焦化工序節能技術(shù)分析論文

　　在吸收國內常壓脫苯的基礎上，在五化產(chǎn)粗苯工序開(kāi)發(fā)全新的蒸餾方法———減壓蒸餾法脫除富油中的苯族烴（見(jiàn)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(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，節能超過(guò)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工序耗能。

　　隨著(zhù)生產(chǎn)規模的擴大及工藝的變革，推廣應用高壓變頻節能技術(shù)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(jīng)應用了液力偶合器調速的電機設備進(jìn)行變頻調速技術(shù)改造。到目前，完成了化產(chǎn)風(fēng)機等11臺（套）大型高壓電機設備的變頻技術(shù)改造，總功率為6550kW，在原來(lái)使用液力偶合器調速的基礎上節電效率進(jìn)一步提高，節電率達32.75%，年節電量為9.6×106kWh，節電效果顯著(zhù)。另一方面，在各電氣設備安裝了無(wú)功補償柜，應用就地補償技術(shù)，實(shí)現了自動(dòng)無(wú)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(shí)施節能技術(shù)改造項目的同時(shí)，通過(guò)工藝、管理優(yōu)化等手段，不斷降低焦化工序能耗。

　　1焦爐加熱優(yōu)化串級控制（OCC）

　　焦爐加熱系統具有典型的大慣性、非線(xiàn)性、時(shí)變的復雜特性。2004年，從安徽工業(yè)大學(xué)引進(jìn)了焦爐加熱優(yōu)化串級控制（OCC）技術(shù)并應用于4、5號焦爐，在此基礎上，自我開(kāi)發(fā)推廣應用到所有焦爐。優(yōu)化串級控制系統對焦爐加熱煤氣、煙道吸力進(jìn)行優(yōu)化自動(dòng)調節，實(shí)現焦爐爐溫閉環(huán)控制[6]。在每個(gè)煤氣換向周期自動(dòng)檢測一次火道溫度，及時(shí)發(fā)現爐溫的波動(dòng)及時(shí)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(shí)間間隔周期性地快速得到調整、修正，使煤氣使用過(guò)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(shí)性，焦爐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?xún)�，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(shí)現了加熱過(guò)程的自動(dòng)、節能、優(yōu)化的多重效果。

　　2低標溫、低爐頂空間溫度煉焦生產(chǎn)

　　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(shí)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(jiàn)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(shí)摘爐門(mén)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(shí)，通常的做法是以提高標溫來(lái)保證爐頭火道溫度，但是，這樣會(huì )直接導致煉焦耗熱量的增加。實(shí)施焦爐爐頭火道輔助加熱，以適應低標溫或長(cháng)結焦時(shí)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(shí)間偏長(cháng)時(shí)，不再以提高標準溫度來(lái)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(jīng)濟運行的一個(gè)重要措施，一般約為鍋爐蒸發(fā)量的1%～3%，排污過(guò)程也是排掉熱量的過(guò)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(mén)襯磚采用粘土磚、堇青石磚材料，生產(chǎn)中爐門(mén)表面溫度高達180℃（機側）以上，散熱損失大。新型整體澆注爐門(mén)的應用，爐門(mén)散熱損失降低明顯，新型爐門(mén)表面溫度比老式爐門(mén)表面溫度低40℃以上（見(jiàn)圖2）。此外，較原堇青石磚爐門(mén)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(wàn)噸產(chǎn)能規模的焦爐年可增產(chǎn)焦炭5500多噸。焦化廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)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)現廢渣的資源化、再利用，是焦化廠(chǎng)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(chǎn)，該處理站將全廠(chǎng)每天產(chǎn)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(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)量的穩定下的優(yōu)化用煤就是最大的節能。煉焦配煤專(zhuān)家系統的核心就是利用數據庫建立的預測模型和專(zhuān)家知識，在確定焦炭質(zhì)量目標的基礎上進(jìn)行的對原料煤的優(yōu)化配用[5]。在現有基礎上，完善單種煤的質(zhì)量指標評價(jià)、個(gè)性化配比方案模型、專(zhuān)家-經(jīng)驗配比模型以及“焦炭質(zhì)量—配合煤成本優(yōu)化”預測等多個(gè)功能模塊，達到減少焦炭質(zhì)量波動(dòng)、降低煉焦成本的目的，實(shí)現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?jì)H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)的高溫高壓蒸汽轉換成低品質(zhì)的中低壓蒸汽使用，轉換過(guò)程能耗損失相當大。因此，蒸汽應按溫度、壓力、流量進(jìn)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(guò)供汽管網(wǎng)的梯級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）蒸汽梯級使用優(yōu)化改造：①在一熱電50MW發(fā)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(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(chǎng)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(wǎng)，增設壓力自動(dòng)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(wǎng)改造完成后，預計年可多外送75萬(wàn)噸的高溫高壓蒸汽去動(dòng)力廠(chǎng)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)：針對干熄焦系統故障時(shí)的鍋爐蒸汽的保溫保壓操作進(jìn)行優(yōu)化，減少干熄焦系統故障對鍋爐蒸汽生產(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，該項技術(shù)的研究還處于探索試驗階段，通過(guò)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(guò)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(zhù)煤水分的降低，可縮短焦爐周轉時(shí)間，提高焦炭產(chǎn)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(shù)是鋼鐵企業(yè)實(shí)施節能減排、清潔生產(chǎn)的又一重大工藝突破，實(shí)現全CMC后，按年產(chǎn)焦炭500萬(wàn)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(wàn)噸標準煤。利用焦爐煙道氣作為熱源的煤調濕技術(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）焦爐上升管余熱回收。煉焦生產(chǎn)中約800℃的荒煤氣的顯熱是煉焦過(guò)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(chǎn)量產(chǎn)蒸汽折合標煤4.0萬(wàn)噸以上，具有極大的經(jīng)濟效益。上升管荒煤氣顯熱的回收一直是國內焦化業(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、導熱油夾套管、鍋爐和半導體溫差發(fā)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(shù)都存在較明顯的缺陷，尚未能在行業(yè)內大面積推廣。(2)管式爐廢氣余熱回收。焦化化產(chǎn)回收系統供4臺管式爐，每小時(shí)消耗焦爐煤氣（標態(tài)下）約10000m3，廢氣溫度達到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。

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