焦化厂炼焦工序如何实现节能降耗

＊刘 瑞

（山西焦化股份有限公司焦化厂 山西 041606）

能耗既给环境造成了很大的压力，又给社会造成了很大的负担，尤其是煤炭、钢铁等非再生能源，在炼焦工艺中，对煤炭的消耗尤为严重。焦化企业或者与其相关的生产行业要想长期存在并获得持续发展，节能降耗就显得尤为重要。本文主要分析了焦化厂炼焦工序实现节能降耗的措施，对于实际工作起到参考作用，推动我国整体焦化行业健康发展。

1.焦化工序能耗基本概念

(1)能源和耗能工质

计算企业能耗时，因为涉及较多的能源类型，例如，其中包含的耗能工质直接关系到最终耗能结果。一些企业将其作为二次能源，因此增加了管理难度[1]。一些企业在计算过程中，在电动鼓风和压缩空气等方面直接摊入各工序的电耗，虽然降低了统计难度，但是不利于对实际耗能情况进行精准性的分析[2]。

(2)能源折标准煤系数

在能耗计算前，先将不同能量的消耗量与对应标准煤系数相乘，再将其换算为标准煤量。一次能量转换标准煤炭系数是指其较低的热量与较高的标准煤炭热量的比率；二次能量转化标准煤的比例可划分为两种，一种是当量值的比例可转化成标准煤比例，另一种是等价热值比例可转化为二次能后的能耗损失[3]。

在实际应用中，二次能源均以等价价值为基准，以蒸气为基准计算。尽管有关研究表明，燃油能量的低压热值应该是在统计期间的测量值，但在现实的管理中，经常出现的情况是，在使用有关的标准所提供的基准值时，都会使用相同的折标准煤因子，而忽视了两者之间的数值差别，这样导致计算出来的能耗指数与真实的数值相差很大。

(3)工序单位产品能耗计算

在不同的公司中，因其制造过程的不同，其所覆盖的过程也是不同的。决定了一个工艺的能耗统计范围，也就是决定了这个工艺是一个能源系统的系统边界，经过这个边界进入系统的能量就是能量输入，经过这个边界离开系统的能量就是能量输出。在进行能量收集的过程中，能量输出为能量收集的数量减去该过程本身所使用的能量，能量输入为能量消耗减去该过程所使用的能量。

通过能量输入和能量输出来进行工艺单位产物的能源消耗，虽然可以简化工艺过程，防止了重复计算和遗漏等情况，但是它无法更好地反映工艺过程中能量的加工、转化和回收等过程，不便于对工艺过程的能量状态进行分析。而利用能量消耗量和回收量来进行工艺单位生产能耗的计算，能够更加准确地反应工艺过程中的能量消费情况，但是它需要更高的能量计量系统。

同时，由于科技的不断发展，许多新型的废热处理技术正逐步得到应用。例如，废热回收应不应该被列入工艺能耗核算，又应该怎样核算，至今仍没有明确的界定，需要通过有关的标准来改进。在今后的研究中，在废热利用方面，应该以实际的热值为能量回收率。类似地，获得具有可比性的工艺单位产品能耗的前提，在相应的工艺范围内装备有充足的能量测量仪器，以获取所需的能量消费数据。

(4)能源平衡

所谓能耗平衡指的是分析企业各部门和不同生产环节的能源收支情况，保证实现企业能源盈亏平衡。在钢铁工业中，以能量收支为依据来进行各工艺过程的单产和吨钢的总消耗。在制定能源收支平衡表时，要尽量涵盖全部能源，对各种能源要真实地体现能源的投入、产出、库存变化和消耗；在对研究对象进行分析时，也应该将其进行进一步的细化，不仅要将用能单位划分到工艺或分厂层面，而且要尽可能地将其划分到某一工艺的具体产线，甚至是某一种用能设备，例如，炼焦工艺的不同焦炉等[4]。这样，就可以从能耗平衡表中，对企业的能耗状况进行深刻的剖析，发现节能的潜力，并确定改善的方向。

