焦化工序节能技术分析

在吸收国内常压脱苯的基础上，在五化产粗苯工序开发全新的蒸馏方法———减压蒸馏法脱除富油中的苯族烃（见图1）。该工艺不消耗蒸汽，而是利用脱苯塔釜的高温热贫油作为蒸馏用的热源，节能增产效益明显：贫油含苯低，洗苯效果好，洗苯后煤气含苯在1.5g/m3，可增加粗苯产量约1000t/a，节能超过2000tce/a。另外，新工艺较常压脱苯工艺减少废水产生量约20000t/a，降低了污水处理系统工序耗能。

随着生产规模的扩大及工艺的变革，推广应用高压变频节能技术成为焦化工序节能的重要手段，对主要高压电机设备，以及已经应用了液力偶合器调速的电机设备进行变频调速技术改造。到目前，完成了化产风机等11台（套）大型高压电机设备的变频技术改造，总功率为6550kW，在原来使用液力偶合器调速的基础上节电效率进一步提高，节电率达32.75%，年节电量为9.6×106kW•h，节电效果显著。另一方面，在各电气设备安装了无功补偿柜，应用就地补偿技术，实现了自动无功补偿，供电功率因数大大提高，2011年达9.53，2012年1～9月为9.65。

在实施节能技术改造项目的同时，通过工艺、管理优化等手段，不断降低焦化工序能耗。

1焦炉加热优化串级控制（OCC）

焦炉加热系统具有典型的大惯性、非线性、时变的复杂特性。2004年，从安徽工业大学引进了焦炉加热优化串级控制（OCC）技术并应用于4、5号焦炉，在此基础上，自我开发推广应用到所有焦炉。优化串级控制系统对焦炉加热煤气、烟道吸力进行优化自动调节，实现焦炉炉温闭环控制[6]。在每个煤气换向周期自动检测一次火道温度，及时发现炉温的波动及时调整加热煤气用量和相应吸力大小，使炉温能够以0.5h左右的时间间隔周期性地快速得到调整、修正，使煤气使用过量或不足的最大可能时间缩短为一个换向周期，与人工每4h测温一次、调整一次相比，大大地提高了炉温的稳定性和调整的及时性，焦炉横排温度和直行温度的均匀性进一步提高，直行温度可控制在±7℃以内，达到最佳供热效果，可节约加热煤气耗量2%～3%，耗热量降低约90kJ/kg，实现了加热过程的自动、节能、优化的多重效果。

2低标温、低炉顶空间温度炼焦生产

焦化工序的能耗构成中，焦炉热耗约占80%以上。提高焦炉热工效率，是降低耗热量的主要措施，实施低标温炼焦是降低炼焦耗热的最直接手段。标温降低后，炼焦耗热量降低了150kJ/kg，焦炉各炭化室中上部、及炉顶区的石墨逐渐剥离、脱落，传热系数提高，焦炭成熟情况良好（见表3）。

3焦炉炉头火道辅助加热

由于焦炉炉头部位散热大，推焦时摘炉门受冷空气影响，炉头温度往往较低，炉头部位焦炭成熟困难。在焦炉使用高炉煤气加热时，通常的做法是以提高标温来保证炉头火道温度，但是，这样会直接导致炼焦耗热量的增加。实施焦炉炉头火道辅助加热，以适应低标温或长结焦时间下对炉头温度的要求。炉头温度得到了较好的改善，结焦时间偏长时，不再以提高标准温度来保证炉头温度，在标温降低至1250℃的工况下，炉头火道仍达到1100℃以上，保证炉头焦炭均匀成熟，也明显降低了煤气消耗。

4干熄焦锅炉排污水热量回收

干熄焦锅炉的排污是确保锅炉安全和经济运行的一个重要措施，一般约为锅炉蒸发量的1%～3%，排污过程也是排掉热量的过程。把高温（540℃）的排污水引进换热器，将锅炉给水在进入除氧器前，先送入板式换热器与排污水进行换热，温度升高～10℃后送入除氧器，可相应减少除氧器蒸汽3～5t/h，相当于提高锅炉效率约1.5%。

传统的焦炉碳化室炉门衬砖采用粘土砖、堇青石砖材料，生产中炉门表面温度高达180℃（机侧）以上，散热损失大。新型整体浇注炉门的应用，炉门散热损失降低明显，新型炉门表面温度比老式炉门表面温度低40℃以上（见图2）。此外，较原堇青石砖炉门相比，厚度减薄60mm，炭化室有效容积可增大0.12m3，每一炭化室可多装煤150kg，110万吨产能规模的焦炉年可增产焦炭5500多吨。焦化厂在生产过程中产生的焦油渣（约4000t/a）、剩余污泥（约2500t/a），污染重，毒性大，难处理，是焦化行业污染治理难题。如何实现废渣的资源化、再利用，是焦化厂面临的重要难题。焦化自行设计、安装的废渣处理站顺利投产，该处理站将全厂每天产生的全部焦油渣、剩余污泥做粘结剂，掺混少量除尘灰到粉碎机后配合煤中供炼焦用，使废物得到了利用，不仅减轻了环境污染，也替代了部分炼焦煤约5000t/a，降低炼焦煤耗。

