国家发改委于2013 年3 月核准山东钢铁集团有限公司日照钢铁精品基地项目。身为山东钢铁子公司的项目设计咨询单位，山东省冶金设计院此时更应发挥专业优势为集团公司决策提供技术支撑，深刻理解时代背景，把脉未来技术发展方向， 集成当代科技成果应用尽用，创新设计是实现项目示范效应和持续竞争力的源泉。本文将对山东省冶金设计院用技术创新全力打造山东钢铁日照精品基地绿色智能梦工厂的成果进行系列报道，以飨读者。
山钢日照钢铁精品基地7.3m 焦炉通过采用大容积宽炭化室技术，两段加热、双联火道、废气循环、蓄热室分格、薄炉墙等低氮节能燃烧技术， 焦炉炉内脱硝技术，四段式保护板技术，SOPRECO 单孔调压技术，非对称式烟道技术，SUPRACOK 焦炉二级自动化系统，焦炉机车智能作业管理系统等一系列先进设备和技术，使焦炉氮氧化物排放浓度达到国家和山东省特别限值排放标准，焦炉炼焦耗热量达到特级炉标准，在焦炉炉体、焦炉机械、工艺装备、自动化和环保水平等方面达到国际先进水平。
1、 7.3m 大型焦炉主要特色技术
1.1 大容积宽炭化室技术
日照精品基地7.3m 焦炉炭化室平均宽度550mm， 长度19846mm， 单孔容积71.5m3，同等高度系列焦炉单孔容积最大，同等规模焦炉所需炭化室孔数少，占地面积小。
1.2 低氮节能燃烧技术
7.3m 焦炉采用两段加热、双联火道、废气循环、蓄热室分格及薄炉墙等技术，并且采用FAN 火焰分析系统（焦炉加热系统数据库及仿真模拟系统）分析焦炉燃烧室燃烧状况，最优化焦炉炉体及加热系统设计，保证炉体高向加热均匀性，减少氮氧化物和上升管根部石墨的产生，且降低炼焦耗热量。
1）两段加热技术。7.3m 焦炉燃烧室分两段供给空气进行燃烧，相比加热煤气和空气均分段供给的焦炉，空气两段供给方式既达到了拉长立火道火焰的目的，又不至于使燃烧室各燃烧点温度和炉顶空间温度过高，有利于炉体高向加热的均匀性，且减少了焦炉氮氧化物和上升管根部石墨的产生。
2）双联火道及废气循环技术。7.3m 焦炉燃烧室由36 个共18 对双联火道组成，在每对立火道隔墙间上部设有跨越孔，下部设有废气循环孔，将下降火道的废气吸入上升火道的可燃气体中，起到拉长火焰作用，有利于焦炉高向加热的均匀性，同时降低燃烧点的温度，减少氮氧化物的产生。
3）分格蓄热室技术。7.3m 焦炉蓄热室分为煤气蓄热室和空气蓄热室，蓄热室沿焦炉机焦侧方向分为18 格，每一格蓄热室下部设可调节孔口尺寸的调节板来控制单格蓄热室的气流分布，使加热混合煤气和空气在蓄热室长向分配更加合理，燃烧室长向的气流分布更加均匀，有利于焦炉长向加热的均匀性。
4） 薄炉墙技术。7.3m 焦炉炭化室炉墙厚度设计为90mm，薄炉墙导热性好，热效率高，降低了焦炉加热的能耗及立火道温度，从源头上减少了氮氧化物产生。
1.3 四段式保护板技术
通过护炉铁件系统有限元模型分析焦炉炉体不同部位在煤炭干馏膨胀压力、推焦力等作用下的受力情况，最优化护炉铁件系统设计，保护板优化设计为四段式结构，有效消除机械应力和保护板的弯曲，最大限度地避免保护板的变形，使保护板始终与炉体紧密贴合，有效延长了炉体寿命，杜绝炉体冒烟冒火。
1.4 焦炉炉内脱硝技术
借鉴电厂成熟可靠的SNCR 脱硝经验，在焦炉蓄热室950-1050℃区间通入含氨气体，氨气与NOx 发生化学反应生成N2 和H2O，经沈阳炼焦制气厂6m 顶装焦炉一年多的工业实验验证，氮氧化物的脱除率能达到45%-60%。
焦炉炉内脱硝技术，不使用催化剂，无二次污染，一次投资和运行成本低，仅为炉外脱硝的20%。
1.5 SOPRECO 单孔调压技术
单孔调压系统对每个炭化室压力进行自动调节，从而实现在装煤和结焦过程负压操作的集气管对炭化室有足够的吸力，使炭化室内压力不致过大，以保证荒煤气不外泄，而在结焦末期又能保证炭化室内不出现负压，从而避免炭化室压力过大导致炉门冒烟和炭化室负压吸入空气影响焦炉寿命和焦炉窜漏，另外，替代高压氨水或蒸汽喷射消烟，省去装煤除尘地面站，实现无烟装煤。
该7.3m 大型焦炉采用的SOPRECO 单孔调压系统为半球型回转阀结构，与其他形式单孔调压系统相比，结构简单，故障率低，运行稳定可靠。
1.6 非对称式烟道技术
