焦耐院优化流程节能减排.ppt

1、优化流程 节能减排 提供全生命周期运维服务,2015年10月,2020/9/19,ACRE,2,目 录,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术 2. 干熄焦长寿化技术 3. 焦化工序能耗分析及节能措施 4. 全生命周期运维服务远程诊断服务系统 5. “互联网+”在焦化行业的应用,2020/9/19,ACRE,3,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.1 严格的排放指标,焦炉烟囱排放废气中污染物浓度限值,注：目前，我国【炼焦化学工业污染物排放标准】暂未规定单位产品排气量，也未规定废气含氧量,2020/9/19,ACRE,4,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.2 焦炉烟

2、道废气中SO2的来源及产生机理,1）焦炉加热用煤气带入的无机硫产生的SO2 加热用COG中H2S燃烧生成的SO2 COG中H2S含量增加时，废气中SO2浓度呈线性增加 加热用BFG中带入的硫化物产生的SO2,2020/9/19,ACRE,5,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.2 焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理,高炉中燃料（焦炭及煤粉）、矿石及溶剂均带入硫，其中焦炭带入的硫占80%90%。硫的去向主要是高炉渣、铁水及高炉煤气 焦炭中的硫，一部分在随炉料下降过程中挥发，大部分在到达风口时被氧化成SO2，继而在高温下与固态炭和氢反应生成S、CO2和H2S等气态硫和硫化物 这些气态

3、硫和硫化物在上升煤气流中大部分被上部炉料中CaO、FeO和金属铁吸收，一小部分随煤气排出高炉,2020/9/19,ACRE,6,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.2 焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理,2）焦炉加热用COG中有机硫燃烧生成SO2 COG中有机硫含量增加时，废气中SO2浓度呈线性增加 荒煤气中的有机硫主要包括CS2（300500mg/m3）、COS（100200mg/m3）、噻吩C4H4S（100150mg/m3）、C5H6S、CH3HS等，还有少量硫醇、硫醚类有机硫 常规净化后，煤气中有机硫总质量浓度（以S元素计）从300600mg/m3降至100180mg/m

4、3,2020/9/19,ACRE,7,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.2 焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理,3）焦炉炭化室中荒煤气渗漏进入燃烧室燃烧生成的SO2 炉墙窜漏不可避免 炉墙是由3000多块耐火砖通过火泥粘结及砖沟砖舌咬合形成的。受以下四方面因素影响，炉墙将因正常损坏而发生串漏： 温度变化 机械力的作用 物理化学作用 炉长增长与炭沉积,2020/9/19,ACRE,8,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.2 焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理,炭化室墙面肯定有裂纹（或缝隙）存在，且随着炉龄增长，裂缝宽度越来越大，裂缝数量越来越多 炭化室内荒煤气为正压

5、，墙面另一侧燃烧室立火道为负压，当炭化室墙面上的这些缝隙未被沉积碳完全堵死时，荒煤气就会从炭化室漏入燃烧室立火道 标定表明，炉墙漏气率在1%2%之间，有的高达2.5%,2020/9/19,ACRE,9,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.2 焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理,炉墙窜漏对废气中SO2的影响 炉墙窜漏过来的是未经净化的荒煤气，含硫量极高，这将引起立火道下降气流中的SO2含量急剧上升. COG加热时，荒煤气窜漏将使废气中SO2浓度增加. MG加热时，荒煤气窜漏将使废气中SO2浓度增加.,2020/9/19,ACRE,10,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1

6、.3 烟道废气中SO2的减排措施,1）源头减排，减少SO2生成 焦炉烟道废气中SO2浓度由如下因素决定： 加热煤气种类及其无机硫和有机硫的含量 加热用COG中H2S含量 当入炉煤中的硫含量增加，煤气脱硫操作条件恶化时，会使得COG中H2S含量增加 有机硫含量 废气量 炉墙串漏率 2）末端治理（脱硫）减少SO2排放,2020/9/19,ACRE,11,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.4 烟道废气中NOx的来源及产生机理,1）NOx生成机理 3种：温度热力型、碳氢燃料快速型和含氮组份燃料型 在燃料燃烧生成的NOx中，NO占95%。主要研究NO的形成机理 温度热力型NO：燃烧过程中，

