流程的整体看，焦化厂炼焦过程实质是根据铁素流这一被加工主体的要求（为高炉冶炼提供优质焦炭）而发生的碳素流转换和耗散过程，或称为能源转换过程。

焦化厂的三大功能

焦化厂

为钢铁制造流程生产优质焦炭

能源转化功能

废弃物消纳 - 处理及再资源化的功能消纳废塑料和橡胶轮胎等。日本政府给 2 万～ 4 万日元 / 吨委托处理费。新日铁 2006年处理 17万吨；目前处理能力 30～ 40万吨 / 年； 2010年日本钢铁工业利用废塑料的目标是 100万吨 / 年。

一次能源：炼焦煤

二次能源：焦炭 COG煤焦油粗苯等

焦化厂是钢铁制造流程中碳素能量流的主体，是钢铁制造流程的能源中心，是将一次能源——煤炭经过焦炉的高温干馏转变成二次能源——焦炭、焦炉煤气、焦油和粗苯等的高转化率“能源转换器”。因此，焦化厂更要注重能源转化和传递的质量，即“ ”效率，注重“ ” 的价值利用，以实现炼焦过 程价值最大化，在能量高效转化中实现节能减排。

炼焦过程中的物质流主要是煤料在配煤、粉碎、装炉、结焦和熄焦等过程的转换和耗散。

炼焦过程中的能量流主要是加热用煤气（焦炉煤气或高炉煤气或两者的混合煤气）燃烧对炭化室内煤料进行间接加热的过程。加热煤气的热量转化为焦炭、焦炉煤气、化学产品和焦炉烟道废气的显热，并产生一定的热损失。

焦炉是能量转换装置中 效率高的热工设备，净 效

率高达 87%～ 89%。这是因为炼焦过程不仅是一个较完善的能量转换过程，产生优质的二次能源，而且焦炉本体设备经过一百余年的不断改进，在煤气燃烧、烟气热量利用、绝热等方面均较完善。但这并不说明它已达到最完善的程度，没有节能的余地。

高效回收利用在炼焦过程中的余热资源是资源节约、环境友好的绿色焦化厂节能的主要方向和潜力所在，也是提高 效率的主要途径之一。

焦焦

970 m3/t焦 BFG

100kwh/t焦

500kg /t焦蒸汽

1000kg红焦1000kg焦

420m3/t焦1326kg（干） /t焦

电站

焦 炉

焦炭

焦炉煤气

加热煤气

电

干熄焦装置

焦

废气

1900m3/t焦

入炉煤

烟囱

焦炉物质流能量流示意图

输入热：加热煤气燃烧热 89% 漏入煤气燃烧热及其它 11%

输出热 37%

输出热 36%

输出热 17%

炉体损失输出热 10%

当焦炉用 COG加热时，吨焦耗 COG205m3,产生废气 1326m3 。

37%

36%

17%

10%

出炉焦炭显热荒煤气带出热焦炉烟道废气带出热炉体表面热损失

在焦炉的输出端：

950～ 1050℃焦炭作为物质流承载着较多部分能量，从炭化室被推出；

650～ 700℃煤气和气态化学产品带着热能和化学能以能量流的形式从上升管排出；

250～ 300℃焦炉烟道废气带着热能和动能以能量流的形式从烟囱逸出；

一部分热量作为能量流一部分从焦炉炉体表面散发损失至环境空气中。

通过对炼焦过程输入端和输出端能量流分析得出，炼焦生产过程的余热：

□ 出炉红焦显热约占焦炉输出热的 37％，当大型焦炉炼 焦耗热量为 108kgce/t焦，则红焦带出 40.0kgce热 量—— CDQ□荒煤气带出热约占 36％，相当于带出 38.9kgce热量—

—正在开发□焦炉烟道废气带出热约占 17％，相当于带出 18.4kgce

热量——煤调湿、生产蒸汽、作为热源和制冷□炉体表面热损失约占 10％，相当于损失 10.8kgce热 量——加强保温

3. 红焦显热的回收利用

深入推广干熄焦技术 干熄焦是相对于用水熄灭炽热红焦的湿熄焦而言的。其基本原理是：利用冷惰性气体在干熄炉中与红焦直接换热，从而冷却焦炭。（观看动画片） 采用干熄焦可回收约 80％红焦显热，平均每熄 1 吨红焦可回收 3.9MPa、 450℃蒸汽 0.5～ 0.6t，可直接送入蒸汽管网，也可发电。采用中温中压锅炉，全凝发电 95～ 105kwh/吨；采用高温高压高炉（日本 70％），全凝发电 110～ 120kwh/吨； 采用干熄焦可以改善焦炭质量，降低高炉焦比，或在配煤中多用 10～ 15％的弱粘结性煤； 吨焦炭节水大于 0.44m3； 采用干熄焦技术可净降低炼焦能耗 30～ 40kgce/t焦， 效率高达 70%。

至 2012 年末，我国已投产和在建的干熄焦装置超过 200套，干熄焦炭能力超过 2 亿吨，占我国 2012年炼铁消费焦炭量的近 57％。我国钢铁企业已有近 90

％焦炉配置了干熄焦装置，独立焦化厂依据节能减排的理念，也开始采用干熄焦技术。按干熄焦套数和干熄能力计，我国已位居世界第一。

日本有 41组（座）焦炉配置了干熄焦装置，占炉组总数的 87.2％，其中，配置高温高压锅炉和次高温高压锅炉占 70％以上。

唐钢处理能力为

180t/h干熄焦装置

国家产业政策要求，钢铁企业新建焦炉必须配套建设CDQ。”十二五“要求钢铁企业焦炉 100％都采用 CDQ，但

对于独立焦化厂没有强制要求，主要是：1)采用干熄焦提高焦炭质量，其对炼铁高炉的延伸效益， 较难体现；2)经生化处理的焦化废水，不能作湿熄焦补充水，无出路 ，只能外排，较难实现零排放。 但是，最近一些独立焦化厂从节能和环保角度出发也在配套建设 CDQ，如河北中润、安徽临焕、山西焦化、博兴诚力、潞宝、唐山达丰、河南顺成、山东维焦、宝泰隆和景德镇焦化等。尤其一些发展循环经济产业链需要蒸汽的，愿意采用干熄焦余热回收技术。

