德國、日本、美國的焦化技術
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1、德國：頂裝焦和搗固焦技術領先 超大型頂裝焦爐煙道廢氣排放標準嚴格：
2003年3月份，德國投產(chǎn)的施韋爾格恩(Schwelgern)焦化廠是當今世界現(xiàn)代化程度最高的焦化廠之一，有兩座世界最高的頂裝焦爐。該廠全年消耗380萬噸煉焦煤，焦爐煤氣產(chǎn)量為16萬立方米/小時，經(jīng)凈化后進入蒂森克虜伯聯(lián)合鋼鐵廠的煤氣管網(wǎng)。兩座焦爐用混合煤氣加熱，混合煤氣的組成成分為：70%高爐煤氣(熱值約為3.2MJ/m3)、24%轉爐煤氣(熱值是8.5MJ/m3)、6%焦爐煤氣(熱值是16MJ/m3)。
該廠在使用混合煤氣加熱時，每座焦爐需要的氣體用量為831立方米/噸焦;而使用焦爐煤氣加熱時，每座焦爐需要213立方米/噸焦。其煤氣和空氣系統(tǒng)每20分鐘交換一次，交換過程大約需要4分鐘，這樣每座焦爐每小時中有48分鐘處于給混合煤氣加熱的狀態(tài)。在這種情況下，加熱系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)，使熱能消耗降至最低，熱量分布穩(wěn)定均勻。其中，該廠焦爐煙道廢氣排放標準低于德國國家標準。
同時，該廠在焦爐立火道底部設有斜道出口，1/3的燃燒用空氣由此處供給。為了降低溫度和拉長火焰長度，1/3的助燃空氣從爐墻附近2.5米處加入，剩余空氣從5.5米高處加入。這種多段燃燒方式使得煙囪內的含氧量低于2%。助燃空氣量的調節(jié)是應用廢氣交換開閉器中的調節(jié)翻板，依靠人工調節(jié)開度來完成的。
盡管該廠是世界上最現(xiàn)代化的焦化廠之一，有先進的自動化控制系統(tǒng)。但是，許多工作仍然要依靠手動進行操作，操作工人的經(jīng)驗對提高焦炭產(chǎn)量是非常重要的，有助于蒂森克虜伯鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的高爐擺脫對進口焦炭的依賴。
搗固焦爐焦化技術和環(huán)保措施領先
德國迪林根(Dillingen)ZKS的3號新焦爐炭化室高6.25米，是世界上炭化室最高的搗固焦爐，于2010年2月2日推出了第一爐焦炭。與原有1號、2號焦爐相比，3號新焦爐的爐體強度增加30%，SUGA值為12千帕。
2、德國Dillingen3號新焦爐采用了世界最先進的焦化技術和環(huán)保措施：
第一，復熱式技術。設置自動加熱控制系統(tǒng)，采用4種加熱方式：其一，1/3使用混合煤氣，2/3使用焦爐煤氣。其二，1/3使用焦爐煤氣，2/3使用混合煤氣。其三，全部焦爐使用混合煤氣。其四，全部焦爐使用焦爐煤氣。加熱方式的切換由可控邏輯控制器(PLC)完成。廢氣開閉器借助于兩個交換拉條完成加熱的交換：一個拉條用于進風門的選擇，另一個拉條用于廢氣瓣的交換。
第二，采用全仿真組裝程序VAP進行爐體設計。3號爐磚型設計是借助于VAP(全仿真組裝程序)完成的，實現(xiàn)了精準設計、對耐火材料用量的精確估計和砌筑計劃的優(yōu)化。VAP是一款可以進行3D模擬設計的軟件包，從小煙道到焦爐頂?shù)拿恳粔K磚都可以在程序中進行尺寸設計并擺放在合適位置。通過設計，可將磚層高度提高到140毫米，以減少燃燒室水平磚縫，避免串漏和減少CO有害氣體的排放。
第三，采用FAN系統(tǒng)對燃燒室進行精心設計。焦爐蓄熱室被分為4個部分：機側爐頭(1火道~4火道)、機側中間部分(5火道～18火道)、焦側爐頭(31火道~34火道)和焦側中間部分(19火道～30火道)。廢氣開閉器內設置了兩個調節(jié)板(上下各一個)，使操作者輕松地控制爐頭與中間部分空氣和混合煤氣的流量。爐頭火道的微調是通過標準化調節(jié)板來實現(xiàn)的，使爐頭加熱得以控制，減少損耗，節(jié)省能源。
第四，單孔炭化室壓力控制系統(tǒng)SOPRECO。在搗固焦爐裝煤過程中，煤餅是通過機側爐門裝入的，送煤餅過程中會產(chǎn)生大量煙塵，為減少煙塵排放，過去開發(fā)了許多治理方法，但效果均不理想。為此，該焦爐應用了SOPRECO閥門，這種特殊的控制閥位于水封閥與橋管之間。焦爐裝煤時，集氣管內為400帕的負壓，抽吸裝煤產(chǎn)生的大量煙塵而不外排;不裝煤干餾過程中，炭化室內壓力穩(wěn)定在正值，3號新焦爐中預設壓力為130帕;焦爐推焦時，借助于水封閥使焦爐炭化室與集氣管完全切斷。
