焦化工序節(jié)能技術(shù)分析

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在吸收國內(nèi)常壓脫苯的基礎(chǔ)上，在五化產(chǎn)粗苯工序開發(fā)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?zé)嶝氂妥鳛檎麴s用的熱源，節(jié)能增產(chǎn)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(chǎn)量約1000t/a，節(jié)能超過2000tce/a。另外，新工藝較常壓脫苯工藝減少廢水產(chǎn)生量約20000t/a，降低了污水處理系統(tǒng)工序耗能。

隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大及工藝的變革，推廣應(yīng)用高壓變頻節(jié)能技術(shù)成為焦化工序節(jié)能的重要手段，對(duì)主要高壓電機(jī)設(shè)備，以及已經(jīng)應(yīng)用了液力偶合器調(diào)速的電機(jī)設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造。到目前，完成了化產(chǎn)風(fēng)機(jī)等11臺(tái)（套）大型高壓電機(jī)設(shè)備的變頻技術(shù)改造，總功率為6550kW，在原來使用液力偶合器調(diào)速的基礎(chǔ)上節(jié)電效率進(jìn)一步提高，節(jié)電率達(dá)32.75%，年節(jié)電量為9.6×106kW•h，節(jié)電效果顯著。另一方面，在各電氣設(shè)備安裝了無功補(bǔ)償柜，應(yīng)用就地補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)無功補(bǔ)償，供電功率因數(shù)大大提高，2011年達(dá)9.53，2012年1～9月為9.65。

在實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目的同時(shí)，通過工藝、管理優(yōu)化等手段，不斷降低焦化工序能耗。

1焦?fàn)t加熱優(yōu)化串級(jí)控制（OCC）

焦?fàn)t加熱系統(tǒng)具有典型的大慣性、非線性、時(shí)變的復(fù)雜特性。2004年，從安徽工業(yè)大學(xué)引進(jìn)了焦?fàn)t加熱優(yōu)化串級(jí)控制（OCC）技術(shù)并應(yīng)用于4、5號(hào)焦?fàn)t，在此基礎(chǔ)上，自我開發(fā)推廣應(yīng)用到所有焦?fàn)t。優(yōu)化串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)焦?fàn)t加熱煤氣、煙道吸力進(jìn)行優(yōu)化自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t爐溫閉環(huán)控制[6]。在每個(gè)煤氣換向周期自動(dòng)檢測(cè)一次火道溫度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐溫的波動(dòng)及時(shí)調(diào)整加熱煤氣用量和相應(yīng)吸力大小，使?fàn)t溫能夠以0.5h左右的時(shí)間間隔周期性地快速得到調(diào)整、修正，使煤氣使用過量或不足的最大可能時(shí)間縮短為一個(gè)換向周期，與人工每4h測(cè)溫一次、調(diào)整一次相比，大大地提高了爐溫的穩(wěn)定性和調(diào)整的及時(shí)性，焦?fàn)t橫排溫度和直行溫度的均勻性進(jìn)一步提高，直行溫度可控制在±7℃以內(nèi)，達(dá)到最佳供熱效果，可節(jié)約加熱煤氣耗量2%～3%，耗熱量降低約90kJ/kg，實(shí)現(xiàn)了加熱過程的自動(dòng)、節(jié)能、優(yōu)化的多重效果。

2低標(biāo)溫、低爐頂空間溫度煉焦生產(chǎn)

焦化工序的能耗構(gòu)成中，焦?fàn)t熱耗約占80%以上。提高焦?fàn)t熱工效率，是降低耗熱量的主要措施，實(shí)施低標(biāo)溫?zé)捊故墙档蜔捊购臒岬淖钪苯邮侄巍?biāo)溫降低后，煉焦耗熱量降低了150kJ/kg，焦?fàn)t各炭化室中上部、及爐頂區(qū)的石墨逐漸剝離、脫落，傳熱系數(shù)提高，焦炭成熟情況良好（見表3）。

3焦?fàn)t爐頭火道輔助加熱

由于焦?fàn)t爐頭部位散熱大，推焦時(shí)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?fàn)t使用高爐煤氣加熱時(shí)，通常的做法是以提高標(biāo)溫來保證爐頭火道溫度，但是，這樣會(huì)直接導(dǎo)致煉焦耗熱量的增加。實(shí)施焦?fàn)t爐頭火道輔助加熱，以適應(yīng)低標(biāo)溫或長結(jié)焦時(shí)間下對(duì)爐頭溫度的要求。爐頭溫度得到了較好的改善，結(jié)焦時(shí)間偏長時(shí)，不再以提高標(biāo)準(zhǔn)溫度來保證爐頭溫度，在標(biāo)溫降低至1250℃的工況下，爐頭火道仍達(dá)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(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要措施，一般約為鍋爐蒸發(fā)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(jìn)換熱器，將鍋爐給水在進(jìn)入除氧器前，先送入板式換熱器與排污水進(jìn)行換熱，溫度升高～10℃后送入除氧器，可相應(yīng)減少除氧器蒸汽3～5t/h，相當(dāng)于提高鍋爐效率約1.5%。

