節(jié)能減排是全球鋼鐵行業(yè)發(fā)展的一個重要課題和必然趨勢，這也促使煤焦化工業(yè)更新技術和裝備，以滿足日益苛刻的環(huán)保要求。在這種情況下，德國ZKS焦化廠建造的3號焦爐點火投產。該焦爐采用了單孔炭化室壓力控制系統(tǒng)，使炭化室內的壓力在整個煉焦過程中保持穩(wěn)定，而且能夠避免裝煤過程中產生煙塵。ZKS的第二座新型焦爐（1號）也正在加緊建設，即將竣工投產。兩座焦爐的總產量約為每年130萬噸焦炭。
位于德國迪林根（Dillingen）市的ZKS焦化廠的3號新型焦爐是基于搗固煉焦技術的焦爐組。在搗固式焦爐中，煤餅是在裝入焦爐之前被壓實的，通過機側爐門裝入。得益于這一技術，即使采用半焦煤也能生產出優(yōu)質焦炭。該工程由兩個階段組成（3號和1號焦爐），總體規(guī)劃計劃如下：興建3號焦爐（50孔）3號焦爐投產拆除原有1號焦爐在原址新建1號焦爐（40孔）新建的1號和3號焦爐投產后，關停2號焦爐。
該大型投資項目采用最先進的環(huán)保型煉焦技術，同時維持ZKS焦化廠原有的約130萬噸焦炭年生產能力。未來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(tǒng)、操作走臺、燃燒系統(tǒng)和荒煤氣系統(tǒng)（包括單孔炭化室壓力控制系統(tǒng)）。
3號焦爐的加熱系統(tǒng)設計為槍式雙煙道構造，以交錯助燃空氣和廢氣再循環(huán)設計對稱加熱。該項目的主要特點是集先進的煉焦技術與環(huán)保措施于一身，其主要技術參數見附表。
技術創(chuàng)新層出不窮
復熱式加熱技術。意大利PW公司成功開發(fā)出復熱式焦爐加熱技術，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。該技術設置的自動加熱控制系統(tǒng)可以實現多種加熱方式：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，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）控制的卷揚機完成。廢氣箱通過兩個氣缸實現加熱方式的轉換，一個氣缸用于風門瓣的選擇（一個較大的風門瓣用于混合煤氣加熱，2個較小的風門瓣用于焦爐煤氣加熱），另一個氣缸用于廢氣瓣的位置調節(jié)（焦爐煤氣送氣位置和混合煤氣送氣位置）。
熱控制技術。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個調節(jié)板（上下各1個），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。爐頭火道通過標準化的調節(jié)板實現微調，使爐頭加熱得以控制，減少損耗，節(jié)省能源。
爐體耐火材料設計。整個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個月的時間里筑砌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家制造。
該焦爐設計過程中，采用了多套特殊軟件工具以優(yōu)化焦爐設計，使整個設計過程得以完全控制，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，尤其是在滑動縫和膨脹縫方面，能減少設計錯誤，避免安裝問題。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，相關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。為了滿足原燃料消耗、環(huán)保和產品質量等方面的要求，根據火焰分析對燃燒室進行了精心設計。焦爐設計時，建立了1個3D的CFD（計算流體動力學）模型來優(yōu)化燃燒室內的氣流熱循環(huán)系統(tǒng)，并對空氣進氣孔和廢氣循環(huán)進行測試，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(tǒng)的優(yōu)化。支撐系統(tǒng)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(tǒng)設計時，其遵從了下列連貫的步驟設計：首先，確定支撐系統(tǒng)的基本尺寸（爐壁防護板、支柱、門框、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、門框、燃燒室爐頭）進行FEM（有限單元法）分析；最后，對燃燒室進行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聯，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(tǒng)始終通過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5米和安裝整體防護板的焦爐常出現的問題。
巧妙控制“絕”煙塵
在搗固焦爐裝煤中，煤餅是通過機側爐門裝入的，裝煤餅過程會產生大量煙塵。為減少煙塵排放，過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的集氣管內產生400帕的強大負壓。在不裝煤時的干餾過程中，集氣管內的負壓力設置在零值附近，在開始推焦之前又被轉換到較高的負壓設置。為此，意大利PW公司設計開發(fā)了Sopreco閥門。這種特殊的控制閥位于水封閥與橋管之間。該閥門與作用于氣動閥致動器上的壓力控制環(huán)路相配合，使炭化室內的壓力穩(wěn)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ZKS焦化廠3號焦爐的投產，50個Sopreco閥門投入使用，基本杜絕了煙塵排放。
焦爐點火 性能穩(wěn)定
焦爐在預熱控制系統(tǒng)的操作下開始加熱，加熱曲線嚴格遵循理論曲線，最大偏差不超過0.4%。在耐材完全膨脹以后，焦爐被維持在一個穩(wěn)定而狹窄的溫度范圍內，以測試用于新焦爐的原有設備。
焦爐經微調以后，又成功地進行了5天的混合煤氣加熱性能測試，平均干餾時間為22小時。試驗結果顯示，該焦爐不僅操作性能更加穩(wěn)定，而且還達到了國際上現行最嚴格的環(huán)保標準。
隨著ZKS焦化廠新3號焦爐成功地通過性能測試，其新1號焦爐的建設也在緊鑼密鼓的進行之中。