中小型焦化企业节能途径和思路
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第38卷第11期辽宁化工Vo.l38,No.112009年11月LiaoningChemicalIndustryNovember,2009
中小型焦化企业节能途径和思路
姚维学1,付再华2,刘同飞3,崔广华3
(1.唐山宝铁煤化工有限公司,河北唐山063307;2.唐山考伯斯开滦炭素化工有限公司,河北唐山063000;
3.河北理工大学化工与生物技术学院,河北唐山063009)
摘要:从中小型焦化企业工艺和耗能现状出发,通过对其节能潜力分析,总结出适用于中小型
焦化企业节能的途径和思路。着重围绕焦化企业消耗最大的能源-焦炉煤气节约措施进行阐述,包括
降低煤气发生量、焦炉节能、剩余焦炉煤气的综合利用,还介绍了回收初冷系统显热、节约企业电耗以及
加强企业节能管理等节能途径方面。
关键词:焦化企业;节能降耗;途径;余热回收利用
中图分类号:TQ123.4文献标识码:A文章编号:1004-0935(2009)11-0834-04
根据当前国家产业政策,节能减排是行业结构调整的
方向,是企业发展的必然选择。尤其对于高耗能、高污染、
高排放行业,节能降耗工作关系着企业的生死存在。焦化
作为能源加工行业,属于三高行业,是重点节能降耗行业。
其中,中小型焦化企业由于生产规模相对较小,设备相对
简单,自动化程度低,操作人员素质差等原因,一直是影响
整个行业节能降耗取得实质性进展的瓶颈。据统计,我国
年焦炭产量小于100万t的焦化企业占总焦化企业数量
的90%左右,产能约占全国年焦炭生产总量的60%,单位
炼焦工序综合能耗普遍在180~200kgce/t,有的小型企
业甚至高于200kgce/t,远远高于大型焦化企业单位炼焦
工序综合能耗,也大大高于全国工业企业平均能耗水平,
因此,做好中小型焦化企业节能工作至关重要。
1中小型焦化企业节能现状
1.1中小型焦化企业生产工艺简介
我国中小型焦化企业的生产部门一般分为3个车间,
为:备煤车间、炼焦车间和化产回收车间,此外还有机修、
电仪等辅助车间。生产工艺如图1所示。
有的企业将脱硫单元放在粗苯回收后面,只将外供煤
气脱硫,自用煤气一般不经过脱硫,也有的小型机焦企业
没有脱硫单元,这与当地地方政府的环保检查力度和企业
自身环保意识有关。
1.2中小型焦化企业节能减排现状
目前,我国的中小型焦化企业的节能减排工作还处于
初期水平,许多小型焦化企业没有节能管理部门和专门的从业人员,部分企业管理层的节能意识也比较薄弱,节能降耗工作在中小型焦化企业的开展有相当的难度。
图1焦化企业生产工艺流程图
我国焦化生产单位工序能耗平均为130kgce/t,其中
中小型焦化企业的单位炼焦工序能耗为150~180kgce/
t,大型焦化企业单位炼焦工序能耗较低,平均在120kg
ce/t。国内几家大型焦化企业的能耗指标(单位:kgce/t)
分别为:宝钢88.13,攀钢99.50,通钢117.29,邯钢
121.04,柳钢123.47,莱钢126.39,临钢102.94,邢钢
127.34。与大型焦化企业相比,中小型焦化企业的节能潜
力相当大。
表1为某独立小型焦化企业2007年的能源消耗情
况,该企业焦炉设计生产焦炭能力为60万t/a。由表1中
数据可以看出,该厂单位工序能耗较高,焦炉煤气、电和蒸
汽为主要消耗能源,其中焦炉煤气消耗量最大,占总能耗
收稿日期:2009-05-27作者简介:姚维学(1976-),男,助理工程师。通讯联系人:崔广华(1965-),男,教授。E-mai:ltscghua@126.com。的77.35%,其次为蒸汽消耗,占12.03%,再者为电消耗,
