焦化企業能耗數據分析及節能措施研究

阮并玥

(山西省能源發展中心，山西 太原 030012)

引 言

作為冶金行業重要的上游原材料產業，焦化行業曾在我國社會經濟發展和城市化進程中發揮過重要作用。然而，隨著我國進入高質量發展階段，在“碳達峰、碳中和”背景下，傳統重工業行業尤其是煤基高耗能行業將面臨著新的壓力和挑戰，節能降耗、減煤降碳將成為焦化等高耗能行業可持續發展的必然路徑。

1 企業工藝簡介

某焦化企業位于山西省臨汾市，成立于上世紀九十年代，是一家集焦炭生產、合成氨、焦油及粗苯等化學產品制造、發電于一體的綜合性焦化企業，主要包括焦化、甲醇、合成氨三個生產工序。主要工藝流程，如圖1所示。

圖1 某焦化企業工藝流程圖

如圖1所示，由配煤車間送來的原料煤送入炭化室高溫干餾生成焦炭并產生荒煤氣。焦爐煤氣經氨水噴灑冷卻后進入煤氣凈化車間進行煤氣的凈化及化學產品回收。預處理后的焦爐煤氣經過加氫轉化精脫硫，通過催化方法將煤氣主要成分轉化為甲醇合成氣(H2+CO)，進入合成塔反應并精餾后生成精甲醇。合成塔釋放的甲醇馳放氣經提氫、精煉后與來自空分的氮氣進入氨合成塔，反應生成合成氨。

2 主要供用能系統及耗能設備

2.1 主要供用能系統

企業主要供用能系統包括燃料系統、發供電系統、蒸汽系統、供水系統等，具體內容由第189頁表1所示。

表1 某焦化企業主要供用能系統

2.2 主要用能設備

企業主要用能設備有16臺變配電設備、2臺循環流化床鍋爐、1臺離心式壓縮機、1臺空壓機及若干臺風機、泵等。

3 企業能源消耗分析

該焦化企業主要用能工序為煉焦、焦爐煤氣制甲醇及合成氨工序。將企業2019年各個工序投入能源、產出能源進行核算，其中精煤、中煤和焦炭的折標準煤系數均采用加權平均實測熱值，電力折標系數采用當量值0.122 9 kgce/kW·h計算，將中煤按照使用蒸汽量進行合理分攤，經計算得出企業2019年的各工序能耗，如表2所示。

表2 某焦化企業主要工序能耗比對表

由上表可得，2019年企業煉焦工序單位產品能耗比限定值略低，較先進值相差較大，高31.23 kgce/t。按照2019年產量計算企業存在的節能潛力約為1.6 萬t標準煤，占2019年焦化工序能耗的21%。甲醇工序能耗小于國家標準限定值，但是比先進值高287.81 kgce/t，按照2019年產量計算節能潛力約為2.4 萬t標準煤，占甲醇工序能耗的18%，企業存在較大的節能空間。

4 節能措施研究

4.1 干熄焦

該企業目前采用濕法熄焦工藝，紅焦顯熱未回收利用，造成較大的能源浪費，而干熄焦是利用冷惰性氣體與紅焦直接換熱，可回收約83%的紅焦顯熱，產生的蒸汽可送入蒸汽管網，也可發電。根據2019年企業生產焦炭量，中溫中壓干熄焦鍋爐產汽率按照0.54 t/t焦計算，使用干熄焦工藝可產生約29 萬t中溫中壓蒸汽，不僅可以滿足焦化、甲醇等生產需要，還可以減少或不用循環流化床鍋爐生產的蒸汽，年可節約3 萬t標準煤。2019年企業鍋爐消耗中煤約5.6 萬t，按照150 元/t計算，同等產量下可節約資金840 萬元。同時，干熄焦生產的焦炭改善了焦炭內部結構，提高了產品質量和附加值，按照每噸增值100 元計算，年可增加收益5 287 萬元。

4.2 荒煤氣余熱負壓蒸氨

該企業目前采用的是直接蒸氨工藝，即在蒸氨塔的塔底直接通入水蒸氣作為蒸餾熱源將氨氣蒸出，直接蒸氨不僅大量消耗蒸汽，而且蒸汽冷凝水不能回收，塔底廢水量增大，導致廢水冷卻器的冷卻水消耗量也較大，不論從能耗來看，還是水資源合理利用來看，都存在能源和水資源不能合理利用的問題。負壓蒸氨是在負壓狀態下，通過真空泵抽吸實現蒸氨系統負壓狀態，蒸氨溫度由常壓的104 ℃降低到70 ℃～80 ℃，蒸氨的能耗可大幅減少。企業可根據自身實際情況，探索以荒煤氣余熱為熱源的負壓蒸氨工藝。按照氨水量12 t/h，消耗蒸汽量2.5 t/h計算，荒煤氣負壓蒸氨工藝每年可節約21 900 t蒸汽，真空泵電耗增加11 萬kW·h，二者相抵年可節能約2 000 t標準煤。同時，可減少蒸氨廢水2.15 萬t。按照蒸汽費用80 元/t，電費0.5 元/kW·h，污水處理費8 元/t，采用荒煤氣余熱負壓蒸氨工藝每年可節約費用約180 萬元。

4.3 電機能效提升

企業目前在用電機存在Y系列、Y2系列電機，總功率約2 151 kW。這些電機為高耗能電機，存在能耗高、效率低、溫升高及技術性能落后等缺點。而高效節能電機可以降低電動機運行時電能轉換過程中電機內部損耗，提高運行效率，按照一般電機92.5%的效率和高效電機95%的效率計算，經計算每年可節約電能8.6 萬kW·h，按0.5 元/kW·h計算，年可節約費用4.3 萬元。

5 結語

通過對企業能耗數據分析研究，發現企業在焦化工序、甲醇工序及合成氨工序存在一定的提升空間。結合企業實際情況，通過干熄焦技術、荒煤氣余熱負壓蒸氨技術及電機能效提升手段可以大大節省企業能源消耗和用能成本，產生良好的節能效益，有利于企業實現節能降本增效。