優化流程節能減排提供全生命周期運維服務 1 2020 1 16 ACRE 2 目錄 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術2 干熄焦長壽化技術3 焦化工序能耗分析及節能措施4 全生命周期運維服務 遠程診斷服務系統5 互聯網 在焦化行業的應用 2 2020 1 16 ACRE 3 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 1嚴格的排放指標 焦爐煙囪排放廢氣中污染物濃度限值 注 目前 我國 煉焦化學工業污染物排放標準 暫未規定單位產品排氣量 也未規定廢氣含氧量 3 2020 1 16 ACRE 4 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 2焦爐煙道廢氣中SO2的來源及產生機理 1 焦爐加熱用煤氣帶入的無機硫產生的SO2 加熱用COG中H2S燃燒生成的SO2COG中H2S含量增加時 廢氣中SO2濃度呈線性增加 加熱用BFG中帶入的硫化物產生的SO2 4 2020 1 16 ACRE 5 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 2焦爐煙道廢氣中SO2的來源及產生機理 高爐中燃料 焦炭及煤粉 礦石及溶劑均帶入硫 其中焦炭帶入的硫占80 90 硫的去向主要是高爐渣 鐵水及高爐煤氣焦炭中的硫 一部分在隨爐料下降過程中揮發 大部分在到達風口時被氧化成SO2 繼而在高溫下與固態炭和氫反應生成S CO2和H2S等氣態硫和硫化物這些氣態硫和硫化物在上升煤氣流中大部分被上部爐料中CaO FeO和金屬鐵吸收 一小部分隨煤氣排出高爐 5 2020 1 16 ACRE 6 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 2焦爐煙道廢氣中SO2的來源及產生機理 2 焦爐加熱用COG中有機硫燃燒生成SO2COG中有機硫含量增加時 廢氣中SO2濃度呈線性增加荒煤氣中的有機硫主要包括CS2 300 500mg m3 COS 100 200mg m3 噻吩C4H4S 100 150mg m3 C5H6S CH3HS等 還有少量硫醇 硫醚類有機硫常規凈化后 煤氣中有機硫總質量濃度 以S元素計 從300 600mg m3降至100 180mg m3 6 2020 1 16 ACRE 7 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 2焦爐煙道廢氣中SO2的來源及產生機理 3 焦爐炭化室中荒煤氣滲漏進入燃燒室燃燒生成的SO2 爐墻竄漏不可避免爐墻是由3000多塊耐火磚通過火泥粘結及磚溝磚舌咬合形成的 受以下四方面因素影響 爐墻將因正常損壞而發生串漏 溫度變化機械力的作用物理化學作用爐長增長與炭沉積 7 2020 1 16 ACRE 8 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 2焦爐煙道廢氣中SO2的來源及產生機理 炭化室墻面肯定有裂紋 或縫隙 存在 且隨著爐齡增長 裂縫寬度越來越大 裂縫數量越來越多炭化室內荒煤氣為正壓 墻面另一側燃燒室立火道為負壓 當炭化室墻面上的這些縫隙未被沉積碳完全堵死時 荒煤氣就會從炭化室漏入燃燒室立火道標定表明 爐墻漏氣率在1 2 之間 有的高達2 5 8 2020 1 16 ACRE 9 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 2焦爐煙道廢氣中SO2的來源及產生機理 爐墻竄漏對廢氣中SO2的影響爐墻竄漏過來的是未經凈化的荒煤氣 含硫量極高 這將引起立火道下降氣流中的SO2含量急劇上升 COG加熱時 荒煤氣竄漏將使廢氣中SO2濃度增加 MG加熱時 荒煤氣竄漏將使廢氣中SO2濃度增加 9 2020 1 16 ACRE 10 