他们采取各种措施，解决各种问题：

与焦炭用户协商，提高干熄焦炭的销售价格；（中润价格 50元 / 吨；宝泰隆 120元 / 吨；）

对不同意加价的焦炭用户，实施焦炭喷水；（临焕亲水剂＋除盐水＝ 19.8元 / 吨 8 名工人）

寻找处理后焦化废水的出路；

焦化污水采用生化处理＋深度处理。

天铁金牛 190t/h干熄焦装置

天铁金牛 190t/h干熄焦夜景

太钢全封闭式 140t/h干熄焦装置

太钢全封闭式 140t/h干熄焦装置

本钢处理能力为

190t/h干熄焦装置

2 套装入 装置

2 套151t/h高压锅

炉

2 套提升装置

2 套260t/h干熄槽

2 套环境除尘装置

6 套干熄焦车

唐山首钢京唐西山焦化有限责任公司 260t/h干熄焦装置

2 台 37万 m3/h循环风机

2 台 2DC

2 台 1DC 唐山首钢京唐西山焦

化

260t/h

干熄焦装

置

大型焦炉干熄焦备用的两种方式 为节省基建投资，我国干熄焦装置几乎（宝钢除外）都是采用湿熄焦系统备用，因为一套湿熄焦系统的投资仅为干熄焦装置的 1/4 ～ 1/5 。即当干熄焦装置正常检修（通常需要 20天）或事故停产时，启动备用的湿熄焦系统，临时向高炉供应湿熄焦炭，以维持焦炉的正常生产，但对大型高炉的正常操作会带来一些影响。为此，需要采取一些特殊措施，如有的焦化厂临时在入炉煤配比中增加 10% 强粘结性的肥煤或焦煤，以提高焦炭质量，缓解对高炉的不利影响。

稳定式湿熄焦

传统湿熄

焦

与 7.63米焦炉配套的稳定式湿熄焦

干熄为主湿熄备用方式是配置 2×150t/h干熄装置、两套横移牵引和提升机、一套湿熄焦系统。正常生产时， 2套干熄焦装置全部操作，湿熄焦备用。当 1套干熄焦装置定期检修时，本焦炉的焦炭湿熄，另一焦炉焦炭仍可干熄；当然 2座焦炉的全部焦炭可以全部湿熄。

70孔焦炉 70孔焦炉

150t/h 150t/h

湿熄焦系统

近年来，随着我国大型钢铁联合企业大型、特大型

高炉的快速增长，高炉的稳定操作对整个钢铁联合企业的生产与效益越发重要。如某大型钢铁公司，因 CDQ检修，大型高炉调整不顺，二个月生产不正常，损失几亿元人民币。因此，一些大型钢铁联合企业开始要求焦化厂全部采用干法熄焦。即向宝钢那样，备用也采用干熄焦工艺，以保证大型、特大型高炉连续不断地获得质量稳定的干熄焦炭。现对 2×70孔 7.63m大型焦炉、年产焦炭 220 万吨焦化厂干熄焦备用方式进行对比。

全干熄方式是配置 3×150t/h干熄装置、两套横移牵引和提升机。正常生产时， 3套干熄焦装置全部操作。当1套干熄焦装置定期检修时，其余 2套干熄焦装置干熄来自于 2座焦炉的全部焦炭。

70孔焦炉 70孔焦炉

150t/h 150t/h 150t/h

备用干熄焦装置

全干熄方式的干熄率为 100% ，干熄为主湿熄备用方式的干熄率 93.15% ，前者高于后者 6.85% 。

经过具体比较计算，全干熄投资比干熄为主湿熄备用高 2890 万元（以高温高压蒸汽系统为准）；但在干熄为主湿熄备用的湿熄焦期间，全干熄年多发电1756万 kWh（ 843 万元），干熄焦增加效益 528 万元，合计效益为 1371 万元。

因此，从投入和产出来看，全干熄比干熄为主湿熄备用投资多 2890 万元，但这些投资可在 2年多一点的时间内收回，因此，全干熄方式具有诱惑力，得到认可和采用。

4. 焦炉烟道气余热的回收利用

4.1 研发和推广以焦炉烟道气为热源的煤调湿技术 “煤调湿”是“装炉煤水份控制工艺”的简称，是

将炼焦煤料在装炉前去除一部分水份，保持装炉煤水份稳定在 6%左右，然后装炉炼焦。

CMC不同于煤预热和煤干燥：煤预热是将入炉煤在装炉前用气体热载体或固体热载体快速加热到热分解开始前温度（ 150℃～ 250℃），此时煤的水份为零，然后再装炉炼焦；而煤干燥没有严格的水份控制措施，干燥后的水份随来煤水份的变化而改变。 CMC有严格的水份控制措施，能确保入炉煤水份恒定。

日本全国共有 16个焦化厂 51组（座）焦炉，其中有36组（座）焦炉配置了煤调湿装置，占焦炉总数的 70.5％。

□采用 CMC技术，煤料含水量每降低 1%，炼焦耗热量就降 低 62.0MJ/t （干煤）。当煤料水分从 11% 下降至6%时， 炼焦耗热量降低 62.0×(11-6)=310MJ/t （干煤）□装炉煤水分的降低，使装炉煤堆密度提高，干馏时间缩 短，因此焦炉生产能力可提高 3 ～ 11%。

□改善焦炭质量， M40可提高 1 ～ 1.5个百分点， CSR

提高 1 ～ 3 个百分点；在保证焦炭质量 不变的情况下，可多 配弱粘结煤 8%～ 10%。

经过多年生产实践， CMC技术的效果是：

□煤料水分降低可减少 1/3剩余氨水量，相应减少蒸氨

用

蒸汽 1/3，同时也减轻废水处理装置的生产负荷。

□节能的社会效益是减少温室效应，平均每吨入炉煤可

减少 35.8kgCO2排放量；

□因煤料水分稳定在 6%～ 7.5% 的水平上，使得煤料

的堆密度和干馏速度稳定，有益于改善焦炉的操作，有

利于延长焦炉寿命。

采用 CMC需注意的问题是：• 煤料水分的降低，使炭化室荒煤气中夹带物增加，造成

粗焦油中的渣量增加 2 ～ 3 倍，为此，需设置三相超级离心机，保证了焦油质量。

• 炭化室炉墙和上升管结石墨有所增加，为此，需设置除石墨设施，有效清除石墨，保证正常生产。

• 调湿后煤料用皮带输送机送至煤塔过程中散发的粉尘量较湿煤增加 1.5倍，为此，应加强输煤系统的严密性和除尘设施。

• 调湿后煤料在装炉时，因含水份低很容易扬尘，必须设置装煤地面站除尘设施。因此，对已投产的焦炉而言，若因总图紧张或其它原因不能设置装煤地面站除尘设施，则不易补建 CMC。

我国独立焦化厂的焦炉大多用 COG加热，而钢铁企业焦化厂大多用 BFG（掺入 2 ％～ 7 ％ COG）加热。因 COG中含氢高达 55～ 60％，因此， COG燃烧废气中水分含量高，将其作为流化床煤调湿热源时，不利于煤水分的蒸发。昆明制气厂的焦炉用 COG加热，其废气对入炉煤水分去除能力低（约 2.5个百分点水分）。而钢铁企业焦炉用高炉煤气加热，其废气含水份低，有利于水分蒸发，去除煤水分能力高（ 4.5个百分点水分）。 气体组成 （体积百分比 ％）CO CO2 H2 CH4 N2 H2O O2