7、空气中带入的氮被氧化为NO O+N2NO+N N+O2NO+O 由于原子氧和氮分子反应需要很大活化能，只有在燃烧火焰的高温区才会产生 当火焰温度高于1500时，其生成速度按指数规律迅速增加,2020/9/19,ACRE,12,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.4 烟道废气中NOx的来源及产生机理, 碳氢燃料快速型NO 快速型NO是碳氢系燃料在0.70.8，并用预混合燃烧方式时生成的。焦炉中，只有用COG加热时，由于焦炉煤气中含有CH4以及CmHn，在其形成局部燃料过浓时，才会形成少量的NO 含氮组分燃料型NO 燃气中含有如氰化氢HCN、氨NH3、吡啶C5H5-N、喹啉C9H7N等

8、含氮组分时，这些化合物中的氮在燃烧过程中会转化为NO,2020/9/19,ACRE,13,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.4 烟道废气中NOx的来源及产生机理,2）焦炉燃烧时生成的氮氧化物主要温度热力型NO 大型焦炉在用MG加热时，火焰温度通常为17501800；用COG加热时，通常18501900 用COG加热时，烟道废气中NOx含量很高 产生大量温度热力型NO 含氮组分多，形成大量含氮组分燃料型NO COG中含有CH4以及CmHn，可能形成极少量的快速型NO,2020/9/19,ACRE,14,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施,

9、1）源头减排，减少NOx生成 采用贫煤气加热 贫煤气火焰温度低；除N2外无其他含氮组分；无碳氢燃料型NO 焦炉宜采用复热式炉体，为未来增加贫煤气设施预留可能性 用发生炉煤气顶替焦炉煤气 采用焦炉煤气时，应尽可能降低含氮物质浓度 减少炉墙串漏,2020/9/19,ACRE,15,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施, 降低燃烧火焰温度 a）废气循环：降低可燃成分及氧气的浓度，减小燃烧强度 b）分段加热 多级燃烧，降低最高燃烧温度处燃烧强度 分段位置及比例控制 c）控制空气与煤气的扩散速度 d）立火道温度 e）加热制度优化 上述各项措施可根据情况组合应用

10、但仅靠源头减排，无法达到150mg/m3,2020/9/19,ACRE,16,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施,2）末端治理（脱硝），减少NOx排放 选择性非催化还原脱硝（SNCR） 合适温度下，喷入氮还原剂（氨、尿素、碳酸氢铵），将烟气中的NOx还原为N2和H2O 投资低，在火电、水泥、陶瓷行业得到成功应用 焦炉上应用 提高脱硝效率 降低还原剂用量 控制氨逃逸,2020/9/19,ACRE,17,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施, 选择性催化还原脱硝（SCR） 在催化剂作用下，还原剂 NH3选择性地与

11、烟气中 NOx 反应，生成无污染的 N2和 H2O 目前，正在研发、试验的技术主要由以下2种： a）碳酸钠半干法脱硫+低温脱硝一体化工艺 脱硫：Na2CO3+SO2Na2SO3+CO2 2Na2SO3+O22Na2SO4 脱硝：4NO+4NH3+O24N2+6H2O 2NO2+4NH3+O23N2+6H2O NO+NO2+2NH32N2+3H2O 低温催化剂,2020/9/19,ACRE,18,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施,2020/9/19,ACRE,19,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施,工艺特

12、点 脱硫效率高，可适应高硫煤生产 脱硝前碱法脱硫，保证后续的高效脱硝 烟气通过滤袋过程中，与滤袋外表面滤下的未反应脱硫剂充分接触，进一步提高脱硫效率 烟气除尘、喷氨、脱硝、催化剂热解析再生一体化，占地少 减少粉尘对催化剂的磨损、延长催化剂寿命 省略传统工艺中催化剂清灰系统,2020/9/19,ACRE,20,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,安装中的脱硫塔及脱硝除尘一体化反应器（湛江）,2020/9/19,ACRE,21,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施, 脱硝效率高 通过除尘滤袋过滤层和混合均流结构体的均压作用，使烟气速度场、温度场分布

