節能減排是全球鋼鐵行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要課題和必然趨勢，這也促使煤焦化工業(yè)更新技術(shù)和裝備，以滿(mǎn)足日益苛刻的環(huán)保要求。在這種情況下，德國ZKS焦化廠(chǎng)建造的3號焦爐點(diǎn)火投產(chǎn)。該焦爐采用了單孔炭化室壓力控制系統，使炭化室內的壓力在整個(gè)煉焦過(guò)程中保持穩定，而且能夠避免裝煤過(guò)程中產(chǎn)生煙塵。ZKS的第二座新型焦爐（1號）也正在加緊建設，即將竣工投產(chǎn)。兩座焦爐的總產(chǎn)量約為每年130萬(wàn)噸焦炭。
位于德國迪林根（Dillingen）市的ZKS焦化廠(chǎng)的3號新型焦爐是基于搗固煉焦技術(shù)的焦爐組。在搗固式焦爐中，煤餅是在裝入焦爐之前被壓實(shí)的，通過(guò)機側爐門(mén)裝入。得益于這一技術(shù)，即使采用半焦煤也能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)焦炭。該工程由兩個(gè)階段組成（3號和1號焦爐），總體規劃計劃如下：興建3號焦爐（50孔）3號焦爐投產(chǎn)拆除原有1號焦爐在原址新建1號焦爐（40孔）新建的1號和3號焦爐投產(chǎn)后，關(guān)停2號焦爐。
該大型投資項目采用最先進(jìn)的環(huán)保型煉焦技術(shù)，同時(shí)維持ZKS焦化廠(chǎng)原有的約130萬(wàn)噸焦炭年生產(chǎn)能力。未來(lái)2號焦爐是否重建需要ZKS最終作出決定。
最大的搗固式焦爐
原有的1號和2號焦爐共由90孔炭化室組成，高度（熱態(tài)）為6.25米，新建的50孔3號焦爐與原有的兩座焦爐并排而立，高度為6.25米。新焦爐的尺寸設計旨在增加爐體耐材的堅固性（與原焦爐相比增加30%），其SUGA值（焦爐爐墻的極限負荷）達到12千帕，并且適用原有的焦爐機械設備。
該新建焦爐為世界上炭化室最高的搗固式焦爐，整個(gè)焦爐的設計、供貨、安裝和烘爐涵蓋以下方面：爐體耐材模塊、支撐系統、操作走臺、燃燒系統和荒煤氣系統（包括單孔炭化室壓力控制系統）。
3號焦爐的加熱系統設計為槍式雙煙道構造，以交錯助燃空氣和廢氣再循環(huán)設計對稱(chēng)加熱。該項目的主要特點(diǎn)是集先進(jìn)的煉焦技術(shù)與環(huán)保措施于一身，其主要技術(shù)參數見(jiàn)附表。
技術(shù)創(chuàng )新層出不窮
復熱式加熱技術(shù)。意大利PW公司成功開(kāi)發(fā)出復熱式焦爐加熱技術(shù)，運用于此焦爐，既可以用混合煤氣加熱，也可以用焦爐煤氣加熱。該技術(shù)設置的自動(dòng)加熱控制系統可以實(shí)現多種加熱方式：1/3焦爐使用混合煤氣，2/3焦爐使用焦爐煤氣；1/3焦爐使用焦爐煤氣，2/3焦爐使用混合煤氣；焦爐全部使用混合煤氣；焦爐全部使用焦爐煤氣。
同時(shí)，加熱方式的切換可以不依靠人工操作，而由PLC（可編程邏輯控制器）控制的卷?yè)P機完成。廢氣箱通過(guò)兩個(gè)氣缸實(shí)現加熱方式的轉換，一個(gè)氣缸用于風(fēng)門(mén)瓣的選擇（一個(gè)較大的風(fēng)門(mén)瓣用于混合煤氣加熱，2個(gè)較小的風(fēng)門(mén)瓣用于焦爐煤氣加熱），另一個(gè)氣缸用于廢氣瓣的位置調節（焦爐煤氣送氣位置和混合煤氣送氣位置）。
熱控制技術(shù)。該焦爐蓄熱室劃分為以下部分：機側爐頭（加熱1火道~4火道）、機側中間部分（加熱5火道~18火道）、焦側爐頭（加熱31火道~34火道）和焦側中間部分（加熱19火道~30火道）。廢氣箱內設置了2個(gè)調節板（上下各1個(gè)），操作者可以輕松地控制爐頭與中間部分空氣和混合煤氣的流量。爐頭火道通過(guò)標準化的調節板實(shí)現微調，使爐頭加熱得以控制，減少損耗，節省能源。
爐體耐火材料設計。整個(gè)焦爐的設計包括焦爐的所有特色的基本設計和詳細設計。120名耐火磚筑砌工人在工棚里每天工作，在不到7個(gè)月的時(shí)間里筑砌800種不同形狀的17000噸耐火磚。磚型設計借助于VAP（仿真組裝程序）完成，實(shí)現了精準設計、對耐火材料用量的精確估計和砌筑方案的優(yōu)化。耐火磚由德國和捷克共和國的廠(chǎng)家制造。