焦炉煤气 5 ～ 7 2 ～3

55～60

25～30

2.5～3.5

0.6

高炉煤气 26.6 12 2.4 0.3 56.4 2.3

烧 COG废气（昆气）

5.4 71.0 17.3 6.25

烧 BFG废气（湘钢）

16.4 71.9 7.3 4.4

烧 BFG废气（宝钢）

22.1 70.5 ～3.3

4.1

至今，日本投产了 4 套以焦炉烟道废气为热源、采

用流化床干燥机的煤调湿装置，见下表：

公司 焦化厂 焦炉组别 形式 能力 t/h×台 投产年月

新日铁大分 N0.3、 4 流化床 284×1 1992.9

名古屋 N0.1～ 4 流化床 460×1 1996.11

君津 N0.4、 5 流化床 270×1 1996.10

北海制铁 室籣 N0.5 流化床 120×1 1996.12

2007年济钢投产一套气流床煤调湿装置。该

装置位于备煤粉碎机前；具有风选功能，首先将小

于 3mm合格粒度的煤料风选出来（占总量的 30～

40％），减轻粉碎机负荷，节能；布袋除尘器滤出

的煤粉（占总量的 3 ～ 5 ％），压成型煤，入炉炼

焦。

2009年昆明制气采用济钢技术，投产一套气

流床煤调湿装置，为捣固焦炉配套。

4.1.1 济钢气流床煤调湿

细粒煤

型煤

细煤

尘

粗粒煤

未粉碎配合煤

调湿分级装置

粉碎机

焦炉煤塔

陶瓷多管除尘器

布袋除尘器

煤尘成型机

引风机 放散烟囱

济钢气流床煤调湿分级装置

焦炉烟道气

采用对流传热比传导、辐射传热系数高几十至几百倍，使低品位焦化烟气余热的利用成为可能，其节能，减少废水，提高焦炭质量。

济钢气流调湿分级装

置

顶层：除尘装置

三层：湿煤进入

二层：煤料干燥

底层：干煤排出

2009年昆明制气采用济钢技术，投产一套气流床煤调湿装置，为 2 座 4.3米年产焦炭 70万吨的捣固焦炉配套。利用 2 座 4.3米年产焦炭 60万吨的顶装焦炉产生的 2×47000～ 50000m3/h焦炉烟道废气量为热源。最大处理能力 180t/h湿煤，平时 160～

170t/h湿煤。

调湿后配煤水份降低 2.2个％；全年利用焦炉烟道废气余热量折 6833t标煤；减少回炉煤气用量1474×104m3，节能 4937t标准煤； CO2减排 8750t；

减少焦化废水处理量 2 万吨；焦炉生产能力提高 5 ％。

昆明制气厂气流床煤调湿分级装

置

4.1.2 马钢煤调湿装置（日本室兰流程） 马钢 5 号、 6 号 2×50孔 6 米焦炉（年产焦炭100万吨）配套建设煤调湿装置，采用流化床干燥器，处理能力 167吨 /h（干煤）或 186吨 /h湿煤 ,

占地 12785平方米，是日本新能源及产业技术开发组织政府机构（ NEDO）与国家发改委共同选定的节能环保示范项目。其中， NEDO无偿提供 12.2亿日元（约合人民币 8600万元）的煤调湿技术和主要设备，马钢投入配套设施 5400万元人民币，即总投资 1.4

亿元人民币。 已于 2011年投产。

焦炉烟道废气

粉碎后湿煤

流化床干燥机

布袋除尘器

焦炉煤

塔

引风机

烟囱

日本室兰煤调湿流程示意图

4.1.3 炼焦配合煤梯级筛分煤调湿技术

无锡亿恩科技股份有限公司与上海理工大学研发出“炼焦配合煤梯级筛分煤调湿技术”。

其主要组成是： 焦炉烟道气废热回收装置 炼焦配合煤分级装置 带有内置加热模块的调湿装置 选粉装置 粉煤成型装置 配套的粉碎装置和煤料输送系统等组成

。

梯级筛分煤调湿技术

• 焦炉烟道气废热回收装置：将 200～ 250℃焦炉烟道废气抽出，在废热锅炉内与低温水进行间接热交换，得到～150℃高温热水送至带有内置加热模块的流化床调湿装置，作为煤料调湿的热源。换热后～ 85℃的低温水再回到焦炉烟道气废热回收装置循环利用。换热后～ 105℃的低温烟气通过现有烟囱放散。

• 炼焦配合煤分级装置：采用常温空气作为流化介质的低速流化床技术对炼焦配合煤进行分级。其中＞ 4mm粒级煤料送至粉碎机室，粉碎后煤料送选粉装置进行选粉；≤ 4mm

粒级煤料送至流化床调湿装置进行调湿处理。

• 带有内置加热模块的流化床调湿装置：在常温空气作为流化介质的流化床内设置多个加热模块与分级装置筛分出来的≤ 4mm粒级煤料进行间接热交换，煤料经适度干燥去除 4 ～ 6 个百分点的水分后排出设备，加热模块的热源是焦炉烟道气废热回收装置产生的高温热水。

• 选粉装置：采用常温空气作为流化介质的流化床对＞ 4mm粒级经粉碎处理后的煤料进行选粉，将 200μm 以下的煤料选出送至粉煤成型装置；其它的煤料与流化床调湿装置调湿处理后的煤料经混合后送煤塔供焦炉炼焦生产。

• 粉煤成型装置：各流化床产生煤粉与选出的≤ 200μm 煤料一起，采用无粘结剂或有粘结剂成型技术进行压块，确保细粉煤在装炉过程中不外溢；有效防止在炭化室顶部、上升管等快速炭化结石墨；增加入炉煤堆比重。

工艺流程特点：1. 烟道气与循环水间接换热，不管焦炉采用 COG还是 BFG加热

均不影响对焦炉烟道废气余热的回收；2.热源为高温热水，输送管径小，布置灵活方便；投资少；加

强保温可减少热损失，提高热利用率；3.设置分级装置，大粒煤不调湿直接去粉碎，节能；4.雨季来煤水分高时，可通过废热回收系统设置的蒸汽喷射装置提高热水温度，以保证调湿煤水分基本恒定；

5.调湿机内置热源采用高温热水，安全可靠；6.调节热水的流量、温度和各风室的风量等可使系统达到最佳流化状态。载热和载湿分开，调湿范围大，适用性广；

7.采用煤粉成型技术，减少粉尘外溢，降低结石墨，并增加入炉煤堆比重；

8.通过设置干煤返混系统，提高系统对来煤水分的适应性。

柳钢正在建设采用此工艺的煤调湿装置，其主要工艺参数：• 系统能力 400t/h；• 当配合煤水分≤ 14％时，筛分机处理能力为 400t/h；当煤水分 14～ 16％时，筛分机处理能力为 500t/h；

• 调湿机处理能力为 200t/h，由焦炉烟道气废热回收装置产生的～150℃高温热水与煤料间接换热，热水温度降至～ 85℃循环利用，同时煤料温度升至～ 85℃、排出气体温度≥ 90℃；

• 选粉装置处理能力为 300t/h；• 焦炉烟道内～ 200℃热烟气由风机全部抽出，经过废热回收装置间接换热，温度降至～ 105℃后送回烟囱排放；

• 闭路循环的除盐水吸收烟气热量温度升至 150℃，送至内置热煤调湿装置与炼焦煤进行间接热交换，将煤料水分降低，换热后水温降至 85℃，再返回至废热回收装置循环使用。