13、均匀 氨气通过网格状喷氨口喷入，使氨气与烟气接触充分，混合均匀 操作方便 可在线检修设备或更换催化剂 低温工况下低温催化剂对SO2/SO3转化率低 可在线利用高温烟气分解催化剂表面黏性物质,2020/9/19,ACRE,22,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施, 温降小 半干法脱硫温降小，满足烟囱热备要求 烟气在高于露点温度的干工况下运行，不存在结露腐蚀危险，无需做特殊内防腐处理 投资及运行成本低 采用传统蜂窝状催化剂，利于催化剂更新换代,2020/9/19,ACRE,23,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措

14、施,b）烟道废气加热 +高温催化还原脱硝工艺,脱硝（高温催化剂）4NO+4NH3+O24N2+6H2O 2NO2+4NH3+O23N2+6H2O,2020/9/19,ACRE,24,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施, SICS （有机催化法）脱硫脱硝工艺（碱液吸收法，湿法烟气脱硫）,SO2+H2OH2SO3 H2SO3+LL. H2SO3 L. H2SO3+O2L+H2SO4 H2SO4+NH3(NH4)2 SO4 NO+O3NO2 NO2+H2O HNO2 HNO2+LL. HNO2 L. HNO2+O2L+HNO3 HNO3+NH3NH3NO3

15、,2020/9/19,ACRE,25,1. 焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术,1.5 烟道废气中NOx的控制措施, 活性炭/活性焦脱硫脱硝工艺（固体吸附法）,脱硫2SO2+O2+2H2O2H2SO4 脱硝（活性焦作催化剂）4NO+4NH3+O24N2+6H2O 2NO2+4NH3+O23N2+6H2O,2020/9/19,ACRE,26,2. 干熄焦长寿化技术,2.1 背景,目前国内投产的干熄焦特别是干熄焦砌体的使用寿命并不十分理想：绝大多数干熄焦都需要1年一小修，3年一中修，5年一大修 干熄焦的停产维修，不仅不利于充分发挥干熄焦的经济效益和环境效益，还大幅增加了干熄焦的维修成本，更重要的

16、是对整个钢铁企业的稳定生产和经济效益产生了严重影响 为降低建设投资，除我国宝钢采用全干熄技术外，国内外其他钢铁企业的焦炉均采用干熄焦为主、湿熄焦备用的熄焦方式 这种干、湿焦炭倒换对高炉生产的稳定性和顺行性造成了极大困难,2020/9/19,ACRE,27,2. 干熄焦长寿化技术,2.1 背景,干熄焦的焦炭质量好且质量稳定，而湿法熄焦的焦炭不仅质量差，更重要的是水分的稳定性差 由于焦炭质量及水分的波动常造成高炉生产顺行性变差，严重影响高炉的产量和整个企业的经济效益 国内某大型钢企4千多立高炉的生产实践：为应对干熄焦检修，高炉需退负荷约0.4，焦比上升28kg/tFe、喷煤比下降20kg/tFe，

17、铁水产量每天减少1千多t 经测算，由于干熄焦检修，每年造成生产成本上升高达5千多万（2套干熄焦，2座高炉）,2020/9/19,ACRE,28,2. 干熄焦长寿化技术,2.1 背景,即使采用全干熄，也必须解决干熄焦自身维修费用高 干熄焦长寿化是一个世界性难题 国际上，不少钢铁企业特别是东亚和俄罗斯的钢铁企业对干熄焦的依赖也十分严重。我国存在的干熄焦寿命短的问题，在这些国家也普遍存在 日本钢铁企业通过多年努力延长了干熄焦砌体的使用寿命，但其建设成本过高，以干熄焦砌体关键部位使用的耐材为例，其单价为国内的710倍,2020/9/19,ACRE,29,2. 干熄焦长寿化技术,2.2 干熄焦需停产维修