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 3煙道廢氣中SO2的減排措施 1 源頭減排 減少SO2生成焦爐煙道廢氣中SO2濃度由如下因素決定 加熱煤氣種類及其無機硫和有機硫的含量加熱用COG中H2S含量當入爐煤中的硫含量增加 煤氣脫硫操作條件惡化時 會使得COG中H2S含量增加有機硫含量 廢氣量 爐墻串漏率2 末端治理 脫硫 減少SO2排放 10 2020 1 16 ACRE 11 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 4煙道廢氣中NOx的來源及產生機理 1 NOx生成機理3種 溫度熱力型 碳氫燃料快速型和含氮組份燃料型在燃料燃燒生成的NOx中 NO占95 主要研究NO的形成機理 溫度熱力型NO 燃燒過程中 空氣中帶入的氮被氧化為NOO N2 NO NN O2 NO O由于原子氧和氮分子反應需要很大活化能 只有在燃燒火焰的高溫區才會產生當火焰溫度高于1500 時 其生成速度按指數規律迅速增加 11 2020 1 16 ACRE 12 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 4煙道廢氣中NOx的來源及產生機理 碳氫燃料快速型NO快速型NO是碳氫系燃料在 0 7 0 8 并用預混合燃燒方式時生成的 焦爐中 只有用COG加熱時 由于焦爐煤氣中含有CH4以及CmHn 在其形成局部燃料過濃時 才會形成少量的NO 含氮組分燃料型NO燃氣中含有如氰化氫HCN 氨NH3 吡啶C5H5 N 喹啉C9H7N等含氮組分時 這些化合物中的氮在燃燒過程中會轉化為NO 12 2020 1 16 ACRE 13 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 4煙道廢氣中NOx的來源及產生機理 2 焦爐燃燒時生成的氮氧化物主要溫度熱力型NO大型焦爐在用MG加熱時 火焰溫度通常為1750 1800 用COG加熱時 通常1850 1900 用COG加熱時 煙道廢氣中NOx含量很高產生大量溫度熱力型NO含氮組分多 形成大量含氮組分燃料型NOCOG中含有CH4以及CmHn 可能形成極少量的快速型NO 13 2020 1 16 ACRE 14 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 1 源頭減排 減少NOx生成 采用貧煤氣加熱貧煤氣火焰溫度低 除N2外無其他含氮組分 無碳氫燃料型NO焦爐宜采用復熱式爐體 為未來增加貧煤氣設施預留可能性用發生爐煤氣頂替焦爐煤氣采用焦爐煤氣時 應盡可能降低含氮物質濃度減少爐墻串漏 14 2020 1 16 ACRE 15 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 降低燃燒火焰溫度a 廢氣循環 降低可燃成分及氧氣的濃度 減小燃燒強度b 分段加熱多級燃燒 降低最高燃燒溫度處燃燒強度分段位置及比例控制c 控制空氣與煤氣的擴散速度d 立火道溫度e 加熱制度優化上述各項措施可根據情況組合應用但僅靠源頭減排 無法達到150mg m3 15 2020 1 16 ACRE 16 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 2 末端治理 脫硝 減少NOx排放 選擇性非催化還原脫硝 SNCR 合適溫度下 噴入氮還原劑 氨 尿素 碳酸氫銨 將煙氣中的NOx還原為N2和H2O投資低 在火電 水泥 陶瓷行業得到成功應用焦爐上應用提高脫硝效率降低還原劑用量控制氨逃逸 16 2020 1 16 ACRE 17 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 選擇性催化還原脫硝 SCR 在催化劑作用下 還原劑NH3選擇性地與煙氣中NOx反應 生成無污染的N2和H2O目前 正在研發 試驗的技術主要由以下2種 a 碳酸鈉半干法脫硫 