＊?jiǎng)?瑞

（山西焦化股份有限公司焦化廠 山西 041606）

能耗既給環(huán)境造成了很大的壓力，又給社會(huì)造成了很大的負(fù)擔(dān)，尤其是煤炭、鋼鐵等非再生能源，在煉焦工藝中，對(duì)煤炭的消耗尤為嚴(yán)重。焦化企業(yè)或者與其相關(guān)的生產(chǎn)行業(yè)要想長(zhǎng)期存在并獲得持續(xù)發(fā)展，節(jié)能降耗就顯得尤為重要。本文主要分析了焦化廠煉焦工序?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的措施，對(duì)于實(shí)際工作起到參考作用，推動(dòng)我國(guó)整體焦化行業(yè)健康發(fā)展。

1.焦化工序能耗基本概念

(1)能源和耗能工質(zhì)

計(jì)算企業(yè)能耗時(shí)，因?yàn)樯婕拜^多的能源類型，例如，其中包含的耗能工質(zhì)直接關(guān)系到最終耗能結(jié)果。一些企業(yè)將其作為二次能源，因此增加了管理難度[1]。一些企業(yè)在計(jì)算過(guò)程中，在電動(dòng)鼓風(fēng)和壓縮空氣等方面直接攤?cè)敫鞴ば虻碾姾?，雖然降低了統(tǒng)計(jì)難度，但是不利于對(duì)實(shí)際耗能情況進(jìn)行精準(zhǔn)性的分析[2]。

(2)能源折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)

在能耗計(jì)算前，先將不同能量的消耗量與對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)相乘，再將其換算為標(biāo)準(zhǔn)煤量。一次能量轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)煤炭系數(shù)是指其較低的熱量與較高的標(biāo)準(zhǔn)煤炭熱量的比率；二次能量轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)煤的比例可劃分為兩種，一種是當(dāng)量值的比例可轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)煤比例，另一種是等價(jià)熱值比例可轉(zhuǎn)化為二次能后的能耗損失[3]。

在實(shí)際應(yīng)用中，二次能源均以等價(jià)價(jià)值為基準(zhǔn)，以蒸氣為基準(zhǔn)計(jì)算。盡管有關(guān)研究表明，燃油能量的低壓熱值應(yīng)該是在統(tǒng)計(jì)期間的測(cè)量值，但在現(xiàn)實(shí)的管理中，經(jīng)常出現(xiàn)的情況是，在使用有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)所提供的基準(zhǔn)值時(shí)，都會(huì)使用相同的折標(biāo)準(zhǔn)煤因子，而忽視了兩者之間的數(shù)值差別，這樣導(dǎo)致計(jì)算出來(lái)的能耗指數(shù)與真實(shí)的數(shù)值相差很大。

(3)工序單位產(chǎn)品能耗計(jì)算

在不同的公司中，因其制造過(guò)程的不同，其所覆蓋的過(guò)程也是不同的。決定了一個(gè)工藝的能耗統(tǒng)計(jì)范圍，也就是決定了這個(gè)工藝是一個(gè)能源系統(tǒng)的系統(tǒng)邊界，經(jīng)過(guò)這個(gè)邊界進(jìn)入系統(tǒng)的能量就是能量輸入，經(jīng)過(guò)這個(gè)邊界離開系統(tǒng)的能量就是能量輸出。在進(jìn)行能量收集的過(guò)程中，能量輸出為能量收集的數(shù)量減去該過(guò)程本身所使用的能量，能量輸入為能量消耗減去該過(guò)程所使用的能量。

通過(guò)能量輸入和能量輸出來(lái)進(jìn)行工藝單位產(chǎn)物的能源消耗，雖然可以簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，防止了重復(fù)計(jì)算和遺漏等情況，但是它無(wú)法更好地反映工藝過(guò)程中能量的加工、轉(zhuǎn)化和回收等過(guò)程，不便于對(duì)工藝過(guò)程的能量狀態(tài)進(jìn)行分析。而利用能量消耗量和回收量來(lái)進(jìn)行工藝單位生產(chǎn)能耗的計(jì)算，能夠更加準(zhǔn)確地反應(yīng)工藝過(guò)程中的能量消費(fèi)情況，但是它需要更高的能量計(jì)量系統(tǒng)。

同時(shí)，由于科技的不斷發(fā)展，許多新型的廢熱處理技術(shù)正逐步得到應(yīng)用。例如，廢熱回收應(yīng)不應(yīng)該被列入工藝能耗核算，又應(yīng)該怎樣核算，至今仍沒(méi)有明確的界定，需要通過(guò)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)改進(jìn)。在今后的研究中，在廢熱利用方面，應(yīng)該以實(shí)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(chǎn)品能耗的前提，在相應(yīng)的工藝范圍內(nèi)裝備有充足的能量測(cè)量?jī)x器，以獲取所需的能量消費(fèi)數(shù)據(jù)。