18、的主要原因,1）长期连续在恶劣操作工况下，干熄焦砌体出现磨损、掉砖或局部倒塌导致排焦困难或系统压力制度混乱，干熄焦无法继续进行生产 2）干熄焦锅炉作为特种设备需要定期检修 3）处于高温、高频率、强摩擦环境下，部分关键设备或关键部件损坏，需维修更换,2020/9/19,ACRE,30,2. 干熄焦长寿化技术,2.3 干熄焦停产维修内容,包括小修、中修和大修 1）小修（2025天/次） 干熄炉砌体的检查与修复 干熄焦锅炉及其他关键设备或关键部件的检查与维护 2）中修（4550天/次） 除上述内容外，主要是斜道区砌体的吊顶大修 3）大修（6070天/次） 干熄炉斜道区及以上砌体拆除或者拆除整个干熄焦

19、砌体，重新砌筑,2020/9/19,ACRE,31,2. 干熄焦长寿化技术,2.4 干熄焦长寿化目标,小修周期由目前的1年延长至2年，中修周期由3年延长至5年；大修周期由5年延长至10年 缩短每次检修时间的天数，使年均干熄焦操作天数由340345天延长至355天（包括定修）,2020/9/19,ACRE,32,2. 干熄焦长寿化技术,2.5 干熄焦长寿化主要内容,1）耐材性能改善 干熄炉在高温状态下长期连续工作且焦炭的磨损性极强，生产工况恶劣，对耐火材料的要求很高 目前国内普遍使用的干熄焦耐材，冷却室内层砖的耐磨性、斜道区砌体用砖的高温抗折强度及耐急冷急热性能均不能满足要求 与国内CDQ耐材生

20、产企业合作，对干熄焦易损耐材的损坏机理进行分析，适当提高关键耐火材料特别是火泥的理化指标，开发并试用新的能适应干熄焦复杂工况的新型耐材，延长其使用寿命,2020/9/19,ACRE,33,2. 干熄焦长寿化技术,2.5 干熄焦长寿化主要内容,2）干熄焦砌体关键部位结构优化 针对环形气道的鼓肚和穿洞现象，通过计算机模拟仿真分析，结合环形风道内环墙在重力、热应力、侧压力状态下的变形情况，优化内环墙结构，减小变形 对冷却室内侧面层磨损进行分析，我们发现磨损首先是从砖与砖之间的砖缝引起并逐渐扩大，最终导致整个面层严重磨损 开发并试用大型耐磨浇注块或新型材质，提高其耐磨性能，并大幅减少砖缝，从而降低磨损

21、,2020/9/19,ACRE,34,2. 干熄焦长寿化技术,2.5 干熄焦长寿化主要内容,2）干熄焦砌体关键部位结构优化 一次除尘器挡墙易出现局部倒塌：在优化一次除尘器除尘性能的基础上，彻底取消挡墙；或者对挡墙砌体及其外部支撑进行加固 一次除尘器前后高温矩形补偿器内衬易脱落：将内衬材料由浇注料改为衬砖的结构形式,2020/9/19,ACRE,35,2. 干熄焦长寿化技术,2.5 干熄焦长寿化主要内容,3）进一步完善施工、开工烘炉及生产操作规程 施工砌筑 烘炉开工 生产操作 通过对国内多套干熄焦近年来在砌筑施工、烘炉开工和生产操作中经验的归纳、总结，制定出完善的施工、开工和生产操作规程，延长干