3、日本：焦化技術創(chuàng)新瞄準高效、低碳 SCOPE21：高效與環(huán)保的探索：
SCOPE21"SuperCokeOvenforProductivityandEnvironmentEnhancementtowardthe21stCentury"的縮寫，其含義是"面向21世紀的高效與環(huán)保型超級焦爐"。針對當今煉焦工藝存在的許多問題(如煤資源的有效利用、環(huán)境保護等)，1994年日本鋼鐵聯(lián)盟與日本煤利用中心合作投入110億日元，開展了為期10年的SCOPE21新煉焦技術研究，以應對21世紀焦化工業(yè)面臨的各種問題。該項目的研究目標是：將煉焦利用劣質煤比例從20%提高到50%，焦爐生產(chǎn)效率提高3倍，使煉焦過程產(chǎn)生的NOx減少30%，實現(xiàn)無煙無塵密閉生產(chǎn)，節(jié)省能源20%。
該項目在2001年完成中試的基礎上，于2003年3月進行了一年單孔爐(50噸焦炭/天)半工業(yè)試驗，其煤處理量為6噸/小時，單孔爐尺寸為7.5米×8米×0.45米。該項目共試驗440爐，取得了階段性成果：平均焦炭強度比通常值提高2.5，在非黏結煤配比為50%時，操作可正常進行;在裝入煤溫度為330℃、爐溫為1250℃時，結焦時間為7.4小時，生產(chǎn)率提高2.4倍;焦爐廢氣中NOx濃度在100ppm以下;工藝能耗降低21%;占地面積節(jié)約一半，設備費降低16%，總生產(chǎn)成本費降低18%。
2005年4月份，日本決定在新日鐵大分制鐵所動工建設首次采用SCOPE21技術的5號焦爐，共64孔，年產(chǎn)焦炭100萬噸。2008年2月該項目建成投產(chǎn)，總投資370億日元，2008年5月進入綜合運轉階段。
生產(chǎn)實踐證明，SCOPE21工業(yè)化裝置與SCOPE21單孔試驗裝置的差異為：一是熱壓型煤溫度由350℃～400℃降低至165℃;二是原料煤入爐溫度由350℃～400℃降低至250℃;三是煉焦溫度由750℃～850℃提高至1000℃，與常規(guī)焦爐相同;四是在焦爐中的結焦時間由7.4小時延長至13小時，與采用煤預熱工藝的常規(guī)焦爐相同;五是與常規(guī)焦爐比的勞動效率由2.36倍降低至1.35倍。因此，SCOPE21工業(yè)化裝置的實踐效果與SCOPE21單孔試驗裝置的預期相差較大。
COURSE50：高效減排CO2
4、2007年，日本提出"美麗星球50(CoolEarth50)"計劃，實現(xiàn)這一計劃的革新性技術之一就是環(huán)境友好型煉鐵技術開發(fā)：
COURSE50項目是日本新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構(NEDO)委托神戶制鋼、JFE、新日鐵、新日鐵工程、住友金屬、日新制鋼6家共同開展的環(huán)境友好型煉鐵技術開發(fā)項目，于2008年7月22日獲得通過。該項目焦化技術研究目標包括以下幾個方面：
第一，生產(chǎn)高強度、高反應性焦炭。使用改質COG(富氫煤氣)的氫作為還原劑，降低高爐焦炭使用量，以減少CO2排放量。在焦炭用量減少的情況下，仍能維持鐵礦石還原所需的爐內透氣性，就需要高強度焦炭。由于氫還原是吸熱反應，高爐內溫度降低，需要適合的高反應性焦炭。新開發(fā)的高性能黏結劑具有高軟化熔融性和膨脹性，將入爐煤顆粒間的空隙填滿壓實，可提高焦炭質量。制造兼具高強度和高反應性兩種特性的焦炭，還可以增加以前不能使用的高反應性煤的配入量。圖片