• 当煤料水分较高超过设计值时，通过蒸汽喷射装置将换热后的水温提高至～ 170℃保证调湿煤水分基本恒定，满足生产要求。

该项目于 2012年启动设计， 2013年初施工，预计年底投产。

4.1.4 昆钢师宗滚筒型煤调湿

昆钢师宗焦化厂配合 5.5m捣固焦炉生产操作，采用 Φ 5m× 20m节能型滚筒干燥机的煤调湿装置在运行，该装置以焦炉烟道废气作为主要热源，雨季通过预热式旋风燃气炉燃烧焦炉煤气补充供热，入料煤水分可由约 15%

降低至 10± 1%，并基本恒定。使捣固焦炉的垮饼率大大降低（垮煤率 = 垮煤量 / 耗煤量 × % ），由调湿前的12.61%，降低至 1.22%。每年减少焦化污水 86266吨，节能 13995吨标准煤。

滚筒干燥机煤调湿装置

昆钢师宗滚筒型煤调湿

昆钢师宗滚筒型煤调湿

昆钢师宗滚筒型煤调湿

4.1.5 全沸腾流化床系列调湿机 中冶焦耐工程技术有限公司与长沙通发高新技术开发有

限公司联合开发，以焦炉烟道气为热源，适合多种情况的全沸腾流化床系列煤调湿机。

沸腾流化床系列煤调湿机

种类 性能 煤料移动 位置全沸腾旋流流化床 1

型风选 + 调湿

煤料呈全沸腾并螺旋式前进的流化状态 粉碎机前

全沸腾旋流流化床 2型 调湿 煤料呈全沸腾并螺旋

式前进的流化状态 粉碎机后

全沸腾风选调湿机 水分为 10%～ 13%煤料送往由两个床组成的沸腾流

化床风选调湿机，从分布板进入的热风直接与煤料接触，对煤料进行适度干燥及风选，控制煤料水分降至 10 %并分为＞ 3mm和≤ 3mm二级，分别通过螺旋输送机排出。～ 70℃废气进入袋式除尘器进行煤尘捕集，回收占总含量 3 ～ 6%的煤尘与焦油渣混合，压型或混成不粘状排入≤ 3mm粒级的煤料中。＞ 3mm级粗粒煤入粉碎机，粉碎后煤料与≤ 3mm级粉煤混合送往焦炉煤塔。

温度为 180～ 230℃焦炉烟道废气经风机抽吸送往沸腾流化床风选调湿机，与湿煤直接换热后的废气入袋式除尘器过滤后外排。

邯钢焦化厂 4×42孔 7 米焦炉，年产焦炭 220万吨，正在建设采用此种工艺技术的 2×195吨 /h煤调湿装置 ,计划 2013年投产。

4.1.6 振动流化床煤炭风力分离及调湿技术 中冶焦耐开发的振动流化床煤炭风力分离及调湿系统是由振动流化床煤炭风力分离调湿机、细粒分离器、细粒回收装置、一次送风机、排烟风机、定量给料装置和原料煤缓冲仓等组成，如下图所示：

其工作原理是：煤炭通过布料装置被连续抛洒到振动流化床风力分离调湿机的床面上，热烟道气分二次进入调湿机：一次风用于流化原料煤，同时对粗颗粒煤料进行调湿；二次风用于细颗粒煤料的调湿。调湿煤则从不同渠道分离并流出：未被流化的粗颗粒煤料在振动力的作用下，从调湿机出口流出；中、细颗粒煤料则随气流流出，进入细粒分离器后，中颗粒煤料被分离收集，细颗粒煤料则被细粒回收装置收集。不同粒径的煤料在调湿机中处于不同的调湿状态。

鞍钢鲅鱼圈 4×52孔 7 米焦炉 , 年产焦炭 255万吨，正在建设采用此种工艺技术的 2×230t/h煤调湿装置，预计 2012年初投产。

项目 位置 干燥机 煤料移动水分降低

（％）技术来源

投产时间 备注

济钢 粉碎机前

气流床调湿分级一体化 移动刮板推动 3 个 济钢设

计院 2007风选调湿型煤 ( 焦

产能 170t/a)300t/h

昆钢制气厂

粉碎机前

气流床调湿分级一体化 移动刮板推动

2 ～2.5个（ 9％）

济钢设计院 2009

风选调湿型煤 ( 焦产能 70t/a)150t/h

马钢 粉碎机后

立式固定板沸腾流化床

高速斜向气流推动

2.5个（ 8％）

日本引进

201107

调湿型煤 ( 焦产能100t/a)167t/h

唐钢 粉碎机后

移动热风分布板式流化床

移动底板（刮板不动）

2 ～ 4个（ 9％）

北京国能中天 2012

( 焦炭产能 144万吨 /a) 350t/h

云南煤业师宗

粉碎机后

φ 5m× 20m转筒式 转筒倾斜转动 2 ～ 4

个湖北黄石节能

201108

燃气炉补热焦炭产能 100万

t/a

曲靖大为制气

粉碎机后 转筒式 转筒倾斜转动 2 ～ 4

个湖北黄石节能

201211

燃气炉补热、两套焦炭产能 270万

t/a

云南泸西大为

粉碎机后 转筒式 转筒倾斜转动 2 ～ 4

个湖北黄石节能

201305

燃气炉补热焦炭产能 120万

t/a

邯钢 粉碎机后 全沸腾床分级 全沸腾螺旋式

流化 4.5个 中冶焦耐

在建201310

( 焦炭产能 220万吨 /a)

2× 190t/h

柳钢 粉碎机前

内置加热流化床 流化推动

可降至7 ～ 8％

无锡亿恩科技

在建2014

风选、调湿、型煤2× 200t/h

鞍钢鲅鱼圈

粉碎机后 振动流化床 振动力推动 最大

4.5个中冶焦耐 缓建

( 焦炭产能 255万吨 /a)

2× 230t/h

我国以焦炉烟道气为热源煤调湿装置

目前绝大多数焦化厂都是将焦炉烟道废气从高耸的焦炉烟囱中放散至大气中，余热被白白浪费。极少数焦化厂将其用于干燥入炉煤，日本和我国已有近十套以焦炉烟道气为热源的煤调湿装置投入运行或正在建设中。

最近，天津华能能源设备有限公司已开发出另一种设备简单成熟、占地少、投资省、效果显著的炉烟道气余热回收利用的方法——用热管锅炉回收焦炉烟道废气余热、生产蒸汽的工艺技术，并成功用于唐山东方焦化公司、唐山达丰焦化公司、山西太化股份焦化厂、江西景德镇焦化集团和同世达煤化工集团有限公司等取得了可观的经济效益和社会效益。

4.2 回收焦炉烟道气余热生产蒸汽

工艺流程 ：

在焦炉主烟道翻板阀前开孔，将主烟道热烟

气引出，经调节型蝶阀入余热回收系统（热管锅

炉），换热降温后约 150℃的烟气通过风机抽送

，再经开关型蝶阀排入主烟道翻板阀后的地下主

烟道，最后经焦炉烟囱排入大气。

热管锅炉回收烟道气余热流程示意图

余热回收系统由软化水处理装置、除氧器、水箱、除氧给水泵、锅炉给水泵、中温热管蒸气发生器、软水预热器、低温热管蒸气发生器、汽包、上升管、下降管、外连管路和控制仪表、锅炉引风机等组成，并且互相独立。其核心技术是采用宇航高科技产品——热管技术，回收烟气中的显热，将软化水加热成水蒸气，用于生产或生活。