傳統(tǒng)的焦?fàn)t碳化室爐門襯磚采用粘土磚、堇青石磚材料，生產(chǎn)中爐門表面溫度高達(dá)180℃（機(jī)側(cè)）以上，散熱損失大。新型整體澆注爐門的應(yīng)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(chǎn)能規(guī)模的焦?fàn)t年可增產(chǎn)焦炭5500多噸。焦化廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(yè)污染治理難題。如何實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)、安裝的廢渣處理站順利投產(chǎn)，該處理站將全廠每天產(chǎn)生的全部焦油渣、剩余污泥做粘結(jié)劑，摻混少量除塵灰到粉碎機(jī)后配合煤中供煉焦用，使廢物得到了利用，不僅減輕了環(huán)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(zhì)量的穩(wěn)定下的優(yōu)化用煤就是最大的節(jié)能。煉焦配煤專家系統(tǒng)的核心就是利用數(shù)據(jù)庫建立的預(yù)測(cè)模型和專家知識(shí)，在確定焦炭質(zhì)量目標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的對(duì)原料煤的優(yōu)化配用[5]。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，完善單種煤的質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)、個(gè)性化配比方案模型、專家-經(jīng)驗(yàn)配比模型以及“焦炭質(zhì)量—配合煤成本優(yōu)化”預(yù)測(cè)等多個(gè)功能模塊，達(dá)到減少焦炭質(zhì)量波動(dòng)、降低煉焦成本的目的，實(shí)現(xiàn)焦化工序的低耗高質(zhì)。干熄焦噸焦蒸汽產(chǎn)生量為0.55t/t，2011年外供發(fā)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(jìn)行減溫減壓后供焦化工序使用，顯然，高品質(zhì)的高溫高壓蒸汽轉(zhuǎn)換成低品質(zhì)的中低壓蒸汽使用，轉(zhuǎn)換過程能耗損失相當(dāng)大。因此，蒸汽應(yīng)按溫度、壓力、流量進(jìn)行梯級(jí)使用，提高蒸汽的二次利用率，避免蒸汽的工藝?yán)速M(fèi)現(xiàn)象。通過供汽管網(wǎng)的梯級(jí)利用改造和干熄焦操作的優(yōu)化，可以提高噸焦外供蒸汽量。（1）蒸汽梯級(jí)使用優(yōu)化改造：①在一熱電50MW發(fā)電機(jī)組汽機(jī)的高加出口抽出1.6～2.0MPa蒸汽供應(yīng)焦化氨回收使用，該溫度壓力等級(jí)相近、技術(shù)可行。②將1.0MPa蒸汽管網(wǎng)向0.5MPa蒸汽管網(wǎng)供汽，動(dòng)力廠1號(hào)熱電擴(kuò)容改造汽輪機(jī)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(zhuǎn)供到焦化使用。③A區(qū)150t轉(zhuǎn)爐蒸汽管網(wǎng)，增設(shè)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，減壓到0.5MPa后，供焦化使用，穩(wěn)定對(duì)焦化蒸汽的供應(yīng)。蒸汽管網(wǎng)改造完成后，預(yù)計(jì)年可多外送75萬噸的高溫高壓蒸汽去動(dòng)力廠發(fā)電，可降低工序能耗2～3kgce/t。（2）干熄焦操作優(yōu)化和工藝改進(jìn)：針對(duì)干熄焦系統(tǒng)故障時(shí)的鍋爐蒸汽的保溫保壓操作進(jìn)行優(yōu)化，減少干熄焦系統(tǒng)故障對(duì)鍋爐蒸汽生產(chǎn)的影響，并縮短故障處理完成后重新升溫升壓的時(shí)間，提高蒸汽的利用率。重點(diǎn)關(guān)注和研究干熄焦燒損率，該項(xiàng)技術(shù)的研究還處于探索試驗(yàn)階段，通過工藝創(chuàng)新，有效減少循環(huán)氣體中CO的含量，從而降低焦炭在干熄爐內(nèi)的融損，提高焦炭的產(chǎn)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(chǎn)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?fàn)t周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高焦炭產(chǎn)量，減少了焦?fàn)t加熱用煤氣。煉焦入爐煤料含水量每降低1%，以干煤計(jì)煉焦耗熱量就降低60～80MJ/t，可以節(jié)約能耗6kgce/t。煤調(diào)濕技術(shù)是鋼鐵企業(yè)實(shí)施節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)的又一重大工藝突破，實(shí)現(xiàn)全CMC后，按年產(chǎn)焦炭500萬噸計(jì)算，則每年可減少煉焦耗熱量約1.5×1012kJ，相當(dāng)于年節(jié)省約2.8萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。利用焦?fàn)t煙道氣作為熱源的煤調(diào)濕技術(shù)，是焦化行業(yè)今后的一個(gè)發(fā)展方向。余熱回收利用技術(shù)：（1）焦?fàn)t上升管余熱回收。煉焦生產(chǎn)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?fàn)t總輸出有效能的36%，回收焦?fàn)t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(chǎn)量產(chǎn)蒸汽折合標(biāo)煤4.0萬噸以上，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益。上升管荒煤氣顯熱的回收一直是國內(nèi)焦化業(yè)關(guān)注的技術(shù)難題，目前荒煤氣余熱回收的技術(shù)主要有汽化冷卻、加熱鍋爐給水、熱管換熱、導(dǎo)熱油夾套管、鍋爐和半導(dǎo)體溫差發(fā)電等[3]。上升換熱主要受上限使用溫度、設(shè)備使用壽命、使用成本等限制，上述回收技術(shù)都存在較明顯的缺陷，尚未能在行業(yè)內(nèi)大面積推廣。(2)管式爐廢氣余熱回收。焦化化產(chǎn)回收系統(tǒng)供4臺(tái)管式爐，每小時(shí)消耗焦?fàn)t煤氣（標(biāo)態(tài)下）約10000m3，廢氣溫度達(dá)到240℃，采用熱管技術(shù)可以將這些熱量進(jìn)行分點(diǎn)回收利用。（本文作者：張艾紅、譚紹棟、秦振清 單位：焦化廠）