第二，提高焦爐煤氣氫含量。從外部采購高爐還原鐵礦石用的氫氣時，在制造氫氣的場所會產(chǎn)生CO2。而COG中含有50%以上的氫，目前鋼鐵企業(yè)大多將COG用作燃料。通過改質COG中的煤焦油，可以提高氫含量，并與COG中的CO同時噴入高爐，就可以降低焦比。該項目將大力開發(fā)促進COG中煤焦油改質的催化劑。高爐噴吹改質COG(H2>60%)技術進一步提高了改質焦炭干餾過程中產(chǎn)生的COG中的氫含量。即焦爐煤氣改質前的組成為：CH428%、CO6%、H260%。在催化劑的作用下，對焦爐煤氣進行改質處理，變成富氫煤氣，其組成為：CH418%、CO8%、H267%。這種改質的富氫氣體從高爐下部或中部噴吹到高爐中，實現(xiàn)比傳統(tǒng)高爐煉鐵法更高效減少CO2排放量的目標。
5、美國：熱回收焦爐技術日趨成熟 熱回收焦爐工藝凸顯環(huán)保效果：
太陽焦炭是美國最大的獨立商品焦生產(chǎn)企業(yè)，其在美國的5家煉焦廠和國外的1家煉焦廠產(chǎn)能合計為489萬噸/年。日前，該已掌握了成熟的熱回收焦爐技術。
該下屬的俄亥俄州Haverhill煉焦廠一期工程于2005年投產(chǎn)，二期工程于2008年投產(chǎn)，全廠年產(chǎn)焦炭110萬噸。一期焦爐余熱產(chǎn)生的中壓蒸汽供給附近的化工廠。二期焦爐余熱產(chǎn)生的高壓蒸汽供給透平機發(fā)電。該廠主要設備包括：煉焦爐、推焦裝煤車、熄焦車、煙氣除硫裝置、熄焦塔、余熱鍋爐和發(fā)電裝置。
在該廠焦炭生產(chǎn)過程中，不產(chǎn)生含有化學成分的廢水，無須建立廢水處理廠;結焦時間縮短至48個小時(國內焦化企業(yè)結焦時間為68小時～80小時);炭化室一次裝煤量為43.2噸，炭化室最高溫度可達到1540℃;煉焦爐的設計使用壽命至少為30年;采用干法煙氣脫硫(噴灑石灰乳)，脫硫效率達到90%。該廠使用的煉焦煤規(guī)格為：典型的揮發(fā)分含量為21%~28%，極限值為19%~32%;平均反射率范圍為1.00~1.65;發(fā)電量約為790千瓦時/噸焦炭;焦炭燒損率大約為2%～4%。熱回收焦爐的主要工藝如下：
裝煤工藝。臥式熱回收焦爐采用鏈條刮板機送煤，堆積密度為0.85噸/立方米，而頂裝密度為0.75噸/立方米，搗固密度為0.9噸～1.1噸/立方米，可配入30%弱黏結性煤。一般入爐煤由3種～4種煤配合而成，揮發(fā)分為24%～25%。沿焦爐機側的縱向有一條帶小車的輸煤皮帶機，將入爐煤隨時送至PCM機(推焦裝煤機)。為防止PCM機伸入炭化室內送煤時被燒壞，機體內用循環(huán)冷卻水進行冷卻。PCM機上有煙氣收集凈化裝置，防止裝煤時出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。
焦爐加熱工藝。焦爐爐門上有3個傳統(tǒng)的圓形一次空氣入口，直徑為100毫米。爐門下部有一個傳統(tǒng)的圓形二次空氣入口，直徑為300毫米;空氣口開度由人工調節(jié);爐墻厚度為475毫米。此外，在炭化室的機側和焦測設置有壓力測點，連動調節(jié)上升管閥門。集氣管內煙氣溫度為1427℃，進廢熱鍋爐煙氣溫度為1204℃～1316℃。
推焦和熄焦工藝。推焦時，將焦餅推至帶機罩的平板接焦車內，機罩可以有效地捕獲和收集推焦過程中釋放的煙塵。平板接焦車行駛至濕熄焦塔處，再用簡易推焦機將焦餅推至位于熄焦塔內的敞開式平板熄焦車內。熄焦塔噴水熄焦，每次熄焦約90秒。隨后熄焦車出熄焦塔傾斜，將熄滅的焦炭倒入焦臺。實際成焦率達到68%～73%。
6、熱回收焦爐技術將不斷改進優(yōu)化：
目前，太陽焦炭熱回收焦爐技術已經(jīng)獲得較快的發(fā)展。接下來，該又提出了新一輪技術優(yōu)化目標：第一，縮小占地面積，未來占地面積要縮小超過30%；第二，節(jié)約基建投資，實現(xiàn)廉價采購，進一步降低投資成本；第三，提高成焦率，改進焦爐設計使燒損率降至1%以下；第四，降低煉焦煤成本，靈活使用壓實/搗固技術；第五，對煉焦煤的配比進行建模預測和設計；第六，增強限產(chǎn)能力，限產(chǎn)超過30%；第七，加強環(huán)境保護，應用循環(huán)流化床脫硫，使煙氣脫硫率達到96%~98%；第八，提高煉焦爐的使用效率，延長其使用壽命，采用新一代監(jiān)控設備，優(yōu)化操作；第九，應用新型材料及分析模型(CFD/FEA)；第十，提高發(fā)電效率，開發(fā)新型余熱鍋爐，并應用計算流體動力學建模和優(yōu)化。
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