SCOPE21煉焦技术的研发与实用.doc

SCOPE21炼焦技术的研发与实用 张国富（中冶焦耐工程技术有限公司，鞍山114002) ? ??? 煤炭与其他化石燃料相比，供给稳定性高，经济性好，日本将其定位于国家的重要能源。为了建设环境友好型社会，必须降低煤炭使用过程中CO2、 SO2 、NOx等的排放量。日本钢铁行业约占国内煤炭需求量的40%，其煤炭利用技术尤显重要。在此背景下，结合日本现有焦炉即将迎来大规模设备更新时期，作为煤炭高度转换技术的环节之一，日本煤炭利用综合中心及日本钢铁联盟利用经济产业省的国家补助资金，从1994年至2003年, 历时10年共同开发了21世纪炼焦工艺（SCOPE21),旨在缓和原料煤煤种的制约，大幅度改善环境，开发出新一代高效节能型炼焦工艺。 ? 1? SCOPE21的概要 ??? SCOPE21（Super Coke Oven for Productivity and Environmental enhancement toward the 21st century)，大致可分为煤的快速预热、中低温干馏、焦炭再加热3个工序。工艺流程见图1。 ? ? 图1? SCOPE21炼焦工艺流程图 ? ??? 如图1 所示，原料煤先经干燥分级，粒煤与粉煤分别快速加热到350～400℃，粉煤压制成型后与粒煤混合，以改善弱粘煤的粘结性，提高生产率和节约能源。预热后的煤料装入焦炉干馏后，以较低温度推焦，送入CDQ再次加热，以获得所需的焦炭质量，提高生产率，改善环境。 1.1? 开发的背景与目的 ??? 日本煤炭资源贫乏，进口煤炭约占世界煤炭交易量的30%，为了扩大煤种的使用范围，开发煤炭利用技术的要求日益紧迫。日本钢铁业约占其国内煤炭需求的40%，钢铁业对煤炭资源的有效利用和洁净利用应该起到先导作用。伴随钢铁业发展起来的日本炼焦工业，在煤炭利用技术方面处于世界领先地位，且拥有丰富的技术储备。日本的焦炉大部分建设于20世纪70年代的经济高度成长期，现在焦炉老化严重，平均炉龄已达36年，预计近十几年大部分焦炉将退役，这将直接影响到日本的焦炭供给。而且现行焦炉使用煤种受限，环境污染严重，单纯更新焦炉已经无法适应未来社会发展的需要。另外，世界钢铁需求增加导致炼焦煤用量增大以及节能减排要求的不断提高等，使开发炼焦新技术的重要性越来越大。 ??? 现行的炼焦方法主要是使用粘结煤，弱粘煤按照现有技术只能使用20%，煤种受限。焦炉在装煤和推焦时产生大量的烟尘，干馏过程中产生NOx和SO2等，污染环境。另外，现有传统焦炉是将含有水分的湿煤通过间接加热从常温加热到1000℃左右炼焦，由于结焦时间长、生产效率低、炉体散热大而需消耗大量能源。 从日本现有焦炉的开工年限看，2010年后焦炉更新的需求必将到来，因此急需开发不受煤种制约、节能环保，且生产率高的炼焦技术。日本由此确立了以下的开发目标，即在煤炭资源有效利用方面，弱粘煤的使用比例由20％提高到50%；在环保及节能方面，NOx降低30%，实现无烟无尘操作，节能20%（降低CO2)；在生产率方面，将生产率提高3倍，减少设备投资。 1.2? 开发计划的概要 ??? SCOPE21的开发包括调查研究、要素技术开发、中间试验、工业化概念设计、中试装置拆解调研，计划用时8年。但在要素技术开发阶段，研发新炼焦工艺必不可少的成型技术延长了1年的时间；为提高工业化的设计精度，又增加了中试装置的拆解调研，因此共用时9年8个月。 1.3? 开发工程与研发费用 ??? SCOPE21工艺的开发工程与研发费用见表1。 ? ? 1.4? 研发体制 ??? SCOPE21是日本煤炭利用综合中心和日本钢铁联盟共同进行研发的，由经济产业省出资补助。在日本钢铁联盟设置由专家和学者组成的炼焦开发委员会，由5家钢铁公司和5家相关公司参与研发，见图2。 ? 图2??? 研究开发体制 ? 2?? 研究开发的成果 2.1? 调查研究 根据1994～1995年的调研，构建了基本工艺，设定了工业化的开发步骤，见表2。 ? ? 表2?? 工业化的开发步骤 项?? 目 煤预热装置 煤干馏装置 第1 阶段，中试 0.6t/h 工业装置燃烧试验 第2 阶段，半工业试验 6.0 t/h 17t/孔 第3 阶段，工业化 240 t/h 34t/孔 注：炼焦能力4000t/d。 ? 2.2? 主要技术的开发 ??? 1998年，在新日铁公司名古屋厂设置了煤预热中试装置（处理量0.6t/h)，经过1年半的试验操作，确定了半工业试验装置。 2.3? 半工业试验 ??? 继中试之后，根据主要技术开发的成果，在名古屋厂设计建造了半工业试验装置——单孔试验炉，试验装置参数见表3。经过1年的试验操作，基本达到了预定的开发目标，结果见表4。弱粘煤使用比例由20％提高到50