2.焦化厂节能的工艺和方法

某焦化厂主要是利用JN60型顶装焦炉，JN60焦炉是一种双重火道，下喷煤气，废气循环，再热的顶装式焦炉。其主要特征为：回热器壁宽290mm，单壁宽230mm，单壁单槽舌式。坡道的宽度是120mm。边斜道的出料口和中间斜道的出料口分别为120mm和96mm。这种方法不仅可以大大地节省砖形，还可以使炉衬的加热温度升高。部分炼焦炉使用上、下两种形式的灯座。炭化室墙体的厚度从上到下都是100mm。炭化室墙体为宝塔式砌筑。炉头为石英瓦的咬口构造，使其与保护板不易发生卡合。该燃烧器包括16对双层火焰通道。在卸煤口及炉顶的炭化室顶部加一层陶土砖，可避免因快速冷却或加热而提前破裂。剩下的都是用二氧化硅砌筑，这样可以保证顶盖的完整性和紧密性。炉顶置煤孔及有明孔的砖座用铁圈固定。为了提高焦炉媒介利用的合理性，该煤化厂作出以下工作：

(1)控制合理的焦饼中心温度

在炼焦过程中，从炼焦室内排出的红焦所带出的热能占到炼焦设备总热能的很大一部分。其粒径取决于其中心温度及均匀性，选用标准火道温度，保证炉温稳定性和均匀性，保证焦饼均匀熟化，可以实现按时推焦。

(2)控制炉顶空间温度

当工艺参数一致时，焦炉顶部的空间温度取决于焦炉的受热面和受热面垂直方向的受热均匀性。因此企业可以对炭化室中煤充量和收缩量的控制，还可以根据实际情况合理调整炉顶空间的温度。因此，在确保焦饼高效加热的均匀性及对化工产品的需求的情况下，应该将焦饼的上层温度进行下降，这样就可以缩短荒煤气在炉顶空间的滞留时间，使炉顶空间的温度变得更低，避免荒煤气在炭化室中携带过多的热量。

(3)合理的配煤比和配煤水分

通过对配合煤含水量进行控制，可以有效地降低焦化过程中的热能消耗。混煤含水量每增加1%，则对应增加炼焦耗热量。此外，混煤含水量的变化，不但会显著地影响到焦化过程中的热能消耗，还会对焦化系统的稳定性及入炉煤层的比例产生一定的影响。在混煤含水量变化剧烈的情况下，为了确保连续生产，必须使用更高的标准温度，从而使焦化过程中的能耗更大。

要想减少配合煤的含水量，可以强化煤场的管理，将贮煤场的排水设施做好。在南方多雨的地区，可以使用室内贮煤槽，并添加煤干燥设备和煤调湿装置，这样可以更好地实现减少并稳定配合煤的含水量，从而大幅度地节省能量，提高产品的生产效率，并且提高焦炉操作的稳定性。

(4)合理的加热制度

在焦化过程中，加热制度的合理性关系到炼焦耗热量。其中，确定合理的空气过剩系数，并保证空气系数变化稳定性，避免废气中的物理和化学热的损失。

当空气过剩系数太小时，在通常条件下，如果尾气中包含1%的一氧化碳，按照焦炉煤气的低热值3950kJ/m3，空气过剩系数为1.15进行计算，那么将会有5.8%的加热用焦炉煤气的热量未被使用而流失。当空气过剩系数太大时，如果排气中的氧气含量变化1%（对应于空气因子增大了大约0.13），由于排气的容积增大，加热用的焦炉煤气的热损失大约为1%。在炼焦过程中，不同的火焰通道内，气体的流动系数并不相同。不同的焦炉在不同的设计、施工及操作条件下，不同的焦炉之间存在着不同的差异，通常在0.1以内，最大的差异可达到0.2～0.3。在一般工况下，即便是相同的火道，在正常操作过程中，随着换向初期到末期，将会逐渐减小空气系数。在正常生产条件中，空气系数应该保持在1.15～1.25之间。

(5)废气带走的热量

通过降低烟道废气温度，可以减少废气热损失，能有效地改善焦化过程中的热能利用率及焦化过程中的能耗。通常情况下，当小烟管的排气温度提高25℃后，那么在焦化过程中的热效率将会下降1%左右，单位吨煤耗提高25～30kJ。

由于炉身结构紧密，蓄热室的单元传热面积增大，蓄热室的方块内气体分布均匀，换向周期的长度合适，焦炉的压力系统合理稳定，这些都对降低尾气的温度起到了很好的作用。通过对JN60型顶装焦炉炉膛内储热面积的研究，提出了提高炼焦炉膛内储热面积的方法。烟气中的烟气温度可下降50℃左右，焦炭能耗可下降60kJ左右。