(4)能源平衡

所謂能耗平衡指的是分析企業(yè)各部門和不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源收支情況，保證實(shí)現(xiàn)企業(yè)能源盈虧平衡。在鋼鐵工業(yè)中，以能量收支為依據(jù)來(lái)進(jìn)行各工藝過(guò)程的單產(chǎn)和噸鋼的總消耗。在制定能源收支平衡表時(shí)，要盡量涵蓋全部能源，對(duì)各種能源要真實(shí)地體現(xiàn)能源的投入、產(chǎn)出、庫(kù)存變化和消耗；在對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析時(shí)，也應(yīng)該將其進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)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(chǎn)線，甚至是某一種用能設(shè)備，例如，煉焦工藝的不同焦?fàn)t等[4]。這樣，就可以從能耗平衡表中，對(duì)企業(yè)的能耗狀況進(jìn)行深刻的剖析，發(fā)現(xiàn)節(jié)能的潛力，并確定改善的方向。

2.焦化廠節(jié)能的工藝和方法

某焦化廠主要是利用JN60型頂裝焦?fàn)t，JN60焦?fàn)t是一種雙重火道，下噴煤氣，廢氣循環(huán)，再熱的頂裝式焦?fàn)t。其主要特征為：回?zé)崞鞅趯?90mm，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(jié)省磚形，還可以使?fàn)t襯的加熱溫度升高。部分煉焦?fàn)t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(gòu)造，使其與保護(hù)板不易發(fā)生卡合。該燃燒器包括16對(duì)雙層火焰通道。在卸煤口及爐頂?shù)奶炕翼敳考右粚犹胀链u，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?fàn)t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(guò)程中，從煉焦室內(nèi)排出的紅焦所帶出的熱能占到煉焦設(shè)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(biāo)準(zhǔn)火道溫度，保證爐溫穩(wěn)定性和均勻性，保證焦餅均勻熟化，可以實(shí)現(xiàn)按時(shí)推焦。

(2)控制爐頂空間溫度

當(dāng)工藝參數(shù)一致時(shí)，焦?fàn)t頂部的空間溫度取決于焦?fàn)t的受熱面和受熱面垂直方向的受熱均勻性。因此企業(yè)可以對(duì)炭化室中煤充量和收縮量的控制，還可以根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)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(duì)化工產(chǎn)品的需求的情況下，應(yīng)該將焦餅的上層溫度進(jìn)行下降，這樣就可以縮短荒煤氣在爐頂空間的滯留時(shí)間，使?fàn)t頂空間的溫度變得更低，避免荒煤氣在炭化室中攜帶過(guò)多的熱量。

(3)合理的配煤比和配煤水分

通過(guò)對(duì)配合煤含水量進(jìn)行控制，可以有效地降低焦化過(guò)程中的熱能消耗?；烀汉棵吭黾?%，則對(duì)應(yīng)增加煉焦耗熱量。此外，混煤含水量的變化，不但會(huì)顯著地影響到焦化過(guò)程中的熱能消耗，還會(huì)對(duì)焦化系統(tǒng)的穩(wěn)定性及入爐煤層的比例產(chǎn)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(xù)生產(chǎn)，必須使用更高的標(biāo)準(zhǔn)溫度，從而使焦化過(guò)程中的能耗更大。

要想減少配合煤的含水量，可以強(qiáng)化煤場(chǎng)的管理，將貯煤場(chǎng)的排水設(shè)施做好。在南方多雨的地區(qū)，可以使用室內(nèi)貯煤槽，并添加煤干燥設(shè)備和煤調(diào)濕裝置，這樣可以更好地實(shí)現(xiàn)減少并穩(wěn)定配合煤的含水量，從而大幅度地節(jié)省能量，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，并且提高焦?fàn)t操作的穩(wěn)定性。

(4)合理的加熱制度

在焦化過(guò)程中，加熱制度的合理性關(guān)系到煉焦耗熱量。其中，確定合理的空氣過(guò)剩系數(shù)，并保證空氣系數(shù)變化穩(wěn)定性，避免廢氣中的物理和化學(xué)熱的損失。

當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)太小時(shí)，在通常條件下，如果尾氣中包含1%的一氧化碳，按照焦?fàn)t煤氣的低熱值3950kJ/m3，空氣過(guò)剩系數(shù)為1.15進(jìn)行計(jì)算，那么將會(huì)有5.8%的加熱用焦?fàn)t煤氣的熱量未被使用而流失。當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)太大時(shí)，如果排氣中的氧氣含量變化1%（對(duì)應(yīng)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?fàn)t煤氣的熱損失大約為1%。在煉焦過(guò)程中，不同的火焰通道內(nèi)，氣體的流動(dòng)系數(shù)并不相同。不同的焦?fàn)t在不同的設(shè)計(jì)、施工及操作條件下，不同的焦?fàn)t之間存在著不同的差異，通常在0.1以內(nèi)，最大的差異可達(dá)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(guò)程中，隨著換向初期到末期，將會(huì)逐漸減小空氣系數(shù)。在正常生產(chǎn)條件中，空氣系數(shù)應(yīng)該保持在1.15～1.25之間。