22、熄焦砌体的使用寿命,2020/9/19,ACRE,36,2. 干熄焦长寿化技术,2.5 干熄焦长寿化主要内容,4）提升关键设备或关键部件的性能 红焦输送设备 装入装置 气体循环系统 冷焦排出系统 运焦带式输送机 焦粉收集及运输系统 干熄焦锅炉 部分关键设备或关键部件在选型和备用性方面必须满足高温、高频率、强摩擦环境下高可靠性要求,2020/9/19,ACRE,37,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,3.1 焦化工序能效评估技术研究,能效评估，即能源利用效率评估 焦化工业作为一种流程工业，其能效评估首先确定能效指数，进而按照统一的规范配置必要检测仪表，再通过标准的评价体系对生产全流程进行综合评价

23、，并指导其实施降低能耗的措施 中冶南方牵头的国家863项目冶金工业系统能效监测评估及优化控制技术与系统的子课题 中冶焦耐2013年5月-2014年12月，完成其中的焦化工序 本项目的结论可以作为完善焦炭单位产品能源消耗限额等标准的重要依据,2020/9/19,ACRE,38,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,3.1 焦化工序能效评估技术研究,主要研究内容 1）确认焦化工序边界范围 2）焦化工序基准吨焦能耗模型的建立和理论计算 3）重要耗能单体的单位产品基准能耗模型的建立和理论计算 4）焦化工序能效水平评估指南编制及能效优化模型 5）采用新工艺、新技术后的节能效果综合评估,焦化工业,3. 焦化工

24、序能耗分析及节能措施,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,冶金科技发展中心. “钢铁行业规范条件”三批申报企业材料. 2014,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,HPF脱硫流程,真空碳酸钾脱硫流程,真空碳酸钾脱硫流程,HPF脱硫流程,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,3. 焦化工序能耗分析及节能措施,2020/9/19,ACRE,48,4. 远程诊断服务系统,4.1 远程诊断服务系统的建立,2020/9/19,ACRE,49,4. 远程诊断服务系统,4.1 远程

25、诊断服务系统的建立,1,2,3,4,诊断结论由个人决定，有一定的局限性,许多问题现场不能马上解决，需反馈回公司本部请更多的专家研究讨论后才能答复,技术服务占用人员多、花费大量人力和财力,技术服务人员在现场收集、整理数据，工作量大,5,服务滞后，无法适应生产的快速响应,存在的问题,2020/9/19,ACRE,50,4. 远程诊断服务系统,4.1 远程诊断服务系统的建立,2013年12月，依据相关批复，中冶焦耐开始建设“大连市清洁炼焦工程实验室”,远程诊断服务系统作为其中一个子项也正式开展建设 2014年11月底，中冶焦耐远程诊断服务系统建设完毕,2020/9/19,ACRE,51,4. 远程诊

26、断服务系统,4.1 远程诊断服务系统的建立,服务对象 国内客户：新建工厂以及老厂改扩建中采用新技术的生产装置 由于现场人员对工艺流程、设备不熟悉，操作经验少，远程诊断服务可以帮助他们及时提供咨询服务，防止小问题演变成大故障，造成设备损坏、停产等大问题 国外客户：因与国外客户存在语言障碍、出国签证周期长等问题，国外项目投产后，如果出现设备故障、系统不顺畅、环保、产品产量不达标等生产问题，处理不及时易演变成大故障，给业主生产和经济造成重大损失,2020/9/19,ACRE,52,4. 远程诊断服务系统,4.1 远程诊断服务系统的建立,2020/9/19,ACRE,53,4. 远程诊断服务系统,4.1 远程诊断服务系统的建立,以互联网作为远程通讯平台，以远程诊断应用软件实现生产过程数据和音视频数据的传输，通过专家对实时和历史数据的分析，结合丰富的工艺、工程经验，判断用户发生问题的原因，有针对性的提供最优化的解决方案 优势 1）技术服务响应快速及时 从用户发出请求到开始服务，可控制在极短时间内。防止因为处理不及时导致演变成大故障，造成设备损坏、停产等大问题，给业主造成重大损失 2）问题诊断处理经过专家多级审核，诊断结论准确 3）节省大量的出差人力和财力,2020/9/19,ACRE,54,4. 远程诊断服务系统,4.2 远程诊断服务系统的组成,生产数据处理子系