利用流体动力学特性，根据焦炉机焦侧炭化室锥度特点，从机侧到焦侧需要更多加热煤气量且相应产生更多废气量，废气开闭器及烟道布置在焦炉焦侧，混合煤气及空气导入装置布置在焦炉机侧，非对称式烟道技术便于调节从机侧到焦侧各立火道煤气流和空气流，且便于废气流的排出，有利于焦炉长向加热的均匀性。另外，单侧烟道的废气开闭器和混合煤气及空气导入装置减少一半，有利于节省设备投资。
1.7 SUPRACOK 焦炉二级自动化系统
日照钢铁精品基地7.3m 焦炉采用SUPRACOK 焦炉二级自动化系统，是一套焦炉燃烧模型控制与生产优化系统，系统集数学模型和监督指导功能于一体，具有焦炉自动加热调节与控制、结焦过程监控、装煤和推焦作业计划编制及协调，以及与一级自动化系统和其他计算机系统的数据通讯等功能，可达到如下效果： 1）提高焦炉操作稳定性、安全性和生产率；2）减少加热燃气消耗，降低炼焦耗热量；3） 减少氮氧化合物生成，易于达到环保要求；4）提高和稳定焦炭质量；5）延长焦炉炉体寿命；6）为操作者提供及时、精确和综合的信息。
1.8 焦炉机车智能管理系统
焦炉机车智能作业管理系统采用码牌定位技术+ 无线数据通讯技术。码牌技术采用射频识别方式，各炉有独立的定位标记，无累计误差，定位方法简单可靠，定位精度高， 对位精度达±2mm ；无线数据通讯技术分别在推焦车、拦焦车、电机车、装煤车设无线通讯子站，在主控室设无线通讯主站，实现无线组网通讯， 完成四大车之间及与出焦除尘站、机侧炉头烟除尘站之间的数据交换。焦炉机车智能作业管理系统实现了四大机车的自动化生产运行和计算机生产管理，实现焦炉机车“有人监视、全自动运行”智能化目标。
2 、7.3m 大型焦炉绿色化、智能化应用
2.1 大型焦炉
日照钢铁精品基地7.3m 焦炉炭化室高度7305mm，单个炭化室容积71.5m3，同等高度系列焦炉单孔容积最大，同等规模焦炉需要配置的炭化室孔数最少，焦炉机车紧张操作系数也更低。
2.2 绿色化焦炉
2.2.1 环保
1）阵发性污染少。日照钢铁精品基地7.3m 焦炉出炉次数少，能减少装煤及推焦阵发性污染，并且采用水封槽式机侧炉头烟除尘地面站和出焦除尘地面站等完善的环保措施，改善炼焦生产操作环境。
2） 非阵发性污染少。采用有限元模型优化护炉铁件系统，减少炉体及炉门等处烟尘泄漏，改善炼焦生产操作环境。采用单孔调压系统调节每个炭化室压力，减少炉门及装煤孔等处荒煤气的泄漏，且取代除尘地面站，实现无烟装煤。
3）氮氧化物排放低。日照钢铁精品基地7.3m 焦炉采用火焰分析模型、两段加热等低氮燃烧技术和炉内脱硝技术，能有效降低氮氧化物的产生量，使烟道废气氮氧化物的浓度控制在100mg/Nm3 以下。
当使用混合煤气加热时， 烟道废气氮氧化物浓度控制在120mg/Nm3 以下，炉内脱硝设施投用后，氮氧化物排放浓度可达到国标（GB 16171- 2012）大气污染物特别排放限值和山东省标准（DB37- 2376-2013）重点地区（第四时段）大气污染物排放要求。
2.2.2 节能
7.3m 焦炉采用薄炉墙技术，利于提高炭化室炉墙的传热速率，提高焦炉热效率；采用的火焰分析模型技术、两段加热技术、分格蓄热室、非对称式烟道技术等技术，优化了焦炉高向和长向加热均匀性，降低炼焦耗热量；采用SUPRACOK 焦炉二级自动化技术，实现焦炉加热自动控制与调节，降低炼焦耗热量。
综合以上技术的实施，使7.3m 焦炉炼焦耗热量达到了中国炼焦行业协会《大容积焦炉状况等级评定标准》中规定的特级炉炼焦耗热量指标。
2.3 智能化焦炉
日照钢铁精品基地7.3m 焦炉采用的SUPRACOK 焦炉二级自动化系统，能实现焦炉自动加热与调节、结焦过程监控、装煤和推焦作业计划编制及协调等功能，该系统的应用提高了焦炉操作稳定性、安全性和生产率，同时为操作者提供及时、精确和综合的信息。
7.3m 焦炉机车智能作业管理系统采用码牌定位技术+ 无线数据通讯技术，自动化控制三车推焦联锁和四车协调， 实现了四大机车的自动化生产运行和计算机生产管理，在焦炉机械的自动化水平﹑高可靠性和低维护量以及焦炉环保控制等方面达到国际领先水平。
单孔调压技术可在整个结焦时间内自动控制单个炭化室压力，解决因炭化室加高而带来的炭化室压力控制困难。
焦炉换向阀集中润滑技术实现了焦炉换向设施的自动润滑，降低了工人劳动强度。
【内容来源】世界金属导报
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【编辑】侯思璇