低溫脫硝一體化工藝脫硫 Na2CO3 SO2 Na2SO3 CO22Na2SO3 O2 2Na2SO4脫硝 4NO 4NH3 O2 4N2 6H2O2NO2 4NH3 O2 3N2 6H2ONO NO2 2NH3 2N2 3H2O低溫催化劑 17 2020 1 16 ACRE 18 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 18 2020 1 16 ACRE 19 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 工藝特點 脫硫效率高 可適應高硫煤生產脫硝前堿法脫硫 保證后續的高效脫硝煙氣通過濾袋過程中 與濾袋外表面濾下的未反應脫硫劑充分接觸 進一步提高脫硫效率 煙氣除塵 噴氨 脫硝 催化劑熱解析再生一體化 占地少減少粉塵對催化劑的磨損 延長催化劑壽命省略傳統工藝中催化劑清灰系統 19 2020 1 16 ACRE 20 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 安裝中的脫硫塔及脫硝除塵一體化反應器 湛江 20 2020 1 16 ACRE 21 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 脫硝效率高通過除塵濾袋過濾層和混合均流結構體的均壓作用 使煙氣速度場 溫度場分布均勻氨氣通過網格狀噴氨口噴入 使氨氣與煙氣接觸充分 混合均勻 操作方便可在線檢修設備或更換催化劑低溫工況下低溫催化劑對SO2 SO3轉化率低可在線利用高溫煙氣分解催化劑表面黏性物質 21 2020 1 16 ACRE 22 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 溫降小半干法脫硫溫降小 滿足煙囪熱備要求煙氣在高于露點溫度的干工況下運行 不存在結露腐蝕危險 無需做特殊內防腐處理 投資及運行成本低采用傳統蜂窩狀催化劑 利于催化劑更新換代 22 2020 1 16 ACRE 23 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 b 煙道廢氣加熱 高溫催化還原脫硝工藝 脫硝 高溫催化劑 4NO 4NH3 O2 4N2 6H2O2NO2 4NH3 O2 3N2 6H2O 23 2020 1 16 ACRE 24 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 SICS 有機催化法 脫硫脫硝工藝 堿液吸收法 濕法煙氣脫硫 SO2 H2O H2SO3H2SO3 L L H2SO3L H2SO3 O2 L H2SO4H2SO4 NH3 NH4 2SO4NO O3 NO2NO2 H2O HNO2HNO2 L L HNO2L HNO2 O2 L HNO3HNO3 NH3 NH3NO3 24 2020 1 16 ACRE 25 1 焦爐燃燒廢氣中SO2和NOx減排技術 1 5煙道廢氣中NOx的控制措施 活性炭 活性焦脫硫脫硝工藝 固體吸附法 脫硫2SO2 O2 2H2O 2H2SO4脫硝 活性焦作催化劑 4NO 4NH3 O2 4N2 6H2O2NO2 4NH3 O2 3N2 6H2O 25 2020 1 16 ACRE 26 2 干熄焦長壽化技術 2 1背景 目前國內投產的干熄焦特別是干熄焦砌體的使用壽命并不十分理想 絕大多數干熄焦都需要1年一小修 3年一中修 5年一大修干熄焦的停產維修 不僅不利于充分發揮干熄焦的經濟效益和環境效益 還大幅增加了干熄焦的維修成本 更重要的是對整個鋼鐵企業的穩定生產和經濟效益產生了嚴重影響為降低建設投資 除我國寶鋼采用全干熄技術外 國內外其他鋼鐵企業的焦爐均采用干熄焦為主 濕熄焦備用的熄焦方式這種干 濕焦炭倒換對高爐生產的穩定性和順行性造成了極大困難 26 2020 1 16 ACRE 27 2 干熄焦長壽化技術 2 1背景 干熄焦的焦炭質量好且質量穩定 