焦化廠煉焦工序如何實現節能降耗

＊劉 瑞

（山西焦化股份有限公司焦化廠 山西 041606）

能耗既給環境造成了很大的壓力，又給社會造成了很大的負擔，尤其是煤炭、鋼鐵等非再生能源，在煉焦工藝中，對煤炭的消耗尤為嚴重。焦化企業或者與其相關的生產行業要想長期存在并獲得持續發展，節能降耗就顯得尤為重要。本文主要分析了焦化廠煉焦工序實現節能降耗的措施，對于實際工作起到參考作用，推動我國整體焦化行業健康發展。

1.焦化工序能耗基本概念

(1)能源和耗能工質

計算企業能耗時，因為涉及較多的能源類型，例如，其中包含的耗能工質直接關系到最終耗能結果。一些企業將其作為二次能源，因此增加了管理難度[1]。一些企業在計算過程中，在電動鼓風和壓縮空氣等方面直接攤入各工序的電耗，雖然降低了統計難度，但是不利于對實際耗能情況進行精準性的分析[2]。

(2)能源折標準煤系數

在能耗計算前，先將不同能量的消耗量與對應標準煤系數相乘，再將其換算為標準煤量。一次能量轉換標準煤炭系數是指其較低的熱量與較高的標準煤炭熱量的比率；二次能量轉化標準煤的比例可劃分為兩種，一種是當量值的比例可轉化成標準煤比例，另一種是等價熱值比例可轉化為二次能后的能耗損失[3]。

在實際應用中，二次能源均以等價價值為基準，以蒸氣為基準計算。盡管有關研究表明，燃油能量的低壓熱值應該是在統計期間的測量值，但在現實的管理中，經常出現的情況是，在使用有關的標準所提供的基準值時，都會使用相同的折標準煤因子，而忽視了兩者之間的數值差別，這樣導致計算出來的能耗指數與真實的數值相差很大。

(3)工序單位產品能耗計算

在不同的公司中，因其制造過程的不同，其所覆蓋的過程也是不同的。決定了一個工藝的能耗統計范圍，也就是決定了這個工藝是一個能源系統的系統邊界，經過這個邊界進入系統的能量就是能量輸入，經過這個邊界離開系統的能量就是能量輸出。在進行能量收集的過程中，能量輸出為能量收集的數量減去該過程本身所使用的能量，能量輸入為能量消耗減去該過程所使用的能量。

通過能量輸入和能量輸出來進行工藝單位產物的能源消耗，雖然可以簡化工藝過程，防止了重復計算和遺漏等情況，但是它無法更好地反映工藝過程中能量的加工、轉化和回收等過程，不便于對工藝過程的能量狀態進行分析。而利用能量消耗量和回收量來進行工藝單位生產能耗的計算，能夠更加準確地反應工藝過程中的能量消費情況，但是它需要更高的能量計量系統。

同時，由于科技的不斷發展，許多新型的廢熱處理技術正逐步得到應用。例如，廢熱回收應不應該被列入工藝能耗核算，又應該怎樣核算，至今仍沒有明確的界定，需要通過有關的標準來改進。在今后的研究中，在廢熱利用方面，應該以實際的熱值為能量回收率。類似地，獲得具有可比性的工藝單位產品能耗的前提，在相應的工藝范圍內裝備有充足的能量測量儀器，以獲取所需的能量消費數據。

(4)能源平衡

所謂能耗平衡指的是分析企業各部門和不同生產環節的能源收支情況，保證實現企業能源盈虧平衡。在鋼鐵工業中，以能量收支為依據來進行各工藝過程的單產和噸鋼的總消耗。在制定能源收支平衡表時，要盡量涵蓋全部能源，對各種能源要真實地體現能源的投入、產出、庫存變化和消耗；在對研究對象進行分析時，也應該將其進行進一步的細化，不僅要將用能單位劃分到工藝或分廠層面，而且要盡可能地將其劃分到某一工藝的具體產線，甚至是某一種用能設備，例如，煉焦工藝的不同焦爐等[4]。這樣，就可以從能耗平衡表中，對企業的能耗狀況進行深刻的剖析，發現節能的潛力，并確定改善的方向。