該焦爐設計過(guò)程中，采用了多套特殊軟件工具以?xún)?yōu)化焦爐設計，使整個(gè)設計過(guò)程得以完全控制，從而達到所需的尖端水平。仿真組裝程序是一款可以對復雜的焦爐爐襯進(jìn)行3D設計的軟件包，從小煙道到焦爐頂的每一塊磚都可以在程序中進(jìn)行尺寸設計及合適的位置擺放。仿真組裝程序是設計和施工的得力助手，尤其是在滑動(dòng)縫和膨脹縫方面，能減少設計錯誤，避免安裝問(wèn)題。仿真組裝程序可以提供詳細的耐材表、工程量清單、施工草圖和剖面圖。
在設計和建設時(shí)，相關(guān)施工人員將焦爐爐襯耐材磚層的高度提高到了140毫米，以減少燃燒室的水平磚縫，避免爐役后期炭化室之間竄漏和減少CO有害氣體的排放。
火焰分析。進(jìn)行火焰分析的目的是評估NOx（氮氧化物）值和溫度分布情況。為了滿(mǎn)足原燃料消耗、環(huán)保和產(chǎn)品質(zhì)量等方面的要求，根據火焰分析對燃燒室進(jìn)行了精心設計。焦爐設計時(shí)，建立了1個(gè)3D的CFD（計算流體動(dòng)力學(xué)）模型來(lái)優(yōu)化燃燒室內的氣流熱循環(huán)系統，并對空氣進(jìn)氣孔和廢氣循環(huán)進(jìn)行測試，以保證加熱均勻和減少氮氧化物的生成，而模擬分析采用的CFD計算工具能夠處理復雜的運算。
支撐系統的優(yōu)化。支撐系統旨在給予爐襯耐材適當的壓力，以抵消燃燒室內的拉應力。在支撐系統設計時(shí)，其遵從了下列連貫的步驟設計：首先，確定支撐系統的基本尺寸（爐壁防護板、支柱、門(mén)框、燃燒室爐頭）和初期應力分布；其次，用Ansys軟件對熱應力和機械應力下的爐頭（爐壁防護板、門(mén)框、燃燒室爐頭）進(jìn)行FEM（有限單元法）分析；最后，對燃燒室進(jìn)行FEM分析。支撐力的計算基于以下操作條件：膨脹壓力（煤干餾）導致的拉應力和推焦造成的拉應力。
為了將計算的壓力與燃燒室的不同部分相關(guān)聯(lián)，防護板被設計成許多相互獨立的板塊。這一特殊設計可以確保在正常焦爐操作條件下支撐系統始終通過(guò)防護板與爐襯耐材接觸，尤其能防止裂紋的形成，而裂紋形成正是高度超過(guò)5米和安裝整體防護板的焦爐常出現的問(wèn)題。
巧妙控制“絕”煙塵
在搗固焦爐裝煤中，煤餅是通過(guò)機側爐門(mén)裝入的，裝煤餅過(guò)程會(huì )產(chǎn)生大量煙塵。為減少煙塵排放，過(guò)去運用了多種治理方法，例如使用密封框，但是密封框只能部分減少而不能杜絕這種煙塵排放。
在ZKS的新焦爐中，采用的煙塵控制方法能在焦爐裝煤時(shí)的集氣管內產(chǎn)生400帕的強大負壓。在不裝煤時(shí)的干餾過(guò)程中，集氣管內的負壓力設置在零值附近，在開(kāi)始推焦之前又被轉換到較高的負壓設置。為此，意大利PW公司設計開(kāi)發(fā)了Sopreco閥門(mén)。這種特殊的控制閥位于水封閥與橋管之間。該閥門(mén)與作用于氣動(dòng)閥致動(dòng)器上的壓力控制環(huán)路相配合，使炭化室內的壓力穩定在正值，在ZKS的3號新焦爐中預設為130帕。由于采用了這種設計，再借助于水封閥，可將焦爐炭化室與集氣管完全切斷。
隨著(zhù)ZKS焦化廠(chǎng)3號焦爐的投產(chǎn)，50個(gè)Sopreco閥門(mén)投入使用，基本杜絕了煙塵排放。
焦爐點(diǎn)火 性能穩定
焦爐在預熱控制系統的操作下開(kāi)始加熱，加熱曲線(xiàn)嚴格遵循理論曲線(xiàn)，最大偏差不超過(guò)0.4%。在耐材完全膨脹以后，焦爐被維持在一個(gè)穩定而狹窄的溫度范圍內，以測試用于新焦爐的原有設備。
焦爐經(jīng)微調以后，又成功地進(jìn)行了5天的混合煤氣加熱性能測試，平均干餾時(shí)間為22小時(shí)。試驗結果顯示，該焦爐不僅操作性能更加穩定，而且還達到了國際上現行最嚴格的環(huán)保標準。
隨著(zhù)ZKS焦化廠(chǎng)新3號焦爐成功地通過(guò)性能測試，其新1號焦爐的建設也在緊鑼密鼓的進(jìn)行之中。