而濕法熄焦的焦炭不僅質量差 更重要的是水分的穩定性差由于焦炭質量及水分的波動常造成高爐生產順行性變差 嚴重影響高爐的產量和整個企業的經濟效益國內某大型鋼企4千多立高爐的生產實踐 為應對干熄焦檢修 高爐需退負荷約0 4 焦比上升28kg t Fe 噴煤比下降20kg t Fe 鐵水產量每天減少1千多t經測算 由于干熄焦檢修 每年造成生產成本上升高達5千多萬 2套干熄焦 2座高爐 27 2020 1 16 ACRE 28 2 干熄焦長壽化技術 2 1背景 即使采用全干熄 也必須解決干熄焦自身維修費用高干熄焦長壽化是一個世界性難題國際上 不少鋼鐵企業特別是東亞和俄羅斯的鋼鐵企業對干熄焦的依賴也十分嚴重 我國存在的干熄焦壽命短的問題 在這些國家也普遍存在日本鋼鐵企業通過多年努力延長了干熄焦砌體的使用壽命 但其建設成本過高 以干熄焦砌體關鍵部位使用的耐材為例 其單價為國內的7 10倍 28 2020 1 16 ACRE 29 2 干熄焦長壽化技術 2 2干熄焦需停產維修的主要原因 1 長期連續在惡劣操作工況下 干熄焦砌體出現磨損 掉磚或局部倒塌導致排焦困難或系統壓力制度混亂 干熄焦無法繼續進行生產2 干熄焦鍋爐作為特種設備需要定期檢修3 處于高溫 高頻率 強摩擦環境下 部分關鍵設備或關鍵部件損壞 需維修更換 29 2020 1 16 ACRE 30 2 干熄焦長壽化技術 2 3干熄焦停產維修內容 包括小修 中修和大修1 小修 20 25天 次 干熄爐砌體的檢查與修復干熄焦鍋爐及其他關鍵設備或關鍵部件的檢查與維護2 中修 45 50天 次 除上述內容外 主要是斜道區砌體的吊頂大修3 大修 60 70天 次 干熄爐斜道區及以上砌體拆除或者拆除整個干熄焦砌體 重新砌筑 30 2020 1 16 ACRE 31 2 干熄焦長壽化技術 2 4干熄焦長壽化目標 小修周期由目前的1年延長至2年 中修周期由3年延長至5年 大修周期由5年延長至10年縮短每次檢修時間的天數 使年均干熄焦操作天數由340 345天延長至355天 包括定修 31 2020 1 16 ACRE 32 2 干熄焦長壽化技術 2 5干熄焦長壽化主要內容 1 耐材性能改善干熄爐在高溫狀態下長期連續工作且焦炭的磨損性極強 生產工況惡劣 對耐火材料的要求很高目前國內普遍使用的干熄焦耐材 冷卻室內層磚的耐磨性 斜道區砌體用磚的高溫抗折強度及耐急冷急熱性能均不能滿足要求與國內CDQ耐材生產企業合作 對干熄焦易損耐材的損壞機理進行分析 適當提高關鍵耐火材料特別是火泥的理化指標 開發并試用新的能適應干熄焦復雜工況的新型耐材 延長其使用壽命 32 2020 1 16 ACRE 33 2 干熄焦長壽化技術 2 5干熄焦長壽化主要內容 2 干熄焦砌體關鍵部位結構優化針對環形氣道的鼓肚和穿洞現象 通過計算機模擬仿真分析 結合環形風道內環墻在重力 熱應力 側壓力狀態下的變形情況 優化內環墻結構 減小變形對冷卻室內側面層磨損進行分析 我們發現磨損首先是從磚與磚之間的磚縫引起并逐漸擴大 最終導致整個面層嚴重磨損開發并試用大型耐磨澆注塊或新型材質 提高其耐磨性能 并大幅減少磚縫 從而降低磨損 33 2020 1 16 ACRE 34 2 干熄焦長壽化技術 2 5干熄焦長壽化主要內容 2 干熄焦砌體關鍵部位結構優化一次除塵器擋墻易出現局部倒塌 在優化一次除塵器除塵性能的基礎上 徹底取消擋墻 或者對擋墻砌體及其外部支撐進行加固一次除塵器前后高溫矩形補償器內襯易脫落 將內襯材料由澆注料改為襯磚的結構形式 34 2020 1 16 ACRE 35 2 干熄焦長壽化技術 2 5干熄焦長壽化主要內容 3 進一步完善施工 開工烘爐及生產操作規程施工砌筑烘爐開工生產操作通過對國內多套干熄焦近年來在砌筑施工 烘爐開工和生產操作中經驗的歸納 總結 制定出完善的施工 開工和生產操作規程 延長干熄焦砌體的使用壽命 35 2020 1 16 ACRE 36 2 干熄焦長壽化技術 2 5干熄焦長壽化主要內容 4 