CN106590709B - 基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺，包括炼焦煤破碎后送入流化床流化、干燥、分级，分离出粗煤粒和细煤粉，所述粗煤粒送入焦炉炼焦后得到红焦，红焦通过干熄炉冷却后得到冷焦，其特征在于，所述冷焦送入焦炭‑湿煤回转窑与炼焦煤混合换热并对炼焦煤进行破碎，出回转窑冷焦和破碎后炼焦煤送入煤‑焦炭分离筛分离出焦炭，破碎后炼焦煤和焦粉一起送入所述流化床。本发明工艺简单、能有效回收余热、对炼焦煤有效干燥，延长设备使用寿命，且大幅减少烟尘排放，对环境友好且副产煤气。

Description

基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺
技术领域
本发明涉及一种煤化工领域，具体的说是一种基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺。
背景技术
干熄焦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风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭从干熄炉底部排出，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。干熄焦能提高焦炭强度，降低焦炭反应性，对高炉操作有利，尤其对质量要求严格的大型高炉用焦炭，干熄焦更有意义。
现有的干熄焦工艺虽然技术成熟，运行可靠，但存在着以下诸多方面问题：
(1)熄焦后的冷焦温度在150-200℃，含有约0.2GJ/t-焦的显热进入环境损失掉，不仅对焦处理系统皮带产生热侵蚀，还严重恶化了焦处理区域的工作环境；
(2)惰性气体循环系统中负压段会漏进少量空气，进入干熄炉后，O2通过红焦层就会与焦炭反应，生成CO2，CO2在焦炭层高温区又会还原成CO，随着循环次数的增多，惰性气体中里CO浓度愈来愈高。此外，焦炭残存挥发份始终在析出，焦炭热解生成的H2、CO、CH4等也都是易燃易爆成分，这些可燃组均会补入循环的惰性气体中，随惰性气体定期部分外排，这种外排行为既是能源的浪费，还是污染的源头；
(3)余热锅炉的泄漏，导致循环气体中的水分增加，水汽在焦炭层高温区生成的水煤气燃烧后外排，进一步导致能源浪费；
(4)炉顶装焦烟气含尘量大、温度高，烟尘携带的显热未能有效回收利用。
另一方面，为了改善焦炉操作，提高焦炭质量，扩大粘结性煤用量，在对入炉炼焦煤的水分进行调节、控制而进行预热干燥去湿时，除利用了部分焦炉烟气余热外，均需补充燃料提供热烟气。如对炼焦煤预处理常用的流化床工艺，外加热源为燃料气在直燃式热风炉中与空气充分接触燃烧产生的高温烟气，再将高温烟气与低温空气混合后由流化床干燥器底部进入流化床，对炼焦煤干燥分级后，再通过风管送至湿式除尘器进一步净化由排风烟囱排入大气。这不仅需提供额外的能源，同时干燥炼焦煤后的烟气形成新的颗粒物排放源，对环境造成严重影响，是PM2.5的主要贡献者之一。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、能有效回收低温余热、副产煤气、对炼焦煤有效干燥、延长设备使用寿命、且大幅减少烟尘排放，对环境友好的基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺。
本发明工艺中，包括破碎后炼焦煤送入流化床流化、干燥、分级，分离出粗煤粒和细煤粉，所述粗煤粒送入焦炉炼焦后得到红焦，红焦通过干熄炉冷却后得到冷焦，所述冷焦送入焦炭-湿煤回转窑与炼焦煤混合换热并对炼焦煤进行破碎，出回转窑的冷焦和破碎后炼焦煤送入煤-焦炭分离筛分离出冷焦，破碎后炼焦煤和焦粉一起送入所述流化床。
所述干熄炉内的冷却气体为循环煤气，出干熄炉的循环煤气进入余热锅炉回收绝大部分显热，再送入流化床对破碎后炼焦煤进行流化、干燥回收低温余热，同时带出炼焦煤中的部分水分，经沉降室或旋风除尘器除尘后回送到干熄炉对红焦进行冷却并发生水煤气反应产生水煤气进入循环煤气中，反应产生的水煤气作为副产品剩余煤气引出送往煤气净化系统。
