焦化工序節能技術分析

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在吸收國內常壓脫苯的基礎上，在五化產粗苯工序開發全新的蒸餾方法———減壓蒸餾法脫除富油中的苯族烴（見圖1）。該工藝不消耗蒸汽，而是利用脫苯塔釜的高溫熱貧油作為蒸餾用的熱源，節能增產效益明顯：貧油含苯低，洗苯效果好，洗苯后煤氣含苯在1.5g/m3，可增加粗苯產量約1000t/a，節能超過2000tce/a。另外，新工藝較常壓脫苯工藝減少廢水產生量約20000t/a，降低了污水處理系統工序耗能。

隨著生產規模的擴大及工藝的變革，推廣應用高壓變頻節能技術成為焦化工序節能的重要手段，對主要高壓電機設備，以及已經應用了液力偶合器調速的電機設備進行變頻調速技術改造。到目前，完成了化產風機等11臺（套）大型高壓電機設備的變頻技術改造，總功率為6550kW，在原來使用液力偶合器調速的基礎上節電效率進一步提高，節電率達32.75%，年節電量為9.6×106kW•h，節電效果顯著。另一方面，在各電氣設備安裝了無功補償柜，應用就地補償技術，實現了自動無功補償，供電功率因數大大提高，2011年達9.53，2012年1～9月為9.65。

在實施節能技術改造項目的同時，通過工藝、管理優化等手段，不斷降低焦化工序能耗。

1焦爐加熱優化串級控制（OCC）

焦爐加熱系統具有典型的大慣性、非線性、時變的復雜特性。2004年，從安徽工業大學引進了焦爐加熱優化串級控制（OCC）技術并應用于4、5號焦爐，在此基礎上，自我開發推廣應用到所有焦爐。優化串級控制系統對焦爐加熱煤氣、煙道吸力進行優化自動調節，實現焦爐爐溫閉環控制[6]。在每個煤氣換向周期自動檢測一次火道溫度，及時發現爐溫的波動及時調整加熱煤氣用量和相應吸力大小，使爐溫能夠以0.5h左右的時間間隔周期性地快速得到調整、修正，使煤氣使用過量或不足的最大可能時間縮短為一個換向周期，與人工每4h測溫一次、調整一次相比，大大地提高了爐溫的穩定性和調整的及時性，焦爐橫排溫度和直行溫度的均勻性進一步提高，直行溫度可控制在±7℃以內，達到最佳供熱效果，可節約加熱煤氣耗量2%～3%，耗熱量降低約90kJ/kg，實現了加熱過程的自動、節能、優化的多重效果。

2低標溫、低爐頂空間溫度煉焦生產

焦化工序的能耗構成中，焦爐熱耗約占80%以上。提高焦爐熱工效率，是降低耗熱量的主要措施，實施低標溫煉焦是降低煉焦耗熱的最直接手段。標溫降低后，煉焦耗熱量降低了150kJ/kg，焦爐各炭化室中上部、及爐頂區的石墨逐漸剝離、脫落，傳熱系數提高，焦炭成熟情況良好（見表3）。

3焦爐爐頭火道輔助加熱

由于焦爐爐頭部位散熱大，推焦時摘爐門受冷空氣影響，爐頭溫度往往較低，爐頭部位焦炭成熟困難。在焦爐使用高爐煤氣加熱時，通常的做法是以提高標溫來保證爐頭火道溫度，但是，這樣會直接導致煉焦耗熱量的增加。實施焦爐爐頭火道輔助加熱，以適應低標溫或長結焦時間下對爐頭溫度的要求。爐頭溫度得到了較好的改善，結焦時間偏長時，不再以提高標準溫度來保證爐頭溫度，在標溫降低至1250℃的工況下，爐頭火道仍達到1100℃以上，保證爐頭焦炭均勻成熟，也明顯降低了煤氣消耗。

4干熄焦鍋爐排污水熱量回收

干熄焦鍋爐的排污是確保鍋爐安全和經濟運行的一個重要措施，一般約為鍋爐蒸發量的1%～3%，排污過程也是排掉熱量的過程。把高溫（540℃）的排污水引進換熱器，將鍋爐給水在進入除氧器前，先送入板式換熱器與排污水進行換熱，溫度升高～10℃后送入除氧器，可相應減少除氧器蒸汽3～5t/h，相當于提高鍋爐效率約1.5%。

傳統的焦爐碳化室爐門襯磚采用粘土磚、堇青石磚材料，生產中爐門表面溫度高達180℃（機側）以上，散熱損失大。新型整體澆注爐門的應用，爐門散熱損失降低明顯，新型爐門表面溫度比老式爐門表面溫度低40℃以上（見圖2）。此外，較原堇青石磚爐門相比，厚度減薄60mm，炭化室有效容積可增大0.12m3，每一炭化室可多裝煤150kg，110萬噸產能規模的焦爐年可增產焦炭5500多噸。焦化廠在生產過程中產生的焦油渣（約4000t/a）、剩余污泥（約2500t/a），污染重，毒性大，難處理，是焦化行業污染治理難題。如何實現廢渣的資源化、再利用，是焦化廠面臨的重要難題。焦化自行設計、安裝的廢渣處理站順利投產，該處理站將全廠每天產生的全部焦油渣、剩余污泥做粘結劑，摻混少量除塵灰到粉碎機后配合煤中供煉焦用，使廢物得到了利用，不僅減輕了環境污染，也替代了部分煉焦煤約5000t/a，降低煉焦煤耗。