提升關鍵設備或關鍵部件的性能紅焦輸送設備裝入裝置氣體循環系統冷焦排出系統運焦帶式輸送機焦粉收集及運輸系統干熄焦鍋爐部分關鍵設備或關鍵部件在選型和備用性方面必須滿足高溫 高頻率 強摩擦環境下高可靠性要求 36 2020 1 16 ACRE 37 3 焦化工序能耗分析及節能措施 3 1焦化工序能效評估技術研究 能效評估 即能源利用效率評估焦化工業作為一種流程工業 其能效評估首先確定能效指數 進而按照統一的規范配置必要檢測儀表 再通過標準的評價體系對生產全流程進行綜合評價 并指導其實施降低能耗的措施中冶南方牽頭的國家863項目 冶金工業系統能效監測評估及優化控制技術與系統 的子課題中冶焦耐2013年5月 2014年12月 完成其中的焦化工序本項目的結論可以作為完善 焦炭單位產品能源消耗限額 等標準的重要依據 37 2020 1 16 ACRE 38 3 焦化工序能耗分析及節能措施 3 1焦化工序能效評估技術研究 主要研究內容1 確認焦化工序邊界范圍2 焦化工序基準噸焦能耗模型的建立和理論計算3 重要耗能單體的單位產品基準能耗模型的建立和理論計算4 焦化工序能效水平評估指南編制及能效優化模型5 采用新工藝 新技術后的節能效果綜合評估 38 焦化工業 3 焦化工序能耗分析及節能措施 39 3 焦化工序能耗分析及節能措施 40 冶金科技發展中心 鋼鐵行業規范條件 三批申報企業材料 2014 3 焦化工序能耗分析及節能措施 41 3 焦化工序能耗分析及節能措施 42 3 焦化工序能耗分析及節能措施 43 HPF脫硫流程 真空碳酸鉀脫硫流程 真空碳酸鉀脫硫流程 HPF脫硫流程 3 焦化工序能耗分析及節能措施 44 3 焦化工序能耗分析及節能措施 45 3 焦化工序能耗分析及節能措施 46 3 焦化工序能耗分析及節能措施 47 2020 1 16 ACRE 48 4 遠程診斷服務系統 4 1遠程診斷服務系統的建立 48 2020 1 16 ACRE 49 4 遠程診斷服務系統 4 1遠程診斷服務系統的建立 1 2 3 4 診斷結論由個人決定 有一定的局限性 許多問題現場不能馬上解決 需反饋回公司本部請更多的專家研究討論后才能答復 技術服務占用人員多 花費大量人力和財力 技術服務人員在現場收集 整理數據 工作量大 5 服務滯后 無法適應生產的快速響應 存在的問題 49 2020 1 16 ACRE 50 4 遠程診斷服務系統 4 1遠程診斷服務系統的建立 2013年12月 依據相關批復 中冶焦耐開始建設 大連市清潔煉焦工程實驗室 遠程診斷服務系統作為其中一個子項也正式開展建設2014年11月底 中冶焦耐遠程診斷服務系統建設完畢 50 2020 1 16 ACRE 51 4 遠程診斷服務系統 4 1遠程診斷服務系統的建立 服務對象國內客戶 新建工廠以及老廠改擴建中采用新技術的生產裝置由于現場人員對工藝流程 設備不熟悉 操作經驗少 遠程診斷服務可以幫助他們及時提供咨詢服務 防止小問題演變成大故障 造成設備損壞 停產等大問題國外客戶 因與國外客戶存在語言障礙 出國簽證周期長等問題 國外項目投產后 如果出現設備故障 系統不順暢 環保 產品產量不達標等生產問題 處理不及時易演變成大故障 給業主生產和經濟造成重大損失 51 2020 1 16 ACRE 52 4 遠程診斷服務系統 4 1遠程診斷服務系統的建立 52 2020 1 16 ACRE 53 4 遠程診斷服務系統 4 1遠程診斷服務系統的建立 以互聯網作為遠程通訊平臺 以遠程診斷應用軟件實現生產過程數據和音視頻數據的傳輸 通過專家對實時和歷史數據的分析 結合豐富的工藝 工程經驗 判斷用戶發生問題的原因 有針對性的提供最優化的解決方案優勢1 技術服務響應快速及時從用戶發出請求到開始服務 可控制在極短時間內 防止因為處理不及時導致演變成大故障 造成設備損壞 停產等大問題 給業主造成重大損失2 問題診斷處理經過專家多級審核 診斷結論準確3 節省大量的出差人力和財力 53 2020 1 16 ACRE 54 4 遠程診斷服務系統 4 2遠程診斷服務系統的組成 生產數據處理子系統 實現