焦炉能耗分析与余热利用技术研究

焦炉能耗分析与余热利用技术研究

李鑫罡

（山东省冶金设计院股份有限公司山东济南250101）

摘要：焦化产业一直都是一个成本消耗巨大，并且还会造成一定污染的产业，其在节能减排方面还有着很大的发展空间。通过焦炉物料、热平衡等计算方式，对焦炉的热效及能耗进行计算与分析。运用回收焦炭显热的干熄焦技术和荒煤气余热利用技术，还有将废气及余热作为主要能源的煤调湿技术。对焦炉的废气余热等能源进行二次利用，不仅实现了其价值的最大化，而且还有利于降低能耗成本，减少对环境的污染，进而提高经济效益，促进企业可持续性发展。

关键词：焦炉；能耗；余热利用

引言：作为我国国民经济中不可或缺的构成部分，焦化行业也是我国的经济建设发展中重要的推动力。焦化厂使钢铁联合企业与煤化工企业的重要能耗阶段，主要消耗水资源、煤资源、电资源等，并且还能够生产出焦炭、煤气等二次能源。据统计，焦化厂所生产出来的二次能源在钢铁工业能源总数中大约占比65%以上，所以对焦化厂来说，节能减排是十分必要的，但是焦化厂却也是高排放、高污染的，在进行生产时，会产生大量的废弃物，对环境造成了一定的影响。

一、焦炉物料平衡及热平衡计算

依照结焦的时长来对大型焦炉使用高炉煤气加热，非捣固干煤每公斤含8%的水分，相当炼焦热量2916千焦/kg.如果煤料中的水分超过8%，那么每提高1%，则一公斤的干煤所消耗的热能就会提高68千焦/kg。假设入炉煤计算标准为1000kg，装炉的煤中水分含15%，那么这15%水分的入炉煤的炼焦热能消耗为4560千焦/kg[1]。

二、焦炉的能耗

根据焦炉的热平衡可以得知，由焦炉碳化室红焦带出的900℃-1100℃左右的余热大约在焦炉的总支出热量的36.6%。现阶段，许多焦化企业都还在运用传统的湿法熄焦的方式，对快要出炉的红焦进行洒水熄焦，这种方法的弊端在于不仅不利于红焦余热的回收及二次利用，并且在此过程当中还会产出大量的废气和废水，不仅会浪费能源，而且也不利于环境的保护。

而600℃-700℃的焦炉煤气中温余热大约占焦炉总支出热量的33.51%，而由水分所携带出的热量大约占总支出热量的52.12%。如今最常用的方法使先在集气管中进行循环氨水的喷洒，使氨水能够与荒煤气进行反应，氨水的气化也会使荒煤气的温度直接降至86℃以下。而荒煤气通过降温之后，在初冷器中再次通过冷凝水来进行降温，将荒煤气的温度降至30℃以下。氨水通过冷却以及净化处理之后还可以再次利用。在这整个流程中，荒煤气里带有的热能和氨水进行热量交换时，氨水能够带走荒煤气里携带的大量热能。在此之后，氨水中的热能经过蒸发来进行排出，而在这个过程中，氨水的大量使用会造成成本的提高，并且荒煤气的余热资源直接蒸发排出也无法进行回收。所以，荒煤气余热的回收和再次利用对于焦化厂的节能减排有着重大意义。

265℃的焦炉烟道废气余热大约占焦炉总支出热量的18.73%，通常情况下直接通过烟囱来排放。这种方式不但不利于热量的二次利用，而且还会对环境造成很严重的影响，不利于企业的持续发展。

三、焦炉余热利用技术

（一）干熄焦技术

干熄焦技术通过运用惰性气体冷在干熄槽中与赤热焦炭发生反应，进而降低焦炭的温度。而惰性气体在与焦炭交换了热量之后，还会把热量传递到干熄焦锅炉中，并且产生蒸汽降低温度，惰性气体在冷却之后通过风机吹到干熄槽中进行再次利用。而干熄槽中的高压或是中亚的蒸汽可以输送到蒸汽管中，也可以通过处理后用来发电。