所述焦炭-湿煤回转窑中引入来自焦炉水平烟道的焦炉烟气对炼焦煤进行干燥并带出窑内水汽。
随循环煤气带出的并经沉降室或旋风除尘器除尘后得到粉煤和细粉焦送入高炉喷吹煤库或压球系统制成型煤。
通过控制由干熄炉排出的冷焦温度，以调整出焦炭-湿煤回转窑炼焦煤的含水量，进而控制出流化床炼焦煤的含水量。
通过控制出干熄炉排出的冷焦温度大于200℃，优选不超过250℃，以调整出焦炭-湿煤回转窑的炼焦煤含水量下降至5-6wt％，进而控制出流化床干燥后的炼焦煤中水含量下降至3wt％以下。
所述干熄炉顶部引出的装焦烟尘、高炉喷吹煤库或压球系统的含尘气体经消爆燃烧器燃烧消耗掉氧气和部分焦尘后，与来自焦炉水平烟道的焦炉烟气一起作为干燥介质送入焦炭-湿煤回转窑。
发明人对现有炼焦煤的干燥工序和干熄焦技术进行深入研究，作出了如下改进：(1)利用循环煤气替代原有的惰性气体作为干熄焦系统的熄焦介质，同时也改变了循环煤气的循环路线，出干熄焦系统的煤气对破碎后的炼焦煤进行干燥，使循环煤气中的余热得到有效回收；通过两步对循环煤气中的热能回收，回送入干熄焦系统的循环煤气的温度会降至100℃-110℃，从而进一步提高了干熄炉的换热效率。(2)循环煤气送入流化床对破碎后的炼焦煤进行干燥，可以提高干燥效率和效率，产生的含尘烟气经除尘后循环进入干熄焦系统中换热，不存在出流化床后烟气排放的问题，彻底解决了PM2.5的排放问题，对环境友好；(3)虽然存在背景技术所述的干熄焦系统中各种反应导致CO(还含有的H2、CO、CH4等)蓄积的问题，由于发明人创造性的将熄焦介质由惰性气体改为了循环煤气，这种技术问题恰好变成了有益的技术效果；另外由于改变了循环煤气的循环路线，循环煤气在流化床中干燥时，会带出炼焦煤中的水份，这些水分随循环煤气进入干熄焦系统后与红焦发生反应形成水煤气，从而使得循环煤气量在满足循环路线需求的基础上，还能产生富余煤气作为副产品引出系统，产生了附加的经济效益，整个循环过程充分回收热能，无烟尘排放，节能降耗、对环境友好。并且，上述水煤气的反应过程是一个吸热过程，也有利于干熄焦系统内的快速熄焦。(4)为了有效控制煤的含水量降至3％以下，发明人可通过控制出余热锅炉的循环煤气的温度，有利于提高流化床的干燥强度，使炼焦煤出流化床中的水含量降低3％以下，甚至更低。(5)循环煤气中的水进入干熄焦系统时，会与焦炭发生反应，根据气-固反应机理，焦炭表面的微细粉焦会优先发生水煤气反应，即优先消耗焦炭表面的细小粉尘，从而改善了焦炭质量，降低了微细粉焦量，提高了产品品质。(6)将冷焦引入回转窑中与炼焦煤混合，作用有三，a)利用冷焦余热对炼焦煤进行直接干燥，冷焦余热回收效率高；b)利用冷焦颗粒较炼焦煤强度高的特点在回转窑中对炼焦煤进行破碎；c)冷焦中的焦粉吸附能力较强，在其表面能够吸附部分煤粉，有利于改善炼焦煤性能，进而改善焦炭性能；d)在回转窑内焦块与炼焦煤、焦块与焦块之间的相互摩擦和碰撞，大块焦炭的裂纹提前开裂，强度较低的焦块提前脱落，焦块的棱角提前磨蚀，改善了冶金焦的机械稳定性，并且块度在70mm以上的大块焦减少，而25～75mm的中块焦相应增多，焦炭块度的均匀性得以提高。
进一步的，针对炉顶装焦烟尘含尘量大、温度高，烟尘携带的显热未能有效回收利用的问题，发明人将这部分烟尘经送入消爆燃烧器燃烧消耗掉氧气和部分焦尘后，和来自焦炉水平烟道的焦炉烟气一起作为干燥介质送入焦炭-湿煤回转窑，使得这一部分烟尘的余热也得到有效回收利用。
本发明工艺简单、降低了干熄炉排出的冷焦温度，多回收冷焦显热约0.1GJ/t-焦，也相应减缓了冷焦对运输皮带的热侵蚀，沿长了皮带的寿命；创造性的使用了循环煤气替换原有的惰性气体，减少PM2.5的排放，进一步回收余热0.4GJ/t-焦以上的同时还副产煤气，提高了焦炭质量、对环境友好；通过焦炭-湿煤回转窑同步实现炼焦煤的破碎和干燥，提高了炼焦煤的干燥效果和效率，煤含水量降至3％以下，干燥热能来自系统低温余热，进一步的节能降耗。