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焦化焦爐設(shè)備的分析及利用方向回收利用途徑一、焦化焦爐設(shè)備煉焦爐的熱平衡分析
焦化焦爐設(shè)備在煉焦生產(chǎn)和煤氣凈化過程中，蘊含著大量的余熱資源，有著的回收利用價值，因此，焦化廠在進行余熱資源利用和節(jié)能減排方面具有巨大潛力。
重鋼焦化廠的生產(chǎn)屬于粗放的生產(chǎn)經(jīng)營方式，能源利用效率低，余熱資源豐富但未得到回收利用，在國內(nèi)焦化行業(yè)具有典型代表性。本課題依托重鋼焦化廠的生產(chǎn)實際，研究焦化余熱資源及其回收利用工藝技術(shù)，結(jié)合重鋼環(huán)保搬遷焦化工程的規(guī)劃方案，研究適合其生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)工藝技術(shù)特點、經(jīng)濟合理的余熱資源綜合利用技術(shù)方案，對新重鋼焦化廠的節(jié)能減排提供技術(shù)支撐，具有現(xiàn)實意義。
通過對煉焦爐的熱平衡分析，焦化設(shè)備配件確定了煉焦生產(chǎn)余熱資源的回收利用主要方向為回收紅焦物理熱、荒煤氣和燃燒廢氣顯熱，其中，紅焦顯熱占供入焦爐熱量的35%左右，是主要研究對象；通過分析煤氣凈化系統(tǒng)生產(chǎn)工藝和余熱資源構(gòu)成，以及能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝現(xiàn)狀，確定了煤氣凈化系統(tǒng)余熱資源利用途徑以調(diào)整化工工藝、回收高溫工藝介質(zhì)余熱為主，能源系統(tǒng)以采用自產(chǎn)能源(如焦爐煤氣)替代直接外購能源為主。
根據(jù)當(dāng)前焦化行業(yè)的余熱回收利用技術(shù)發(fā)展趨勢，研究焦化廠余熱回收利用工藝技術(shù)的應(yīng)用情況和應(yīng)用條件。結(jié)合重鋼環(huán)保搬遷焦化工程規(guī)劃方案，研究各種余熱回收工藝技術(shù)的應(yīng)用可能性和應(yīng)用方案，測算技術(shù)經(jīng)濟合理性。煤焦系統(tǒng)研究干法熄焦工藝(CDQ)代替濕法熄焦的工藝技術(shù)方案，確定了干法熄焦的巨大經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益。煤氣凈化系統(tǒng)研究將真空碳酸鉀脫硫工藝與橫管初冷器結(jié)合、回收利用橫管初冷器上段余熱的工藝；采用蒸汽噴射閃蒸技術(shù)的節(jié)能蒸氨工藝；導(dǎo)向噴射塔盤蒸餾工藝。能源系統(tǒng)研究了焦爐煤氣代替蒸汽的技術(shù)：導(dǎo)熱油加熱技術(shù)替代直接蒸汽蒸氨的工藝；直燃吸收式制冷機取代蒸汽吸收式制冷機；工業(yè)循環(huán)水水源熱泵技術(shù)；循環(huán)水冷卻采用表面蒸發(fā)空冷器。
按照重鋼環(huán)保搬遷焦化工程年產(chǎn)240萬t焦碳的規(guī)模，確定的余熱回收工藝技術(shù)方案，回收利用余熱折合標煤202160噸/年以上，各項余熱利用工藝技術(shù)在減少粉塵排放、降低大氣和水體污染等方面，還具有顯著的環(huán)境效益。
二、焦化焦爐設(shè)備配件的利用方向和回收利用途徑
從焦爐的熱平衡數(shù)據(jù)表可以看出，荒煤氣帶出的熱量占供入焦爐熱量的35%左右。在這部分熱量主要包括煤料中水分的加熱、汽化帶走的熱和煤氣帶走的顯熱。
因此，針對荒煤氣帶走的熱量的節(jié)能主要從兩方面考慮，一是降低裝爐煤的水分，從而減少荒煤氣帶走的熱量，另外就是回收利用荒煤氣中的熱能。
①降低裝爐煤的水分，實現(xiàn)干燥煤和預(yù)熱煤煉焦據(jù)測算，入爐煤水分每增減1%，煉焦相當(dāng)耗熱量增減58520~66880J/kg干煤。
而干燥煤和預(yù)熱煤煉焦是降低煤料水分從而達到節(jié)能的手段。