改造后的焦炉烟道气系统压力通过烟气管道上的调节阀或风机变频实现，不影响焦炉的正常生产操作。

应用效果分析本工艺技术的应用效果是：• 吨焦可生产 0.8MPa饱和蒸汽 0.090吨～ 0.100吨；• 生产的蒸汽量相当于焦化厂蒸汽需求量的 1/4以上，既可用于炼焦正常生产，也可用于制冷；

• 吨焦工序能耗至少可降低 8kg标准煤（初步估算）；• 2012年我国生产焦炭 44323万吨，若有 2 亿吨焦炭采用此项技术，按吨焦节能 8kg标准煤计算，则全年节能： 2 亿吨 ×8kgce/吨＝ 16亿 kgce = 160万吨标准煤；

• 按节省 1 吨标准煤可减排 CO2 2.5吨、减排 SO2

0.0165吨计，则若有 2 亿吨焦炭 / 年采用此项技术，全年减排 CO2 400万吨、减排 SO2 2.64万吨。

应用实例

河北某公司焦炭产能 110万吨 / 年和 70万吨 / 年的

捣固焦炉，用自产的焦炉煤气加热，于 2009年采用热管

锅炉回收焦炉烟道气余热，其烟气温度 300℃，生产压力

0.8MPa的饱和蒸汽 12T/h（相当于 0.096t/t焦）和

8T/h（相当于 0.100 t/t焦）。按目前蒸汽市场价格

150元 / 吨计，全年回收蒸汽所得效益分别为 1576.8万

元和 1051.2万元，半年多即可收回全部投资。至今已运

行 2 年多，焦炉生产一直稳定，节能效果显著。

山西太原某公司焦化厂现有 4.3米捣固焦炉两座，年生产能力 90万吨焦炭，烟气排放量约 14万 Nm3/h，烟气温度约 280℃。 2010年 10月，决定采用热管锅炉回收焦炉道气余热，生产过热蒸汽，替代煤气锅炉。 2011年 4 月 28日，该项目完成施工和设备安装，提前竣工投产。预计每年利用焦炉烟气余热副产 0.8MPa过热蒸汽 6.9万吨（焦炉烟道气未全部通过热管锅炉，所以蒸汽量偏少）。节省锅炉加热用焦炉煤气 1100万立方米，吨焦综合能耗降低 10千克标准煤。同时CO2、 SO2、 NO2排放量明显减少，达到了减少废气排放、改善大气环境、降低能源消耗和提高经济效益的目的。

鞍山绿冶公司将其在钢铁企业余热回收利用的经验，

移植到焦炉烟道气余热回收生产蒸汽工艺上。在余热锅炉的过热器和蒸发器里，烟气温度和饱和水温度都在 160

℃以上，不存在露点腐蚀问题，所以鞍山绿冶公司将过热器和蒸发器设计成翅片管结构，维持较高的换热效率。而预热器烟气温度在 140℃-160℃、水入口温度为 20℃，或在同一换热面进行换热，易发生露点腐蚀，所以预热器设计成热管结构。最终采用翅片管和热管相结合的翅片管 - 热管式余热锅炉，结构见下图：

翅片管式蒸发器 翅片管式蒸发器 热管式预热器

汽包

烟气出口烟气入口

饱和蒸汽出口

来自除氧器除氧水

炼焦煤带入水

焦化的污水构成

粗苯分离水

精苯分离水

焦油加工分离水

煤气水封水

蒸气冷凝水

剩余氨水 其他废水混合80% 以上

化工过程含酚废水

4.3 以烟道气为热源的负压蒸氨

蒸氨工艺的比较

蒸氨工艺

直接蒸氨

间接蒸氨

蒸汽加热

导热油加热

煤气管式炉加热

· 设备易腐蚀· 蒸汽蒸氨产生污水· 蒸氨效率低、能耗高、环境污染

直接蒸氨工艺图

直接蒸汽 蒸氨废水 剩余氨水 成品氨水

蒸氨塔

废水槽

成品氨水槽

剩余氨水槽

氨水冷却器

废水泵 废水剩余氨水换热器

废水送出

成品氨水送出

直接蒸汽

原工艺有以下急需改进的地

方

三种间接蒸氨工艺的比较 蒸汽加热废水间接蒸氨工艺

导热油加热废水间接蒸氨工艺

煤气管式炉加热废水间接蒸氨工艺

以烟道气为热源负压蒸氨

以焦炉烟道气为热源的负压蒸氨，是利用

焦炉烟道废气余热通过热管换热器为蒸氨提供热源，

在负压条件下蒸氨，其充分利用焦炉烟道气废热，节

能效果好，温度低、耗能少、效率高、生产系统密闭

、环保效果好，降低生产成本，经济效益、环保效益

、社会效益显著。

（山东济南冶金焦化设备制造厂）

工艺流程：剩余氨水经气浮除油机、陶瓷管过滤器两级除油过滤后，通过贫富液换热器（预热器），与热蒸氨废水换热，在管道混合器与碱液混合，然后从蒸氨塔中部加入。

蒸氨塔底部分热废水进入烟气热管换热器循环加热后返回蒸氨塔釜；另外部分废水在塔底用釜底泵抽出，进入预热器（贫富液换热器）加热进料的剩余氨水，废水冷却后送至废水生化系统。

蒸氨塔顶氨汽进入分缩器冷却，调节回流和氨气浓度，氨气最终在全凝器中冷凝为氨水流入回流罐，最后送入氨水大罐，脱硫使用。

蒸氨热源采用烟道气余热在热管换热器中实现。

来自废水原料罐

冷却循环水系统

去生化

负压蒸氨

预热器

来自废水原料罐

去生化

烟道气负压蒸氨工艺流程

去氨水罐

预热器E101

蒸氨塔T101

分缩器C101

焦炉烟囱 烟气热管换热器H101

全凝器C102

回流罐 V101

循环泵P101

废水泵P102

混合器M101

除油机G101

过滤器G102

工艺特点1 ）蒸氨塔在负压状态下操作，节能，环保； 2 ）蒸氨塔采用斜孔塔板，效率高、压降小、抗堵塞：3 ）焦炉烟道气加热蒸氨废水是在热管换热器内进行，其特点是：

• 导热效率高 热管为导热原件，热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高导热能力，比同体积铜棒导热率高几百倍；

• 安全可靠性高 热管换热器中隔板使冷热流体完全分开，运行中即使单根热管因磨损、腐蚀、超温等原因发生泄露，也不会发生冷热流体的混杂；

• 经济性好 容易实现冷、热流体的完全逆流换热，获得较大的对数温差，烟气侧采用螺旋肋片强化传热；

• 热管换热器体积小，占地少。

经济效益分析（按 80万吨 / 年焦， 26t/h含氨废水计：1 ）传统蒸氨以水蒸汽为蒸氨载热体，剩余氨水耗蒸气

200kg/t，蒸气价格 180元 /t，蒸氨蒸汽成本 :