原料煤是焦化工序第一大能源，保證焦炭質量的穩定下的優化用煤就是最大的節能。煉焦配煤專家系統的核心就是利用數據庫建立的預測模型和專家知識，在確定焦炭質量目標的基礎上進行的對原料煤的優化配用[5]。在現有基礎上，完善單種煤的質量指標評價、個性化配比方案模型、專家-經驗配比模型以及“焦炭質量—配合煤成本優化”預測等多個功能模塊，達到減少焦炭質量波動、降低煉焦成本的目的，實現焦化工序的低耗高質。干熄焦噸焦蒸汽產生量為0.55t/t，2011年外供發電蒸汽量僅有0.406t/t，其中，干熄焦蒸汽有一部分（約60～70t/h）進行減溫減壓后供焦化工序使用，顯然，高品質的高溫高壓蒸汽轉換成低品質的中低壓蒸汽使用，轉換過程能耗損失相當大。因此，蒸汽應按溫度、壓力、流量進行梯級使用，提高蒸汽的二次利用率，避免蒸汽的工藝浪費現象。通過供汽管網的梯級利用改造和干熄焦操作的優化，可以提高噸焦外供蒸汽量。（1）蒸汽梯級使用優化改造：①在一熱電50MW發電機組汽機的高加出口抽出1.6～2.0MPa蒸汽供應焦化氨回收使用，該溫度壓力等級相近、技術可行。②將1.0MPa蒸汽管網向0.5MPa蒸汽管網供汽，動力廠1號熱電擴容改造汽輪機抽氣的0.8～1.3MPa分汽缸減壓后形成0.5MPa分汽缸從西面向焦化供汽，保障了富余的1.0MPa蒸汽轉供到焦化使用。③A區150t轉爐蒸汽管網，增設壓力自動調節閥，減壓到0.5MPa后，供焦化使用，穩定對焦化蒸汽的供應。蒸汽管網改造完成后，預計年可多外送75萬噸的高溫高壓蒸汽去動力廠發電，可降低工序能耗2～3kgce/t。（2）干熄焦操作優化和工藝改進：針對干熄焦系統故障時的鍋爐蒸汽的保溫保壓操作進行優化，減少干熄焦系統故障對鍋爐蒸汽生產的影響，并縮短故障處理完成后重新升溫升壓的時間，提高蒸汽的利用率。重點關注和研究干熄焦燒損率，該項技術的研究還處于探索試驗階段，通過工藝創新，有效減少循環氣體中CO的含量，從而降低焦炭在干熄爐內的融損，提高焦炭的產量，降低因焦炭燒損而造成的精煤消耗。

在煉焦過程中，由配合煤中的水分產生水蒸汽帶走的熱量也是較多的，隨著煤水分的降低，可縮短焦爐周轉時間，提高焦炭產量，減少了焦爐加熱用煤氣。煉焦入爐煤料含水量每降低1%，以干煤計煉焦耗熱量就降低60～80MJ/t，可以節約能耗6kgce/t。煤調濕技術是鋼鐵企業實施節能減排、清潔生產的又一重大工藝突破，實現全CMC后，按年產焦炭500萬噸計算，則每年可減少煉焦耗熱量約1.5×1012kJ，相當于年節省約2.8萬噸標準煤。利用焦爐煙道氣作為熱源的煤調濕技術，是焦化行業今后的一個發展方向。余熱回收利用技術：（1）焦爐上升管余熱回收。煉焦生產中約800℃的荒煤氣的顯熱是煉焦過程居第二位的余熱余能資源，約占焦爐總輸出有效能的36%，回收焦爐上升管中荒煤氣的高溫顯熱，可降低噸焦工序能耗8～10kgce，年產量產蒸汽折合標煤4.0萬噸以上，具有極大的經濟效益。上升管荒煤氣顯熱的回收一直是國內焦化業關注的技術難題，目前荒煤氣余熱回收的技術主要有汽化冷卻、加熱鍋爐給水、熱管換熱、導熱油夾套管、鍋爐和半導體溫差發電等[3]。上升換熱主要受上限使用溫度、設備使用壽命、使用成本等限制，上述回收技術都存在較明顯的缺陷，尚未能在行業內大面積推廣。(2)管式爐廢氣余熱回收。焦化化產回收系統供4臺管式爐，每小時消耗焦爐煤氣（標態下）約10000m3，廢氣溫度達到240℃，采用熱管技術可以將這些熱量進行分點回收利用。（本文作者：張艾紅、譚紹棟、秦振清 單位：焦化廠）