和传统的湿法熄焦法进行对比，干熄焦法的优势主要体现为三点：其一，对于红焦余热的回收能力非常强，可以回收大量的余热。平均熄1t的红焦就可以回收大约4MPa，以及0.5t左右的蒸汽。其二，能够有效地提高焦炭的质量，减少高炉焦比。与湿熄焦对比，干熄焦能够有效解决了湿熄焦的冷却过程中对于焦炭性能的影响问题，可以显著地提高焦炭的性能，降低反应指数和高炉焦比，提高了生产力。其三，能够有效降低对环境的影响。因为惰性气体的应用，可以在相对封闭的干熄槽中对红焦进行冷却处理，而且还有先进的除尘设备，所以一定程度上是不会出现环境污染问题的。并且，若是能保证焦炭的质量不发生改变，那么干熄焦技术能够在配煤中多加约13%左右的粘结性煤，能够有效减少炼焦所消耗的能源[2]。

（二）荒煤气余热利用

对于荒煤气所携带的余热进行回收及利用，能够有效降低焦化厂的能耗，进而提高经济利益。荒煤气所携带的余热多数都传输到循环氨水以及初冷器冷却水中，所以，对于煤气初冷系统的余热利用通常是利用南水和循环水中所携带的热能。

当对荒煤气进行循环氨水处理之后，氨水的温度会上升到85℃左右，并且携带着余热。对于循环氨水的余热利用可以进行采暖、焦化锅炉预热等工作，还可以取代蒸汽，进行一些设备的管道保温以及清理工作。为了能够更加有效的回收及二次利用荒煤气的余热能源，我国焦化工作者早在上个世纪70年代便开发了上升管汽化冷却设备，以此来进行低压蒸汽的生产。荒煤气会在上升管中的中心管向上飘浮，冷却媒介随着夹套而进行流通。副产的蒸汽可以用来进行制冷或是装炉煤调湿。而利用上升管气化冷却器来对荒煤气的余热进行回收有着以下几个优势：其一，有着优秀的节能效果。每t焦炭都可以大约产出10%的蒸汽，节能效果非常强。其二，可以优化操作环境。上升管的温度可以轻易降低至安全范围，这有效地解决了焦炉顶的散热问题，优化了炉顶的操作环境、其三，降低了氮水的消耗。荒煤气的温度可以从600-700℃降到400-500℃，可以适当降低氨水以及初冷器中冷却水的使用量。上升管的底部结焦问题可以利用加强蒸汽压力，降低夹套的传递热能面积等方式来进行解决[3]。

（三）煤调湿技术

煤调湿技术通过对焦化厂余热的再次运用，把在装炉前就减少炼焦煤料中的水含量，保证装炉煤的水分含量保持在5%左右，之后再进行装炉炼焦。煤调湿和煤预热以及煤干燥都不一样，煤预热使把入炉煤在装炉之前采用一定的载体进行加热，持续加热到进行热分解之前的温度，这时候，煤里基本没有水，之后将其进行装炉炼焦。煤干燥并不会规范水分的管控方式。煤调湿则会严格把控水分的控制管理，最大限度的保证装炉煤中水分保持稳定。煤调湿技术不但可以提高装煤炭堆积的密度，以及焦炭的质量强度，还可以降低焦炭反应性，改善炼焦煤的构成粒度等。

结束语：如今，焦化企业越来越重视节能减排，而通过物料平衡及热平衡并且提高余热的利用以及减少炼焦的耗能对于焦炉节能减排有着明显的成效。干熄焦技术能够有效地回收大量的红焦显热，不仅能够提高焦炭的品质，还能够节约能耗改善环境；荒煤气余热利用技术可以将循环氨水以及初冷器循环水的热量进行再次利用，有效地降低能耗；煤调湿技术能够将烟道废气当作主要能源，将废气所携带的热量进行充分利用，有效地提高了焦炉的生产量，并减少能耗和环境污染问题。

参考文献：

[1]张欣欣,张安强,冯妍卉,刘健,张长青,于振东.焦炉能耗分析与余热利用技术[J].钢铁,2012,47(08):1-4+12.

[2]牛泽群.焦炉余热利用技术状况及发展方向[J].节能技术,1996(01):42-45+48.