26×24×180×0.2×365=820万元∕年2 ）蒸汽蒸氨增加废水生化处理费： 26×24×0.2×17×365=77万元∕年3 ）焦炉烟道气风机耗电： 160×0.6×24×365=84万元∕年4 ）烟道气余热利用负压蒸氨工艺技术，年经济效益： 820 + 77 – 84 = 813万元∕年 具有良好的经济效益、环保效益和社会效益。

中冶焦耐工程技术有限公司 郑文华

5. 荒煤气热量的回收利用

5.1 研发荒煤气带出热的回收利用

从炭化室经上升管逸出的 650℃～ 700℃荒煤气

带出热占焦炉总热量 36％。为了冷却高温的荒煤气必

须喷洒大量 70℃～ 75℃循环氨水，高温荒煤气因循环

氨水的大量蒸发而被冷却至 82℃～ 85℃，再经初冷器

冷却至 22℃～ 35℃，荒煤气带出热被白白浪费。

喷洒氨水

650～ 700℃

82～ 85℃

22～ 35℃

初步冷却器

冷却水

传统的焦炉煤气冷却工艺

荒煤气中焦油的结焦问题严重阻碍着荒煤气的余热利用。防止荒煤气焦油结焦措施：

• 提高上升管内壁温度。针对上升管不同内壁温度可选用不同导热系数的金属耐高温材料。即低温壁面处选用导热系数较小的材料，减少导热，提高壁温。高温壁面处选用导热系数较大的材料，加强导热，降低壁温。同时，布置合理的上升管换热面，严格控制荒煤气冷却温度。

• 对上升管采取保温措施。以提高上升管内壁温度，同时也有利于改善焦炉炉顶的操作环境。

• 上升管内设焦油导流装置。将冷凝的焦油直接引导流淌到炉顶空间的煤料或焦饼上烧掉，避免其流淌至上升管根部而重新汽化、固化堆积；

• 保证上升管内壁光滑。结焦沉积物的生长要有附着位置，凹凸不平的上升管根部粘土砖表面是结焦物生长的绝佳位置。可以采用在其表面涂硅酸钠或釉等材料，形成玻璃状覆膜来保证壁面光滑。

• 改变换热工质的流量。煤在炭化室内成焦后期或延迟推焦时，荒煤气生成量少，温度降低，会析出大量焦油。因此，可以配置必要的仪表及自动监控系统，对不同时期的荒煤气流量和温度加以监测，及时调控工质流量，严格控制荒煤气冷却温度。

济钢和济南冶金设备厂合作用 5 个上升管做导热油

夹套管回收热量的试验。即将上升管做成夹套管，导热

油通过夹套管与荒煤气间接换热，被加热的高温导热油

可以去蒸氨、去煤焦油蒸馏、去干燥入炉煤等。

基本成功，但因出现漏油事故而停止。

5.2 用导热油回收荒煤气余热

上升管

焦 炉

导热油储

槽

膨胀

槽

气液分离

器

蒸氨预热器蒸氨再沸器硫铵预热器硫铵干燥器

热导热

油

冷导热油

液相冷导热油

气相

济钢用导热油回收荒煤气带出热示意图

2007年 12月 , 宝钢梅山公司与南京圣诺热管公司合作，在其 3 号焦炉（炭化室高 4.3米） 1# 炭化室上进行了 14天回收上升管荒煤气余热的小型工业试验。 回收装置由热管的蒸发段、冷凝段及汽水分离装置、蓄水缓冲装置、后续冷凝降温装置等组成。 主体设备为热管蒸发段，利用原焦炉上升管外壳体，将上升管内部耐火砖打掉，把分离式热管的受热端（蒸发端）管束紧贴着上升管壳体内壁布置，将分离式热管的放热端（冷凝端）管束浸入汽包液面以下，通过外联上升、下降管路实现受热端（蒸发端）与放热端（冷凝端）间的热量循环传输。

5.3 用热管回收荒煤气余热

来自炭化室的 650～ 750℃荒煤气由下部进入上升管，将热量传给布置在上升管壳体内壁的分离式热管的受热端管束，温度降至 500℃左右离开上升管，经氨水喷淋冷却后进集气管。热管的受热端管束吸收热量后，管内工质蒸发成蒸汽上升至管束的上联箱处汇集，然后一起通过汽水上升管送入布置在汽包内的分离式热管的放热端，将汽包内的水加热并产生水蒸汽。管束内的工质蒸汽冷凝成液体，然后通过下降管送回至受热端管束的下联箱后分配给各个热管继续蒸发。如此往复循环进行，完成热量由受热端到放热端的输送，从而回收荒煤气显热，并产生蒸汽外送。

分离式热管荒煤气余热回收示意图

500℃去桥管、集气管

750℃

试验结果是： 1 ）荒煤气进上升管为 750℃，出上升管温度为 500℃； 2 ）每个上升管可产 1.6MPa蒸汽 66kg／ h ； 3 ）换热管表面出现焦油冷凝和结焦现象，结石墨速度 较快，工人于结焦中期开始就得清扫上升管内的石 墨和焦油； 4 ）预计全炉可回收 1.6MPa蒸汽 3.5万余吨， 18个月即可

回收设备投资。 因种种原因，未继续试验，也未应用推广。

济钢和中冶焦耐合作研发用余热锅炉回收荒煤气热量，在济钢 5#4.3米焦炉靠近炉端台处选 5 个上升管作试验。在上升管水封盖增设三通导出管，将 750℃热荒煤气导出，经管道送入设置在焦炉附近的余热锅炉进行换热。换热后的荒煤气再经氨水喷洒送回集气管。试验选用低压余热锅炉生产3.82Mpa、 450℃过热蒸汽。在余热锅炉前设置陶瓷多管除尘器，以使荒煤气在高温段不析出焦油，并有利于焦油等化产品的质量。现在已扩大至 13个上升管继续进行试验。

5.4 用余热锅炉回收荒煤气热量

锅炉给水

上升管

焦

炉

xMPa

锅 炉

750℃荒煤气

用余热锅炉回收荒煤气热量

荒煤气去净化车间

300～ 500℃

陶瓷多管

除尘器

汽包

过热器余热锅

炉

煤气冷却器

除灰

荒煤气去净化车间

风机

焦油泵

高温荒煤

气 蒸汽去外

网

焦油 氨水

耐高温蝶阀

焦炉

中间工业试验示意图

锅炉给水

氨水喷洒

集气管

焦

炉

5.5 用半导体温差发电回收荒煤气热量

荒煤气去净化车间

发电模块

温差发电机

上升管

发电 500w/根管冷水

98℃热水 400kg/h根管

2009年 11月中冶焦耐工程技术有限公司、无锡焦化有限公司和无锡明惠通科技有限公司协商决定在无锡焦化 JN43-80型 42孔焦炉上，做焦炉上升管余热回收半导体温差发电试验。