占7.46%,因此,降低焦炉煤气、蒸汽、电消耗是中小型焦
化企业节能主要的途径。
表1能源消耗构成
能源品种吨焦消耗量折合标准煤/(kgt-1)占工序能耗百分率,
%
焦炉煤气/m3284.26162.4377.35
电/(kWh)36.0815.667.46
水/m30.80
汽油/L0.01
柴油/L0.57
蒸汽/kg180.4825.2712.03
总计-203.3696.84
注:表中将水、汽油和柴油的折合标准煤折算入了电耗中。
2中小型焦化企业节能有效途径
2.1焦炉煤气节约
焦炉煤气是煤在干馏过程中产生的,经过一系列副产
品回收,除了生产、生活自供,剩下的即为剩余焦炉煤气。
焦化煤气是焦化企业消耗最大的能源,大约占焦化企业能
源消耗量的70%,因此,节约焦炉煤气用量、提高焦炉煤
气综合利用率是焦化企业节能的重点。
2.1.1调节配煤比,降低煤气发生量
焦化企业的剩余焦炉煤气约占总煤气发生量的
40%,产出的焦炉煤气供应量远远大于消耗量,通过减少
总煤气发生量来减少剩余煤气,是节约焦炉煤气浪费的一
个有效方法。在保证不影响焦炭质量的前提下,适当提高
瘦煤配比,不仅降低配煤的挥发份,同时节约配煤成本。
(1)配煤中配入适量沥青
在配煤中配入适当煤或石油沥青,可以提高配煤的粘
结性,在不影响焦炭质量的前提下,可以更大限度地调节
配煤比,降低配煤的挥发份。
(2)应用捣固技术
捣固焦技术发展至今已有上百年的历史,多年以来一
直被欧美的一些发达国家所垄断,是一种可根据焦炭的不
同用途,配入较多的非主焦煤,用捣固机将配煤捣实成与
碳化室结构相当的煤饼后,从焦炉机侧推入碳化室内进行
高温干馏的炼焦技术[1]。近几年来,随着捣固焦技术在国
内的成熟,国内的捣固焦炉也日趋增多,截至目前,我国山
西、河北、山东、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁等省区的近
500家焦化企业中,使用捣固焦炉的企业已达100余家。
山西、河北两省捣固焦炉的产能达5000万t/a,每年可降
低焦炭成本总计60亿元。
应用捣固技术不仅能提高焦炭质量,而且还可以充分
利用气煤、瘦煤和弱粘结性煤资源,降低主焦煤用量,缓解
我国主焦煤稀缺的现状。捣固焦炉可以提高配煤中低挥发分、弱粘结性煤的配比,降低配煤成本,提高焦炭质量,提高焦炭产量及焦炉热利用率。同时,降低煤气发生量、
改善焦炉热利用状况。
将这两种办法结合使用,减小配煤的挥发分,从而降
低焦炉煤气发生量能达5%~10%,这对于剩余焦炉煤气
无固定外供用户的独立中小型焦化企业比较适用。
2.1.2降低焦炉耗热,减少煤气消耗
自用焦炉煤气有85%以上都消耗在了焦炉上,因此,
降低煤干馏的耗热量是焦炉节能的重要研究课题[2-3]。
(1)降低煤饼温度
焦饼中心温度是衡量焦炭是否成熟的技术指标,规定
为950~1050。一般的中小型焦化企业煤干馏过程中
的焦饼温度都会高于规定值,在1070左右[4]。因此,
可以根据焦炭质量变化,适当均匀降低煤饼中心温度,以
减少焦炉耗气量。据监测,对于年生产焦炭能力为60万t
的焦炉,煤饼温度降低50,可节约耗煤气量约800
m3/h,经济效益可观。
(2)精确控制焦炉加热
计算机控制焦炉加热操作的基本原理是根据装炉煤
特性确定结焦时间和火道温度,根据火道温度确定最佳供
热量及其相适应的烟道吸力[5]。通过对碳化室中煤饼温
度监控,将温度数据反馈给计算机,由计算机代替人工调
节焦炉加热,这样保证对焦炉进行准确定量地供应煤气,
避免了人工调节温度滞后性而造成的煤气浪费。
(3)减少炉体散热
焦炉炉体散热占焦炉总耗热量的10%左右,加强焦
炉炉体的保温措施,减少焦炉炉体散热,也是减少煤气消