2.焦化廠節能的工藝和方法

某焦化廠主要是利用JN60型頂裝焦爐，JN60焦爐是一種雙重火道，下噴煤氣，廢氣循環，再熱的頂裝式焦爐。其主要特征為：回熱器壁寬290mm，單壁寬230mm，單壁單槽舌式。坡道的寬度是120mm。邊斜道的出料口和中間斜道的出料口分別為120mm和96mm。這種方法不僅可以大大地節省磚形，還可以使爐襯的加熱溫度升高。部分煉焦爐使用上、下兩種形式的燈座。炭化室墻體的厚度從上到下都是100mm。炭化室墻體為寶塔式砌筑。爐頭為石英瓦的咬口構造，使其與保護板不易發生卡合。該燃燒器包括16對雙層火焰通道。在卸煤口及爐頂的炭化室頂部加一層陶土磚，可避免因快速冷卻或加熱而提前破裂。剩下的都是用二氧化硅砌筑，這樣可以保證頂蓋的完整性和緊密性。爐頂置煤孔及有明孔的磚座用鐵圈固定。為了提高焦爐媒介利用的合理性，該煤化廠作出以下工作：

(1)控制合理的焦餅中心溫度

在煉焦過程中，從煉焦室內排出的紅焦所帶出的熱能占到煉焦設備總熱能的很大一部分。其粒徑取決于其中心溫度及均勻性，選用標準火道溫度，保證爐溫穩定性和均勻性，保證焦餅均勻熟化，可以實現按時推焦。

(2)控制爐頂空間溫度

當工藝參數一致時，焦爐頂部的空間溫度取決于焦爐的受熱面和受熱面垂直方向的受熱均勻性。因此企業可以對炭化室中煤充量和收縮量的控制，還可以根據實際情況合理調整爐頂空間的溫度。因此，在確保焦餅高效加熱的均勻性及對化工產品的需求的情況下，應該將焦餅的上層溫度進行下降，這樣就可以縮短荒煤氣在爐頂空間的滯留時間，使爐頂空間的溫度變得更低，避免荒煤氣在炭化室中攜帶過多的熱量。

(3)合理的配煤比和配煤水分

通過對配合煤含水量進行控制，可以有效地降低焦化過程中的熱能消耗。混煤含水量每增加1%，則對應增加煉焦耗熱量。此外，混煤含水量的變化，不但會顯著地影響到焦化過程中的熱能消耗，還會對焦化系統的穩定性及入爐煤層的比例產生一定的影響。在混煤含水量變化劇烈的情況下，為了確保連續生產，必須使用更高的標準溫度，從而使焦化過程中的能耗更大。

要想減少配合煤的含水量，可以強化煤場的管理，將貯煤場的排水設施做好。在南方多雨的地區，可以使用室內貯煤槽，并添加煤干燥設備和煤調濕裝置，這樣可以更好地實現減少并穩定配合煤的含水量，從而大幅度地節省能量，提高產品的生產效率，并且提高焦爐操作的穩定性。

(4)合理的加熱制度

在焦化過程中，加熱制度的合理性關系到煉焦耗熱量。其中，確定合理的空氣過剩系數，并保證空氣系數變化穩定性，避免廢氣中的物理和化學熱的損失。

當空氣過剩系數太小時，在通常條件下，如果尾氣中包含1%的一氧化碳，按照焦爐煤氣的低熱值3950kJ/m3，空氣過剩系數為1.15進行計算，那么將會有5.8%的加熱用焦爐煤氣的熱量未被使用而流失。當空氣過剩系數太大時，如果排氣中的氧氣含量變化1%（對應于空氣因子增大了大約0.13），由于排氣的容積增大，加熱用的焦爐煤氣的熱損失大約為1%。在煉焦過程中，不同的火焰通道內，氣體的流動系數并不相同。不同的焦爐在不同的設計、施工及操作條件下，不同的焦爐之間存在著不同的差異，通常在0.1以內，最大的差異可達到0.2～0.3。在一般工況下，即便是相同的火道，在正常操作過程中，隨著換向初期到末期，將會逐漸減小空氣系數。在正常生產條件中，空氣系數應該保持在1.15～1.25之間。

(5)廢氣帶走的熱量

通過降低煙道廢氣溫度，可以減少廢氣熱損失，能有效地改善焦化過程中的熱能利用率及焦化過程中的能耗。通常情況下，當小煙管的排氣溫度提高25℃后，那么在焦化過程中的熱效率將會下降1%左右，單位噸煤耗提高25～30kJ。

由于爐身結構緊密，蓄熱室的單元傳熱面積增大，蓄熱室的方塊內氣體分布均勻，換向周期的長度合適，焦爐的壓力系統合理穩定，這些都對降低尾氣的溫度起到了很好的作用。通過對JN60型頂裝焦爐爐膛內儲熱面積的研究，提出了提高煉焦爐膛內儲熱面積的方法。煙氣中的煙氣溫度可下降50℃左右，焦炭能耗可下降60kJ左右。