干燥煤或預(yù)熱煤煉焦就是將在炭化室內(nèi)進行的水分加熱、蒸發(fā)等過程全部或部分放在爐外完成。濕煤料爐外干燥或預(yù)熱，通常都是在傳質(zhì)、傳熱效率較高的流態(tài)化裝置內(nèi)進行的，因此濕煤干燥或預(yù)熱的熱耗比在炭化室內(nèi)進行時要低。由于預(yù)熱煤裝爐煉焦，改變了炭化室內(nèi)傳熱的狀態(tài)，縮短了結(jié)焦時間，因此相應(yīng)地降低了散熱損失。焦化設(shè)備配件在保證焦炭質(zhì)量的前提下，可以適當(dāng)?shù)亟档徒癸炛行臏囟群蜖t頂空間溫度，從而也可減少焦餅和荒煤氣帶走的顯熱。據(jù)分析，預(yù)熱煤煉焦比濕煤煉焦節(jié)省10%左右的煉焦耗熱量，約節(jié)能391KJ/kg焦。
目前，國內(nèi)外趨向于部分去除裝爐煤水分煉焦技術(shù)的研究開發(fā)，即煤調(diào)濕技術(shù)。煤調(diào)濕是把水分>10%的配合后煉焦用煤，使用干燥機將其水分降低至約6%，同時達到合理利用煤炭資源，降低生產(chǎn)成本的目的。這項技術(shù)以其較好的經(jīng)濟效益和社會效益受到焦化界的普遍重視，并得到較快發(fā)展。
按照預(yù)熱煤的熱源和干燥設(shè)備劃分，目前國內(nèi)相關(guān)研究機構(gòu)正開發(fā)研究并進行積極工業(yè)推廣試用煤調(diào)濕工藝流程包括用焦爐煙道氣顯熱作熱源的煤調(diào)濕裝置、用焦爐煙道氣和荒煤氣顯熱作熱源的煤調(diào)濕裝置、用蒸汽作熱源的煤調(diào)濕裝置、用焦爐煙道氣作熱源流化床干燥機的煤調(diào)濕裝置等。
1)用焦爐煙道氣顯熱作熱源的煤調(diào)濕裝置
這種煤調(diào)濕裝置是利用焦爐煙道氣的顯熱在立式多層干燥機內(nèi)與濕煤進行直接熱交換。煤的水分由一9%降至一6%，采用該種工藝流程的煤調(diào)濕裝置，在日本只有一處，即中山廠煤調(diào)濕裝置。
2)用焦爐煙道氣和荒煤氣顯熱作熱源的煤調(diào)濕裝置用導(dǎo)熱油為熱媒，通過煙道換熱器和上升管換熱器吸收焦爐煙道氣和荒煤氣顯熱后溫度提高至210℃，在多管回轉(zhuǎn)干燥機內(nèi)與濕煤進行間接熱交換(熱媒油走管內(nèi)，濕煤走管外)。通過調(diào)節(jié)熱媒油溫度、干燥機轉(zhuǎn)數(shù)、給煤量等措施使煤料水分達到目標值。
與濕煤換熱后的熱媒油溫度降至80℃，送到煙道換熱器換熱，吸收焦爐燃燒廢氣余熱后溫度升高到130℃；再到上升管換熱器換熱，吸收荒煤氣余熱后溫度升至160℃；再到管式爐用焦爐煤氣加熱至210℃后，回到干燥機內(nèi)與濕煤換熱，循環(huán)使用。
該工藝根據(jù)焦爐能流途徑和熱能組成來設(shè)計節(jié)能工藝，設(shè)計理念十分先進。
一方面盡量回收利用荒煤氣、燃燒廢氣攜帶的熱能，同時充分利用富余的焦爐煤氣這種二次能源；另一方面利用回收的余熱資源，降低裝爐煤水分，從源頭上減少荒煤氣的帶出的熱量和煉焦溫度，然后降低煉焦能耗。
但該流程工藝復(fù)雜、設(shè)備龐大、投資大、占地面積較大，未得到推廣應(yīng)用。鞍山焦耐院同日本新日鐵公司合作，于1995年在重鋼焦化廠設(shè)計試用了一套裝置。從實際運行情況看，該流程系統(tǒng)線路過長，波及面寬，涉及配煤、煉焦的主體生產(chǎn)，并對煤氣凈化系統(tǒng)的冷凝鼓風(fēng)工段有影響，增加了焦化廠生產(chǎn)操作的難度；導(dǎo)熱油易泄漏、溫度高易燃，對運行管路和設(shè)備的要求高，操作管理程序復(fù)雜，并且因配套的設(shè)備材料難以滿足工藝技術(shù)的要求，運行期間事故頻發(fā)，系數(shù)低。尤其是爐頂上升管換熱器附屬的熱媒油管路較為復(fù)雜，容易漏油引發(fā)火災(zāi)，因而惡化了操作環(huán)境，增大了設(shè)備維護的難度和工作量。
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