耗的有利措施。借鉴现代绿色建筑墙体保温技术,选用一
种耐高温、高强度、低热传导系数的合成树脂材料粘附于
炉体外部,以达到隔热保温的效果。
(4)减薄碳化室墙砖厚度
焦炉在工作时,燃烧室通过隔墙将热量传递给碳化
室,因此,隔墙传热的好坏直接影响着焦炉热利用率,而减
薄碳化室格砖厚度是增加隔墙热传导率的直接途径。碳
化室墙的厚度减薄10mm,可节约能耗7%,并且墙厚每减
1mm,结焦时间可缩短5.4~6min[6]。严文福等报道[7],
炉墙厚度从100mm减至80mm时,碳化室侧墙温度从
730增加到744.27;炉墙厚度减至60mm时,墙面温
度增加到787.53,增加了57.53,因此,中小型焦化
企业可根据条件,适当地减薄碳化室隔墙厚度,是大大增
加焦炉热利用率。
2.1.3提高焦炉煤气的综合利用
过剩焦炉煤气无法外供,一直以来是令中小型焦化企
业最头疼的问题。有的企业由于煤气没有外供用户,将过
剩煤气直接燃烧掉或者放散到大气中,这样不仅造成了大
量的能源浪费,也对环境产生了严重污染,这与建设资源
节约、环境友好型社会相背弃。目前,焦炉煤气的综合利835第38卷第11期姚维学,等:中小型焦化企业节能途径和思路用主要从以下几个方面考虑:
(1)焦炉煤气用于发电
焦炉煤气发电主要有蒸汽发电、燃气轮机发电和内燃
机发电3种方式。在中小型机组中,燃气轮机发电效率最
高,通常在30%~40%,并且燃气内燃机发电方式发电投
资相对较低,每千瓦约3500~4000元[8]。
采用燃气-蒸汽联合循环发电技术(CCPP),可以对
热能资源进行高效综合利用,发电效率可达到45%以上,
是我国大中型钢铁联合企业积极推广的技术。鞍钢、济
钢、武钢在这一方面取得了大量的经验[9]。
(2)焦炉煤气制甲醇
该工艺是由化学工业第二设计院于2002年设计出来
的,该工艺最早应用云南曲靖大为炼焦制气厂投资1.1亿
元的8万t/a焦炉煤气制甲醇项目,及河北建滔焦化有限
公司的10万t/a焦炉煤气制甲醇项目。目前,国内在建
项目大约30余个,共计产能481万t。
(3)用焦炉煤气生产尿素
国内首家采用以焦炉煤气为主要原料进行尿素生产
装置的厂家是辽宁北方煤化工(集团)有限公司,设计年
生产能力180kt合成氨、300kt尿素,已于2007年11月中
旬开工。合成氨生产采用焦炉煤气加压催化部分氧化法
和瑞士卡萨合成氨工艺,尿素生产采用CO2气提工艺和
海德鲁流化床大颗粒造粒技术。利用该法生产尿素成本
低于或相当于目前用天然气做原料生产尿素,成本约为
940元/t。但该项目总投资大约需十多亿,投资总额较大。
(4)增加外供量
联合焦化企业可以将焦炉煤气供予钢铁厂使用,对于
独立的中小型焦化企业可以供给城市居民用作燃料、以及
向周边其它工业企业供气的方法来增加焦炉煤气的外供。
在唐山地区,有部分独立小型焦化企业通过建石灰窑,使
用焦炉煤气做燃料,在一定程度上,也提高了焦炉煤气的
综合利用。
随着焦炉煤气各种综合利用技术的开发,浪费现象已
经得到好转。煤气生产尿素项目投资较大,一些中小型焦
化企业由于资金原因,不能实现的。相比较,利用内燃机
发电、煤气制甲醇及增加煤气外供相对成本低,成本回收
期短,是一些中小型焦化企业增加煤气综合利用量的最佳
方式。
2.2煤气初冷系统余热利用
2.2.1荒煤气显热回收
焦炉的热量大部分都由焦炭和荒煤气带走,两者占焦
炉输出热量的65%~75%,其中荒煤气所带显热约占
18%,因此,荒煤气显热回收也是焦化企业节能减排工作
的重点。荒煤气显热回收主要在上升管阶段,目前有两种
方法进行回收,分别为汽化冷却和热管回收。(1)上升管汽化冷却技术通过在上升管外安装汽化冷却器,可以达到对650~
700荒煤气部分余热回收的目的,这样既生产了副产蒸
