【一】、焦化設(shè)備配件煉焦?fàn)t熱平衡分析

焦化廠作為一個復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，以煉焦?fàn)t為中心組織生產(chǎn)，焦化設(shè)備配件通過購入洗精煤、燃?xì)?焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣)、蒸汽、水、電等一次能源開展生產(chǎn)，產(chǎn)生焦碳、焦?fàn)t煤氣及煤焦油、粗苯等二次能源。熱的流動是以煉焦?fàn)t為中心進(jìn)行，余熱資源分布和利用主要集中在煉焦和煤氣凈化兩個環(huán)節(jié)。

焦?fàn)t的物料平衡和熱平衡煉焦?fàn)t是一個復(fù)雜的間接加熱設(shè)備。煉焦即煉焦煤料在炭化室內(nèi)進(jìn)行干燥、預(yù)熱、軟化熔融、半焦收縮轉(zhuǎn)變?yōu)榻固康葟?fù)雜的加工過程。焦?fàn)t熱平衡在物料平衡和燃燒計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過熱平衡計(jì)算，可具體地了解焦?fàn)t熱量在各方面的分配情況，從而尋找降低熱量消耗的途徑。由熱平衡計(jì)算還可以從理論上求出煉焦耗熱量。

1焦?fàn)t物料平衡

為進(jìn)行物料平衡計(jì)算，取得以下數(shù)據(jù)：

①物料入方，為干煤和配料水分。焦化配件主要來源于實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和配煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)。

②物料出方，包括各級焦碳產(chǎn)量、干煤氣產(chǎn)量和水汽量、化產(chǎn)品產(chǎn)量等。

一般取1噸濕煤(或干煤)做基準(zhǔn)，焦?fàn)t炭化室的物料平衡數(shù)據(jù)。

2焦?fàn)t熱平衡

根據(jù)物料平衡和各處溫度，可計(jì)算出物料帶入焦?fàn)t和帶出焦?fàn)t的顯熱和潛熱。

供入焦?fàn)t的熱量主要消耗在幾個方面：

①溫度為1000℃左右的焦餅帶走熱量約占供入焦?fàn)t熱量的40%。目前，大部分焦化廠采用濕法熄焦，使得這部分熱量通過熄焦水的加熱和蒸發(fā)白白地散失掉。

②溫度為~800℃的荒煤氣帶走的熱量約占供入焦?fàn)t熱量的35%左右；這部分熱量大部分被上升管和集氣管的噴灑氨水加熱蒸發(fā)所消耗(無用的熱量)，少部分熱量用于防止焦油在管道系統(tǒng)中冷凝(有用的熱量)。

③廢氣帶走的熱量約占供入焦?fàn)t總熱量的15%左右。這部分熱量對目前以煙囪為排煙設(shè)備的焦?fàn)t來說是不可少的，它的作用是保證煙囪有足夠的吸力，使焦?fàn)t加熱系統(tǒng)產(chǎn)生氣體流動。但是，從蓄熱室小煙道出來的廢氣溫度達(dá)350~400℃而煙囪底部處的溫度為200℃左右。

④焦?fàn)t表面散失的熱量占供入焦?fàn)t熱量的10%左右。

可見，供入焦?fàn)t熱量主要通過紅熱焦碳、高溫荒煤氣、燃燒廢氣帶走，煉焦生產(chǎn)中的余熱資源主要集中在這三方面。

【二】、焦化焦?fàn)t設(shè)備配件的利用方向和回收利用途徑

從焦?fàn)t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?fàn)t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(shí)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(dá)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(jìn)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(jìn)行的，因此濕煤干燥或預(yù)熱的熱耗比在炭化室內(nèi)進(jìn)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。焦化焦?fàn)t設(shè)備在保證焦炭質(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(jī)將其水分降低至約6%，同時達(dá)到合理利用煤炭資源，降低生產(chǎn)成本的目的。這項(xiàng)技術(shù)以其較好的經(jīng)濟(jì)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(jī)構(gòu)正開發(fā)研究并進(jìn)行積極工業(yè)推廣試用煤調(diào)濕工藝流程包括用焦?fàn)t煙道氣顯熱作熱源的煤調(diào)濕裝置、用焦?fàn)t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?fàn)t煙道氣作熱源流化床干燥機(jī)的煤調(diào)濕裝置等。

1)用焦?fàn)t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?fàn)t煙道氣的顯熱在立式多層干燥機(jī)內(nèi)與濕煤進(jìn)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?fàn)t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?fàn)t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(jī)內(nèi)與濕煤進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、給煤量等措施使煤料水分達(dá)到目標(biāo)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?fàn)t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?fàn)t煤氣加熱至210℃后，回到干燥機(jī)內(nèi)與濕煤換熱，循環(huán)使用。

該工藝根據(jù)焦?fàn)t能流途徑和熱能組成來設(shè)計(jì)節(jié)能工藝，設(shè)計(jì)理念十分先進(jìn)。

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?fàn)t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(jì)試用了一套裝置。從實(shí)際運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(hù)的難度和工作量。