三段式水蒸汽熄焦技术的探索

摘要

熄焦技术是冶金和炼焦行业的关键技术，其熄焦的效率及过程不仅影响生产，也影响后续的经济效益和环境效益。本文探索了一种对焦炭进行降温同时回收焦炭显热的三段式水蒸汽熄焦技术，并对该技术的基本参数进行了初步的计算和分析。主要研究成果如下：
　　（1）本文初步开发了一种将熄焦过程按三段采用不同熄焦原理进行的熄焦技术。主要降温方式为：高温段（1050℃～850℃），通入水蒸汽发生水煤气等反应使焦炭迅速降温；中温段（850℃～550℃），向焦炭喷洒液态水发生汽化吸热过程使焦炭进一步降温；低温段（550℃～200℃），将焦炭装入密闭加压熄焦罐，向焦炭喷洒液态水发生加压汽化吸热使焦炭降温至200℃以下。以上三个降温过程，相互衔接，使焦炭在降温的同时能够减少对水资源消耗，增加经济价值，且对焦炭质量的影响较湿法熄焦更小。
　　（2）该技术处理1 t焦炭能产生含有27.77％H2O、39.52%H2、25.91%CO以及6.80%CO2的混合气体5.4×104m3，气体组成与工业制取水煤气的组成接近。冷凝后的混合气体体积为3.85×104m3。所需60℃的液态水的质量为：0.32t，产生0.3MPa，132.9℃的水蒸汽0.19t。与湿法熄焦每处理1t焦炭约需水0.5t相比，该技术对水的消耗量明显小于湿法熄焦。
　　（3）冷凝后的混合气体，低热值为1.03×106kJ/Nm3，高热值为：1.14×106kJ/Nm3。虽然CO的含量较高，但可以通过水煤气变换反应、调节供气速度等途径进行调节，因此该熄焦过程中产生的混合气体具有成为城市煤气利用的可能。低温段产生的0.3MPa下的水蒸汽经汽轮机发电，每年约可以节省电费960万元。
　　（4）整个熄焦过程对焦炭的消耗率为4.89%，可以通过向预存室或是振动给料的过程中投加焦粉或是碳粉等，使其在于高温焦炭进行热传递后与焦炭竞争，减少对焦炭的损耗，使损耗率控制在2%以内。
　　（5）对熄焦过程最短时间进行了估算，高温段、中温段和低温段焦炭所需最短热传导时间为：83.92s，71.01s，54.13s；中温段和高温段液态水升温时间分别为916.34s和1361.30s。该技术最短操作时间约42min。与干熄焦技术所需时间3h相比，具有明显的优势。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 湿熄焦技术概况

1.3 干熄焦技术概况

1.4 对焦炭质量的讨论

1.5 三段式水蒸汽熄焦技术的提出

1.6 课题的研究内容及意义

1.7 课题的创新点及可行性

第二章 三段式水蒸汽熄焦技术的探索

2.1 三段式水蒸汽熄焦技术的计算要点分析

2.2 三段式水蒸汽熄焦技术的工艺设计指标

2.3 三段式水蒸汽熄焦技术的平衡约束及设计目标

2.4 本章小结

第三章 三段式水蒸汽熄焦技术的工艺计算

3.1 熄焦过程中发生的物理化学过程分析

3.2 熄焦过程中的传热分析

3.3 高温段的温度范围选择

3.4 中温段的设计计算

3.5 低温段所产生水蒸汽的量

3.6 焦炭的损耗量计算

3.7 本章小结

第四章 三段式水蒸汽熄焦技术的进、出物料分析

4.1 高温段气体的计算

4.2 对高温段气体热值的讨论

4.3 低温段0.3 MPa水蒸汽的讨论

4.4 60℃的水的消耗量计算

4.5 三段式水蒸汽熄焦工艺焦炭的损失与干熄焦及湿熄焦的比较

4.6 本章小结

第五章 三段式水蒸汽熄焦技术的各段最短熄焦时间计算

5.1 保证焦炭降温完全的最短熄焦时间

5.2 传热完成所需的最短熄焦时间

5.3 各段最短熄焦时间的比较及选择

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