(5)廢氣帶走的熱量

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

由于爐身結(jié)構(gòu)緊密，蓄熱室的單元傳熱面積增大，蓄熱室的方塊內(nèi)氣體分布均勻，換向周期的長(zhǎng)度合適，焦?fàn)t的壓力系統(tǒng)合理穩(wěn)定，這些都對(duì)降低尾氣的溫度起到了很好的作用。通過(guò)對(duì)JN60型頂裝焦?fàn)t爐膛內(nèi)儲(chǔ)熱面積的研究，提出了提高煉焦?fàn)t膛內(nèi)儲(chǔ)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(wú)限的降低廢氣溫度，因?yàn)閺U氣中包含酸性物質(zhì)，以SO2、SO3為主，在低溫下會(huì)生成硫磺、亞硫磺等，對(duì)煉焦裝置的小型煙道、煙道和煙砌塊及相關(guān)裝置產(chǎn)生侵蝕作用。另外，尾氣有一定的高溫，可讓煙氣產(chǎn)生抽吸之勢(shì)，以保持煉焦，這也是一種對(duì)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(nèi)。

(6)計(jì)量?jī)x表和設(shè)備的完整性和準(zhǔn)確性

因?yàn)榉N種因素，目前有些焦?fàn)t的測(cè)量?jī)x器和裝置并不完善，很多焦?fàn)t甚至沒(méi)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(hù)上也需要進(jìn)行一定的工作。如果沒(méi)有這種精確的測(cè)量方法，那么在實(shí)際的工作中，消耗的熱量和其他數(shù)據(jù)就會(huì)變得模糊不清，甚至?xí)鸩槐匾睦速M(fèi)。當(dāng)每孔焦?fàn)t的入爐煤量為40t時(shí)，其容許變動(dòng)±500kg，但各燃燒室內(nèi)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(guò)程中，將會(huì)凸顯煤氣流量的變化和偏差對(duì)焦化過(guò)程中消耗的熱量產(chǎn)生的影響。

(7)爐體狀態(tài)

爐體運(yùn)行狀態(tài)，將會(huì)直接關(guān)系到焦化過(guò)程中的耗熱和熱效率。隨著蓄熱室泄漏率的增大，將會(huì)同時(shí)增大加熱煤氣量，焦化過(guò)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(huì)減少煉焦耗熱量，但是荒煤氣漏失量和荒煤氣發(fā)生量之間具有緊密的聯(lián)系，在結(jié)焦前半期會(huì)產(chǎn)生大量的煤氣，同時(shí)漏失量也比較大，不利于保障加熱系統(tǒng)充分燃燒，隨著廢氣一些可燃物將會(huì)離開焦?fàn)t，增加總能源的損失。因此，要強(qiáng)化對(duì)爐體的熱修維護(hù)，讓爐體始終處于良好的狀況，盡量降低爐體竄漏，對(duì)確保熱平衡結(jié)果的準(zhǔn)確性和節(jié)約能源標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，這是一件很有意義的工作。

(8)減少爐體表面散熱

從焦?fàn)t內(nèi)輸送到焦?fàn)t外的熱能所占的比例，取決于爐體尺寸、成焦時(shí)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(guān)部分的爐身構(gòu)造有關(guān)。但對(duì)于目前的煉焦工藝，還可以針對(duì)實(shí)際情況，采用相應(yīng)的技術(shù)手段來(lái)降低爐壁的熱損耗。對(duì)蓄熱式封墻進(jìn)行了保溫和密封處理，目前大多數(shù)煉焦?fàn)t回?zé)崞鞣饪跊](méi)有保溫保護(hù)措施。根據(jù)一些工廠的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(xiàn)裂紋，在生產(chǎn)中測(cè)溫測(cè)壓時(shí)，測(cè)壓孔的震動(dòng)和換流時(shí)此位置的溫度波動(dòng)，極易出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致冷風(fēng)泄漏，進(jìn)而通過(guò)排氣的形式進(jìn)行更多的排氣來(lái)獲取更多的熱風(fēng)，尤其是在蓄熱室封壁時(shí)，由于氣體泄漏，燃燒了爐頭上的燃?xì)?，使得爐頭處的溫度顯著降低。因此，對(duì)于回?zé)崞鞯姆舛乱m時(shí)地進(jìn)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(dǎo)致了較大的熱量損耗，而且也加劇了爐內(nèi)的工作狀況。該焦化廠使用了具有絕緣構(gòu)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?shù)臒彷椛?，提高工作環(huán)境，而且還可以減少熱損耗（1kg入爐煤大約15kJ左右）。

3.結(jié)論

近些年我國(guó)不斷提高節(jié)能環(huán)保理念的推廣力度，各行各業(yè)都在積極開展環(huán)保工作，開展這項(xiàng)工作不僅可以保障企業(yè)自身綜合效益，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。因此焦化企業(yè)也要把握時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)當(dāng)前焦化產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，采取針對(duì)性的節(jié)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(jié)合某焦化廠實(shí)際情況提出節(jié)能的工藝和方法，對(duì)于實(shí)際工作起到參考作用，降低焦化生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，滿足節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)。