不能无限的降低废气温度，因为废气中包含酸性物质，以SO2、SO3为主，在低温下会生成硫磺、亚硫磺等，对炼焦装置的小型烟道、烟道和烟砌块及相关装置产生侵蚀作用。另外，尾气有一定的高温，可让烟气产生抽吸之势，以保持炼焦，这也是一种对低能热能的高效利用。通常需要控制小烟道出口部位废气温度在250℃以内。

(6)计量仪表和设备的完整性和准确性

因为种种因素，目前有些焦炉的测量仪器和装置并不完善，很多焦炉甚至没有安装称量入炉煤的电子称，即便是有这种装置，在其完好率、精确度及维护上也需要进行一定的工作。如果没有这种精确的测量方法，那么在实际的工作中，消耗的热量和其他数据就会变得模糊不清，甚至会引起不必要的浪费。当每孔焦炉的入炉煤量为40t时，其容许变动±500kg，但各燃烧室内的供热是相同的，最多和最小装煤量的消耗热量相差大约2.5%。在焦化过程中，将会凸显煤气流量的变化和偏差对焦化过程中消耗的热量产生的影响。

(7)炉体状态

炉体运行状态，将会直接关系到焦化过程中的耗热和热效率。随着蓄热室泄漏率的增大，将会同时增大加热煤气量，焦化过程中所需的热量也随之增大。加大炭化室墙漏气率，在立火道中燃烧荒煤气，将会减少炼焦耗热量，但是荒煤气漏失量和荒煤气发生量之间具有紧密的联系，在结焦前半期会产生大量的煤气，同时漏失量也比较大，不利于保障加热系统充分燃烧，随着废气一些可燃物将会离开焦炉，增加总能源的损失。因此，要强化对炉体的热修维护，让炉体始终处于良好的状况，尽量降低炉体窜漏，对确保热平衡结果的准确性和节约能源标准来说，这是一件很有意义的工作。

(8)减少炉体表面散热

从焦炉内输送到焦炉外的热能所占的比例，取决于炉体尺寸、成焦时间等因素。在一般条件下，其耗散的热量，主要与炼焦工艺中所采用的保温方法及相关部分的炉身构造有关。但对于目前的炼焦工艺，还可以针对实际情况，采用相应的技术手段来降低炉壁的热损耗。对蓄热式封墙进行了保温和密封处理，目前大多数炼焦炉回热器封口没有保温保护措施。根据一些工厂的实验表明，在封闭墙上粘贴一层合适的高度硅氧化物，可以使封闭墙上的温度下降20～30℃，既可以减少封墙上的热损耗，又可以改善工作条件，同时也可以增加炉头火道的温度，其作用十分显著。蓄热室封壁黏土砖的膨胀性和温升都比普通的硅砖主壁要小，烘炉后极易出现裂纹，在生产中测温测压时，测压孔的震动和换流时此位置的温度波动，极易出现裂纹，导致冷风泄漏，进而通过排气的形式进行更多的排气来获取更多的热风，尤其是在蓄热室封壁时，由于气体泄漏，燃烧了炉头上的燃气，使得炉头处的温度显著降低。因此，对于回热器的封堵要适时地进行勾线密封。

在此情况下，装煤孔盖的表面温度通常在300～400℃之间，这不仅导致了较大的热量损耗，而且也加剧了炉内的工作状况。该焦化厂使用了具有绝缘构造的装煤孔帽，可以将其表层温度下降100～150℃，不仅可以减少炉顶的热辐射，提高工作环境，而且还可以减少热损耗（1kg入炉煤大约15kJ左右）。

3.结论

近些年我国不断提高节能环保理念的推广力度，各行各业都在积极开展环保工作，开展这项工作不仅可以保障企业自身综合效益，同时可以实现可持续发展目标。因此焦化企业也要把握时代发展趋势，根据当前焦化产业的生产特点，采取针对性的节能减排措施。因此本文首先分析了焦化工序能耗基本概念，其次结合某焦化厂实际情况提出节能的工艺和方法，对于实际工作起到参考作用，降低焦化生产过程中的能耗，满足节能减排的发展目标。