原料煤是焦化工序第一大能源，保证焦炭质量的稳定下的优化用煤就是最大的节能。炼焦配煤专家系统的核心就是利用数据库建立的预测模型和专家知识，在确定焦炭质量目标的基础上进行的对原料煤的优化配用[5]。在现有基础上，完善单种煤的质量指标评价、个性化配比方案模型、专家-经验配比模型以及“焦炭质量—配合煤成本优化”预测等多个功能模块，达到减少焦炭质量波动、降低炼焦成本的目的，实现焦化工序的低耗高质。干熄焦吨焦蒸汽产生量为0.55t/t，2011年外供发电蒸汽量仅有0.406t/t，其中，干熄焦蒸汽有一部分（约60～70t/h）进行减温减压后供焦化工序使用，显然，高品质的高温高压蒸汽转换成低品质的中低压蒸汽使用，转换过程能耗损失相当大。因此，蒸汽应按温度、压力、流量进行梯级使用，提高蒸汽的二次利用率，避免蒸汽的工艺浪费现象。通过供汽管网的梯级利用改造和干熄焦操作的优化，可以提高吨焦外供蒸汽量。（1）蒸汽梯级使用优化改造：①在一热电50MW发电机组汽机的高加出口抽出1.6～2.0MPa蒸汽供应焦化氨回收使用，该温度压力等级相近、技术可行。②将1.0MPa蒸汽管网向0.5MPa蒸汽管网供汽，动力厂1号热电扩容改造汽轮机抽气的0.8～1.3MPa分汽缸减压后形成0.5MPa分汽缸从西面向焦化供汽，保障了富余的1.0MPa蒸汽转供到焦化使用。③A区150t转炉蒸汽管网，增设压力自动调节阀，减压到0.5MPa后，供焦化使用，稳定对焦化蒸汽的供应。蒸汽管网改造完成后，预计年可多外送75万吨的高温高压蒸汽去动力厂发电，可降低工序能耗2～3kgce/t。（2）干熄焦操作优化和工艺改进：针对干熄焦系统故障时的锅炉蒸汽的保温保压操作进行优化，减少干熄焦系统故障对锅炉蒸汽生产的影响，并缩短故障处理完成后重新升温升压的时间，提高蒸汽的利用率。重点关注和研究干熄焦烧损率，该项技术的研究还处于探索试验阶段，通过工艺创新，有效减少循环气体中CO的含量，从而降低焦炭在干熄炉内的融损，提高焦炭的产量，降低因焦炭烧损而造成的精煤消耗。

在炼焦过程中，由配合煤中的水分产生水蒸汽带走的热量也是较多的，随着煤水分的降低，可缩短焦炉周转时间，提高焦炭产量，减少了焦炉加热用煤气。炼焦入炉煤料含水量每降低1%，以干煤计炼焦耗热量就降低60～80MJ/t，可以节约能耗6kgce/t。煤调湿技术是钢铁企业实施节能减排、清洁生产的又一重大工艺突破，实现全CMC后，按年产焦炭500万吨计算，则每年可减少炼焦耗热量约1.5×1012kJ，相当于年节省约2.8万吨标准煤。利用焦炉烟道气作为热源的煤调湿技术，是焦化行业今后的一个发展方向。余热回收利用技术：（1）焦炉上升管余热回收。炼焦生产中约800℃的荒煤气的显热是炼焦过程居第二位的余热余能资源，约占焦炉总输出有效能的36%，回收焦炉上升管中荒煤气的高温显热，可降低吨焦工序能耗8～10kgce，年产量产蒸汽折合标煤4.0万吨以上，具有极大的经济效益。上升管荒煤气显热的回收一直是国内焦化业关注的技术难题，目前荒煤气余热回收的技术主要有汽化冷却、加热锅炉给水、热管换热、导热油夹套管、锅炉和半导体温差发电等[3]。上升换热主要受上限使用温度、设备使用寿命、使用成本等限制，上述回收技术都存在较明显的缺陷，尚未能在行业内大面积推广。(2)管式炉废气余热回收。焦化化产回收系统供4台管式炉，每小时消耗焦炉煤气（标态下）约10000m3，废气温度达到240℃，采用热管技术可以将这些热量进行分点回收利用。（本文作者：张艾红、谭绍栋、秦振清 单位：焦化厂）