取消传统上升管内衬砖，在上升管外壁安装半导 体温差发电模块。当高温荒煤气通过上升管时，热量 通过上升管筒体传递到半导体温差发电模块的热面， 形成温度为 320℃左右的热场；散热器通过冷却水的 冷却使半导体温差发电模块的冷面温度稳定在 70℃左 右；这样在半导体温差发电模块的冷热面间形成约250 ℃的温差，在塞贝尔效应（也称热电效应）的作用下，半导体发电模块的两端产生直流电压，输出电能，使热能直接转变成电能，实现能量的全固态转换。

依据试验的计算结果：单根上升管回收的热能可发电 500w，同时可提供 98℃的热水 400kg/h。

依据 4.3m焦炉上进行的单上升管工业实验， 2010

年，在江苏靖江焦化厂 1×60孔 6m焦炉上进行了全炉 60

孔上升管工业试验。

2011年初，靖江焦化厂6 米焦炉投产后，因半导体

温差发电系统的冷却器出现问题，试验受挫，现已全部拆

掉。

5.6 用水套管回收荒煤气余热

武汉平煤武钢联合焦化有限责任公司承担“炼焦荒煤气显热利用关键技术创新及产业化示范工程”科研课题。

首先在一个上升管进行用水套管回收上升管余热的试验。研发出低热应力的换热结构、高导热耐腐蚀的上升管内衬材料及高效导热介质材料。试验数据表明，单个上升管可回收 0.6KPa、 161℃的蒸汽 158kg/h，后续将采用两级低压蒸汽螺杆膨胀 机发电，实现回收热量的最大化。

中试获得成功后，在武钢 8 号焦炉 55个上升管进行工业化试验，其荒煤气余热回收效率达到 32％，吨焦可降低炼焦工序能耗 10kg标煤。 2012年 2 月，蒸汽并网运行。以武钢蒸汽结算价计算，每年可创直接经济效益 560万元。后工序还能减少氨水循环量、冷却用循环水、循环水系统电耗及补充水消耗。每组焦炉每年可减少二氧化碳排放 2.8万吨，节能减排效果显著。

但是在运行 8 个月后，因种种原因出现变形问题，为此，现改在 5 个上升管上继续进行改进试验，至 2013年 9月已稳定运行 7 ～ 8 个月，前景看好。（并有意识地在 2个管上进行破坏性试验）

焦

炉

过去用水套管回收荒煤气热量

荒煤气去净化车间

上升管

冷水

蒸汽汽包

水夹套式上升管

缺点：按锅炉管理，每年检修一次； 水易漏入炭化室。

焦

炉

用特殊结构水套管回收荒煤气热量

荒煤气去净化车间

上升管

冷水

蒸汽汽包

水套管

金属导热体

特点：可防止水漏入炭化室； 争取每个上升管系统五年一更换； 多个上升管系统共用一个汽包。

5.7 用氮气回收焦炉荒煤气余热

江苏亿恩科技公司正在开发用氮气回收荒煤气余热技术，其特点是：

1.使用惰性气体——氮气作为媒介：避免泄露带来安全隐患；洁净烟气，无磨损和腐蚀。

2. 采用夹套式：适宜的壁温避免结焦；合适的材料确保长期稳定运行。

3. 结构紧凑：利用原有上升管空间，布置紧凑，灵活。

4. 余热锅炉：采用强化传热，高效率地吸收氮气热。

荒煤气

惰性气体

惰性气体

荒煤气

亿恩科技上升管结构图

亿恩科技在昆钢做的试验装置

昆钢试验典型数据

上升管

上升管

上升管

上升管

蒸发器 省煤器

软水箱

软水

过热蒸汽

高温氮气

低温氮气

荒煤气余热回收系统图

过热器

风机

泵

直接经济效益： 以 2×55孔 110 万吨 6 米焦炉为例： 每孔产汽： 0.9MPa， 200℃ 过热蒸汽 65kg/h

年收益＝ 100×（ 65/1000） ×110×24×365=6263400 元 ＝ 626.34 万元 注：扣除水、电和人工等成本，蒸汽按 100元 /t 计算简接经济效益： 荒煤气由 800℃ 降到 550℃ ，少喷氨水 35%

年省：标煤 6000 吨， CO2 减排 15720 吨， SO2 减排 51

吨，

产生效益分析

NOx 减排 44.4 吨

产生效益分析

产汽效益 除氧器用汽费用 电费 水费 人工费 年效益3# 、 4# 焦 炉余 热 锅炉

120× 8× 24× 365/10000 ＝840.96

120× 1× 24× 365/10000 ＝105.12

0.6× 250× 24× 365/10000 ＝131.4

5× 8.4× 24× 365/10000 =36.792

21 840.96 － 131.4-36.792-21 ＝651.768

1# 、 2# 焦 炉余 热 锅炉

120× 10× 24× 365/10000 ＝1051.2

120× 1.3× 24× 365/10000＝ 136.656

0.6× 400× 24× 365/10000 ＝210.24

5× 10.5× 24× 365/10000 =45.99

21 1051.2-210.24-45.99-21 ＝ 773.97

直接经济效益：单位（万元）

年收益： 1425.738万元；如不自带除氧，需另增加用汽费用241.776万元。

简接经济效益：年省标煤 15768吨， CO2减排 41312吨， SO2减排134吨， NOx减排 116吨。

5.8 用荒煤气带出热对 COG进行高温热裂解或重整

上世纪 90年代，德国人提出生产两种产品——焦

炭和还原性气体的焦化厂。即高温荒煤气从炭化室逸

出后不冷却，直接进入热裂解炉，将 COG中煤焦油、

粗苯、氨、萘等有机物热裂解成以 CO和 H2 为主要成

分的合成气体，然后去合成氨或合成甲醇或生产二甲

醚、也可以直接还原制海绵铁。

焦 炉

合成气

高温热裂解

炉

合成氨合成甲醇生产二甲醚生产还原铁

650～ 700℃

荒煤气高温热裂解生产合成气

日本人直接把焦炉上升管和集气管改造成 COG重整装置，利用 COG自身显热（ 650℃～ 700℃）和夹带的水份，直接鼓入纯氧 , 发生高温裂解和转化反应，

重整生成合成气。 其优点是：节能；可大幅度提高 H2 、 CO成份和调整 H2与 CO的比例；不产生焦油等副产品，可大大降低生产用水量和污水排放。

其不足是：不回收 COG里的焦油、粗苯等副产品，等于失去许多宝贵的难以替代的化学物质；焦炉每个炭化室至少有一个上升管，而且管内荒煤气量波动，压力很低，把它们逐一或分组改造成在高温下工作的重整炉，无论从技术上还是从经济上实施起来都有一定难度。