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明工艺作进一步解释说明：将炼焦煤(水含量10wt％)经破碎机粗破碎至40mm以下，再与干熄炉排出的大于200℃的冷焦一起经煤-焦配料斗送入焦炭-湿煤回转窑中，冷焦余热对炼焦煤进行烘干，同时使炼焦煤破碎(破碎至3mm以下)，同步利用来自焦炉水平烟道的焦炉烟气进行干燥，使炼焦煤的水含量下降至5-6wt％，排出的湿烟气进入除尘器除尘后达标排放，出焦炭-湿煤回转窑的冷焦和炼焦煤进入煤-焦炭分离筛分离出温度低于100℃冷焦，破碎后炼焦煤和焦粉一起送入流化床中进行流化、干燥、分级，被循环煤气干燥至含水量3wt％以下，并分级得到粗煤粒(粒径为0.3-3mm)和细煤粉(粒径＜0.3mm)，所述粗煤粒送入焦炉炼焦后得到红焦，红焦送入干熄炉被循环煤气冷却后得到温度大于200℃的冷焦；出干熄炉的循环煤气(温度900℃)进入余热锅炉副产蒸汽，出余热锅炉的循环煤气(温度180-230℃)送入流化床对破碎后炼焦煤流化、干燥、分级，出流化床的循环煤气经沉降室或旋风除尘器除尘后，大部分回送干熄炉对红焦进行熄焦，小部分引出送入煤气净化系统作为副产煤气。经沉降室或旋风降尘器分离出的粉煤(粒径＜0.3mm)送入高炉喷吹煤库或压球系统。
所述干熄炉顶部引出的装焦烟尘经消爆燃烧器燃烧消耗掉氧气和部分焦尘后和来自焦炉水平烟道的焦炉烟气一起作为干燥介质送入焦炭-湿煤回转窑带走窑内湿气。
以年产焦110万吨焦的2座55孔的6m焦炉生产为例，采用本发明工艺后，合计回收余热约0.4GJ/t-焦以上，副产煤气10000m3/小时；炼焦煤进炼焦炉前水含量降至3％以下，减少7％以上的焦化废水产生量。

Claims (6)

1.一种基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺，包括破碎后炼焦煤送入流化床流化、干燥、分级，分离出粗煤粒和细煤粉，所述粗煤粒送入焦炉炼焦后得到红焦，红焦通过干熄炉冷却后得到冷焦，其特征在于，所述冷焦送入焦炭-湿煤回转窑与炼焦煤混合换热并对炼焦煤进行破碎，出回转窑的冷焦和破碎后炼焦煤送入煤-焦炭分离筛分离出冷焦，破碎后炼焦煤和焦粉一起送入所述流化床；所述干熄炉内的冷却气体为循环煤气，出干熄炉的循环煤气进入余热锅炉回收绝大部分显热，再送入流化床对破碎后炼焦煤进行流化、干燥回收低温余热，同时带出炼焦煤中的部分水分，经沉降室或旋风除尘器除尘后回送到干熄炉对红焦进行冷却并发生水煤气反应产生水煤气进入循环煤气中，反应产生的水煤气作为副产品剩余煤气引出送往煤气净化系统。
2.如权利要求1所述的基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺，其特征在于，所述焦炭-湿煤回转窑中引入来自焦炉水平烟道的焦炉烟气对炼焦煤进行干燥并带出窑内水汽。
3.如权利要求1所述的基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺，其特征在于，随循环煤气带出的并经沉降室或旋风除尘器除尘后得到粉煤和细粉焦送入压球系统或高炉喷吹煤库。
4.如权利要求1所述的基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺，其特征在于，通过控制由干熄炉排出的冷焦温度，以调整出焦炭-湿煤回转窑炼焦煤的含水量，进而控制出流化床炼焦煤的含水量。
5.如权利要求4所述的基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺，其特征在于，通过控制出干熄炉排出的冷焦温度大于200℃，小于250℃以调整出焦炭-湿煤回转窑的炼焦煤含水量下降至5-6wt％，进而控制出流化床干燥后的炼焦煤中水含量下降至3wt％以下。
6.如权利要求1或3所述的基于水煤气制备并循环的干熄焦工艺，其特征在于，所述干熄炉顶部引出的装焦烟尘、高炉喷吹煤库或压球系统的含尘气体经消爆燃烧器燃烧消耗掉氧气和部分焦尘后，与来自焦炉水平烟道的焦炉烟气一起作为干燥介质送入焦炭-湿煤回转窑。
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