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焦炭作为“煤—焦—钢”产业链的中游核心环节，是钢铁冶炼过程中的核心原料，被誉为钢铁生产的“基本食粮”。干熄焦技术是现代焦化工业大量采用的先进工艺，它不仅能有效回收红焦的显热，还能改善焦炭的质量，并显著减轻熄焦操作对环境的影响。截至2023年底，我国干熄焦装置数量约为481套，全国常规焦炉干熄焦配备率已超过70%，部分先进地区和企业实现全干熄焦。
图1：某钢铁焦化厂
干熄焦是用以惰性气体为主的循环气体在密闭干熄炉内熄灭红焦。在此过程中，伴随着焦炭烧损，据初步估算大部分的干熄焦装置烧损率在2%~2.5%，甚至更高。一方面，烧损给企业的经济效益带来损失，另一方面，循环风机后放散的循环气体量和CO₂浓度增加，推高了碳排放，不符合双碳发展目标。
焦炭烧损产生的主要原因主要有以下三点
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焦炭燃烧 ：在干熄焦生产过程中，由于负压段泄漏、空气导入过量及炉盖开启吸收的空气进入循环气体，在干熄炉及一次除尘，焦炭（粉）直接与氧气接触发生反应，固定碳转变为CO和CO₂。
C+O₂=CO₂ ①
2C+O₂=2CO ②
2CO+O₂=2CO₂ ③
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溶碳反应 ：焦炭燃烧反应增加了循环气体中CO₂含量，一般体积百分比约为14%～18%。循环气体在干熄炉内与焦炭接触的过程中，在高于730 ℃时与焦炭发生反应④，固定碳转变为CO，为控制CO浓度，部分在一次除尘与导入空气发生反应③，转变为CO₂。
CO₂+C=2CO ④
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水煤气反应 ：红焦在干熄炉内是个再炼焦的过程，持续析出H₂、CO等气体，为保证干熄焦装置安全，向干熄炉环风道内导入空气，在一次除尘将循环气体中的可燃组分燃烧，发生反应③⑤，使循环气体中含有水蒸气。当循环气体通过干熄炉冷却室时，水蒸气遇红焦发生水煤气反应，即反应式⑥，固定碳转变为CO，在一次除尘部分燃烧转变成CO₂。
2H₂+O₂=2H₂O ⑤
H₂O+C=H₂+CO ⑥
在整个熄焦过程中，①②④⑥反应直接造成了碳损失，反应③和⑤推动了反应④和⑥，增加了碳损失，反应①-⑥形成了焦炭烧损的恶性循环。
图2：干熄焦本体工艺流程
在现阶段，降低焦炭烧损的主要技术有以下三种：
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充氮置换 。采用充氮置换一部分循环气，从而稀释并降低循环气体中的可燃组分。增加充氮量虽然可降低焦炭烧损，但受制氮能力及成本的影响，推广局限性大，成本也高。
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减少空气导入 。导入空气是为控制循环气体中可燃成分在安全范围内，但空气导入过量，造成焦粉不完全燃烧产生烧损，因此减少空导可以降低烧损，但同时也会带来循环气中可燃气体比例的升高从而产生安全隐患。
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降低循环气体中CO₂含量 。将一部分干熄焦循环气体进行CO₂捕集脱除，降低循环气体中的CO₂含量，打破前述焦炭烧损恶性反应循环，减少溶碳反应而降低烧损，在技术和经济上是可行的。
表1：三种降低焦炭烧损技术对比
但现有的CO₂捕集技术成本较高、经济性较差的不足，制约了该技术的大规模工业应用。霖和气候科技针对以上问题，精准施策，开发并实施了高钙固废协同脱碳降低焦炭烧损技术，其核心是通过高钙固废协同实现干熄焦循环气中CO₂的低成本捕集，减少碳溶反应，降低焦炭烧损，从而实现减碳、利废、增效的多重兼顾。
图3：高钙固废协同脱碳降低焦炭烧损技术工艺流程
此外，相较于传统脱碳技术，本技术优势明显
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系统本身为固液系统，且吸收液对硫含量不敏感，适用于高粉尘、高硫工况，减少除尘和脱硫装置的投入；
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运行工况调整灵活，可完美匹配干熄焦系统新旧动态平衡的建立过程；
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利用高钙固废作为再生药剂，实现以废治废，降低脱碳成本；
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所有反应均为自发反应，脱碳过程为零能耗，系统操纵简便，无高温高压操纵。
该技术已在河南某焦化企业进行了工业级验证，装置运行良好，各项参数达到预期目标。以该项目取得的数据为依据，以年产100万吨焦炭项目为例，应用本技术后，每年可增产焦炭约16150吨，每年可减少CO₂排放约3.96万吨，年净收益1421万元以上，具有良好的经济和环保效益。
该技术通过创新的 “固废协同脱碳” 路径，成功破解了干熄焦行业焦炭烧损与碳排放双重难题，为钢铁焦化行业实现减碳、利废、增效的绿色转型提供了切实可行的技术方案。
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