日本煤炭能源中心（简称 JCOAL）在焦炉旁安

装一个 COG重整装置，在 1200～ 1250℃高温下

对 COG进行重整，生成合成气。目前已在日本三井

矿山焦化厂的焦炉间台进行一孔炭化室无催化转化

技术实验。正在建设三孔炭化室试验装置。

无催化焦炉煤气转化技术概要

1 孔小试装置的设置位置

1 孔小试装置的流程图

1 孔小试装置的外观

1 孔小试装置的外观

无催化高温 COG转化技术的经济性评价

研究结果：

5.9 荒煤气带出热用于加热和制冷 将焦化厂初冷器第一段 65℃高温冷却水用于采暖，已经普遍应用，高温冷却水热量实际就是荒煤气带出热的一部分。

最近，中冶焦耐在设计焦炉煤气真空碳酸钾法脱硫时，将再生塔底部分脱硫贫液抽出，送至初冷器上段与荒煤气间接换热。换热后脱硫贫液通过再生塔底部闪蒸装置，产生蒸汽，作为脱硫液再生热源，节能效果显著。对于一个年产 200万吨焦炭焦化厂，年节约低压蒸汽 26万吨，相当于回收利用了25%荒煤气带出热。此技术已在焦化工程中推广。

来自脱硫再生塔底的部分脱硫贫液

蒸汽汽

脱硫液再生热源

22℃焦炉煤气去电扑焦油器

来自焦炉荒煤气

初

冷

器

闪蒸

一段

二 段

三

段

荒煤气带出热用于再生脱硫液

加热后脱硫贫液

最近，我国江苏双良集团开发出一种热水制冷机，可利用初冷器第一段 65℃高温冷却水制取 16℃

的低温水，就近用于焦化厂初冷器第三段的低温冷却。以年产 120万吨焦炭焦化厂为例，如果取初冷器第一段高温冷却水温度为 68 /58 ,℃ ℃ 则可取出 750t/h

热水，可以实现 320万 kcal/h的制冷量。虽然热水制冷的成本大约是常规蒸汽制冷的一倍，但其投资回收期基本上在 2.5年以内。

焦化厂初冷器第一段高温冷却水，冬天用于采暖，夏天用于制冷，使荒煤气带出热得到较好利用。

22℃焦炉煤气去电扑焦油器

来自焦炉 80～ 82℃荒煤气

初

冷

器

一段

二 段

三 段

58℃循环冷却水

68℃循环冷却水热水制冷

机

16℃制冷水

23℃冷却水

荒煤气带出热用于制冷

5.10 以荒煤气余热为热源的高效负压蒸氨工艺

为充分利用吸煤气管道或者初冷器顶 74-82℃的荒煤气余热，有人提出用循环热介质（循环氨水、采暖水等）吸收荒煤气余热后，温度控制在 60-78℃。为保证此热介质的热量能在蒸氨工艺中有效利用，将蒸氨塔操作压力用真空泵或者喷射器抽吸至 15-35KPa（绝压）下，操作温度控制在 55-70℃，将蒸氨塔塔底蒸氨废水与吸收了荒煤气余热的热介质在再沸器中换热后作为蒸氨热源。

蒸氨塔 1 、再沸器 2 、废水冷却器 3 、分缩器 4 、氨冷凝冷却器 5 、分离器

6 、真空泵或者喷射器 7 、蒸氨废水泵 8 和废水循环泵 9 。

陕西龙门煤化工有限责任公司有 8× 65孔 5.5m捣固焦炉，年焦炭产能 600万吨/ 年。为充分利用初冷器一段循环热水的废热，正在建设用热水制冷中央空调（舒适性空调）实现厂区内生产生活室内温度调节。

厂内不间断热水源

1 、初冷一段 80℃循环水 5000t/h，压力 5kg/cm2。

2 、 72.5℃循环氨水（对铜有腐蚀） 8000t/h，压力

5kg/cm2。

5.11 初冷器循环水制冷中央空调

热水的余热利用 从初冷水泵来的 5000 t/h，温度为 45℃的初冷循环水送上初冷器一段（初冷器为三段冷却），与 30万 Nm3/h的 温度为 85℃煤气间接换热， 80℃出水的一部分（满足需要）通过 50m高的位能到达用户，再回到供水车间凉水塔，再进入循环泵。

中央空调只考虑夏天制7℃～ 14℃冷冻水。夏季以外关闭热水进水阀保持主管网热水循环，热水回到综合供水车间的管道不保温。

采用热水型吸收式制冷机组，与同功率的低压蒸汽型制冷机组相比，由于设备换热面积大而投资大，但其多出的投资部分只需运转3 年的节能费用就能相抵。

此项目正在建设中。

冷水泵

热水制冷中央空调

空调用户

初冷循环水泵

橫管初冷器

凉水塔

75 ℃5000t/h

45℃

自流

自流

陕西龙门焦化厂初冷循环水废热利用

6. 生产过程的点滴节能 积少成多6.1 煤气鼓风机系统的节能 通过应用风机运行能效优化技术，将风机从低效

区运行强制偏移到高效区运行，一般可实现 2%～ 8%的节能率。

某焦化厂鼓风机通过液偶进行风量风压调节；一期（焦炭产能 80万吨 / 年）鼓风机液耦长期 2300r/min 下工作；二期鼓风机液耦长期在 2100r/min下工作。鼓风机装有大循环，因风机长期通过调节液耦的方法来配合回流阀动作实现流量控制，故系统效率低、功耗大、电能浪费严重。

为此，进行改造：• 用智能变频优化技术替代液耦，提高风机利用效率；

• 利用 EAOC风机能效优化技术，在保证风机处在高效运行工况下，尽量开大入口阀门，减少流阻，降低能耗，并通过自适应调节实现节能的最大化；

• 采用系统能耗监控管理技术。

预计实施以上改造后，煤气系统年节能如下：

系统名称额定功率（ KW ）

运行数量

（台）

运行功率（ KW ）

运行时间

（ h ）节电率 节电量

( 万度 )

一期煤气风机 800 1 570 8000 20.7% 94.5

二期煤气风机 1120 1 721.4 8000 26.1% 150.6合计 245.1

6.2 循环水系统节能 采用 WECS技术对焦化厂冷却循环水系统中各项流 体参数（流量、压力、温度）、各阀门开度、供水泵 运行频率等，进行在线检测，按照流体力学与热交换 原理，根据循环水的供水温度，结合气象条件，分析 管网循环水系统能量输配与交换效率，采用先进控制 方法与智慧阀门技术，对系统中的水泵、阀门与管网、冷却终端等单元，进行系统运行优化控制，提高循环水系统能效，达到综合节能目标。

实施改造如下：• 泵阀一体化的智能变频技术• 循环水管网智能平衡高效输配技术

• 冷却塔运行能效优化技术

• 循环水系统能耗监控管理技术

实施 WECS技术后的节能效果：

系统名称额定功率（ KW ）

运行数量

（台）

运行功率（ KW ）

运行时间

（ h ）节电率

年 节 电量 ( 万度 )

一期循环水 560 2 519.8 8000 15% 124.4

二期循环水 450 3 388.2 800026.3%

247.5

合计 371.9

6.3 循环水凉水架风机节能技术

利用循环水余压驱动水轮机，取代传统电机作为风机动力，省去原来的电机，达到节能目的。

6.4 高效离心泵节能技术

用新的节能高效离心泵替代原有普通泵（制冷循环水泵、焦炉循环氨水泵等），节省功率最大可达 30％以上。

谢 谢