不能無限的降低廢氣溫度，因為廢氣中包含酸性物質，以SO2、SO3為主，在低溫下會生成硫磺、亞硫磺等，對煉焦裝置的小型煙道、煙道和煙砌塊及相關裝置產生侵蝕作用。另外，尾氣有一定的高溫，可讓煙氣產生抽吸之勢，以保持煉焦，這也是一種對低能熱能的高效利用。通常需要控制小煙道出口部位廢氣溫度在250℃以內。

(6)計量儀表和設備的完整性和準確性

因為種種因素，目前有些焦爐的測量儀器和裝置并不完善，很多焦爐甚至沒有安裝稱量入爐煤的電子稱，即便是有這種裝置，在其完好率、精確度及維護上也需要進行一定的工作。如果沒有這種精確的測量方法，那么在實際的工作中，消耗的熱量和其他數據就會變得模糊不清，甚至會引起不必要的浪費。當每孔焦爐的入爐煤量為40t時，其容許變動±500kg，但各燃燒室內的供熱是相同的，最多和最小裝煤量的消耗熱量相差大約2.5%。在焦化過程中，將會凸顯煤氣流量的變化和偏差對焦化過程中消耗的熱量產生的影響。

(7)爐體狀態

爐體運行狀態，將會直接關系到焦化過程中的耗熱和熱效率。隨著蓄熱室泄漏率的增大，將會同時增大加熱煤氣量，焦化過程中所需的熱量也隨之增大。加大炭化室墻漏氣率，在立火道中燃燒荒煤氣，將會減少煉焦耗熱量，但是荒煤氣漏失量和荒煤氣發生量之間具有緊密的聯系，在結焦前半期會產生大量的煤氣，同時漏失量也比較大，不利于保障加熱系統充分燃燒，隨著廢氣一些可燃物將會離開焦爐，增加總能源的損失。因此，要強化對爐體的熱修維護，讓爐體始終處于良好的狀況，盡量降低爐體竄漏，對確保熱平衡結果的準確性和節約能源標準來說，這是一件很有意義的工作。

(8)減少爐體表面散熱

從焦爐內輸送到焦爐外的熱能所占的比例，取決于爐體尺寸、成焦時間等因素。在一般條件下，其耗散的熱量，主要與煉焦工藝中所采用的保溫方法及相關部分的爐身構造有關。但對于目前的煉焦工藝，還可以針對實際情況，采用相應的技術手段來降低爐壁的熱損耗。對蓄熱式封墻進行了保溫和密封處理，目前大多數煉焦爐回熱器封口沒有保溫保護措施。根據一些工廠的實驗表明，在封閉墻上粘貼一層合適的高度硅氧化物，可以使封閉墻上的溫度下降20～30℃，既可以減少封墻上的熱損耗，又可以改善工作條件，同時也可以增加爐頭火道的溫度，其作用十分顯著。蓄熱室封壁黏土磚的膨脹性和溫升都比普通的硅磚主壁要小，烘爐后極易出現裂紋，在生產中測溫測壓時，測壓孔的震動和換流時此位置的溫度波動，極易出現裂紋，導致冷風泄漏，進而通過排氣的形式進行更多的排氣來獲取更多的熱風，尤其是在蓄熱室封壁時，由于氣體泄漏，燃燒了爐頭上的燃氣，使得爐頭處的溫度顯著降低。因此，對于回熱器的封堵要適時地進行勾線密封。

在此情況下，裝煤孔蓋的表面溫度通常在300～400℃之間，這不僅導致了較大的熱量損耗，而且也加劇了爐內的工作狀況。該焦化廠使用了具有絕緣構造的裝煤孔帽，可以將其表層溫度下降100～150℃，不僅可以減少爐頂的熱輻射，提高工作環境，而且還可以減少熱損耗（1kg入爐煤大約15kJ左右）。

3.結論

近些年我國不斷提高節能環保理念的推廣力度，各行各業都在積極開展環保工作，開展這項工作不僅可以保障企業自身綜合效益，同時可以實現可持續發展目標。因此焦化企業也要把握時代發展趨勢，根據當前焦化產業的生產特點，采取針對性的節能減排措施。因此本文首先分析了焦化工序能耗基本概念，其次結合某焦化廠實際情況提出節能的工藝和方法，對于實際工作起到參考作用，降低焦化生產過程中的能耗，滿足節能減排的發展目標。