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焦化焦炉设备的分析及利用方向回收利用途径一、焦化焦炉设备炼焦炉的热平衡分析
焦化焦炉设备在炼焦生产和煤气净化过程中，蕴含着大量的余热资源，有着的回收利用价值，因此，焦化厂在进行余热资源利用和节能减排方面具有巨大潜力。
重钢焦化厂的生产属于粗放的生产经营方式，能源利用效率低，余热资源丰富但未得到回收利用，在国内焦化行业具有典型代表性。本课题依托重钢焦化厂的生产实际，研究焦化余热资源及其回收利用工艺技术，结合重钢环保搬迁焦化工程的规划方案，研究适合其生产规模和生产工艺技术特点、经济合理的余热资源综合利用技术方案，对新重钢焦化厂的节能减排提供技术支撑，具有现实意义。
通过对炼焦炉的热平衡分析，焦化设备配件确定了炼焦生产余热资源的回收利用主要方向为回收红焦物理热、荒煤气和燃烧废气显热，其中，红焦显热占供入焦炉热量的35%左右，是主要研究对象；通过分析煤气净化系统生产工艺和余热资源构成，以及能源系统结构和工艺现状，确定了煤气净化系统余热资源利用途径以调整化工工艺、回收高温工艺介质余热为主，能源系统以采用自产能源(如焦炉煤气)替代直接外购能源为主。
根据当前焦化行业的余热回收利用技术发展趋势，研究焦化厂余热回收利用工艺技术的应用情况和应用条件。结合重钢环保搬迁焦化工程规划方案，研究各种余热回收工艺技术的应用可能性和应用方案，测算技术经济合理性。煤焦系统研究干法熄焦工艺(CDQ)代替湿法熄焦的工艺技术方案，确定了干法熄焦的巨大经济效益和社会环境效益。煤气净化系统研究将真空碳酸钾脱硫工艺与横管初冷器结合、回收利用横管初冷器上段余热的工艺；采用蒸汽喷射闪蒸技术的节能蒸氨工艺；导向喷射塔盘蒸馏工艺。能源系统研究了焦炉煤气代替蒸汽的技术：导热油加热技术替代直接蒸汽蒸氨的工艺；直燃吸收式制冷机取代蒸汽吸收式制冷机；工业循环水水源热泵技术；循环水冷却采用表面蒸发空冷器。
按照重钢环保搬迁焦化工程年产240万t焦碳的规模，确定的余热回收工艺技术方案，回收利用余热折合标煤202160吨/年以上，各项余热利用工艺技术在减少粉尘排放、降低大气和水体污染等方面，还具有显著的环境效益。
二、焦化焦炉设备配件的利用方向和回收利用途径
从焦炉的热平衡数据表可以看出，荒煤气带出的热量占供入焦炉热量的35%左右。在这部分热量主要包括煤料中水分的加热、汽化带走的热和煤气带走的显热。
因此，针对荒煤气带走的热量的节能主要从两方面考虑，一是降低装炉煤的水分，从而减少荒煤气带走的热量，另外就是回收利用荒煤气中的热能。
①降低装炉煤的水分，实现干燥煤和预热煤炼焦据测算，入炉煤水分每增减1%，炼焦相当耗热量增减58520~66880J/kg干煤。
而干燥煤和预热煤炼焦是降低煤料水分从而达到节能的手段。
干燥煤或预热煤炼焦就是将在炭化室内进行的水分加热、蒸发等过程全部或部分放在炉外完成。湿煤料炉外干燥或预热，通常都是在传质、传热效率较高的流态化装置内进行的，因此湿煤干燥或预热的热耗比在炭化室内进行时要低。由于预热煤装炉炼焦，改变了炭化室内传热的状态，缩短了结焦时间，因此相应地降低了散热损失。焦化设备配件在保证焦炭质量的前提下，可以适当地降低焦饼中心温度和炉顶空间温度，从而也可减少焦饼和荒煤气带走的显热。据分析，预热煤炼焦比湿煤炼焦节省10%左右的炼焦耗热量，约节能391KJ/kg焦。
目前，国内外趋向于部分去除装炉煤水分炼焦技术的研究开发，即煤调湿技术。煤调湿是把水分>10%的配合后炼焦用煤，使用干燥机将其水分降低至约6%，同时达到合理利用煤炭资源，降低生产成本的目的。这项技术以其较好的经济效益和社会效益受到焦化界的普遍重视，并得到较快发展。
按照预热煤的热源和干燥设备划分，目前国内相关研究机构正开发研究并进行积极工业推广试用煤调湿工艺流程包括用焦炉烟道气显热作热源的煤调湿装置、用焦炉烟道气和荒煤气显热作热源的煤调湿装置、用蒸汽作热源的煤调湿装置、用焦炉烟道气作热源流化床干燥机的煤调湿装置等。
1)用焦炉烟道气显热作热源的煤调湿装置
这种煤调湿装置是利用焦炉烟道气的显热在立式多层干燥机内与湿煤进行直接热交换。煤的水分由一9%降至一6%，采用该种工艺流程的煤调湿装置，在日本只有一处，即中山厂煤调湿装置。
2)用焦炉烟道气和荒煤气显热作热源的煤调湿装置用导热油为热媒，通过烟道换热器和上升管换热器吸收焦炉烟道气和荒煤气显热后温度提高至210℃，在多管回转干燥机内与湿煤进行间接热交换(热媒油走管内，湿煤走管外)。通过调节热媒油温度、干燥机转数、给煤量等措施使煤料水分达到目标值。
与湿煤换热后的热媒油温度降至80℃，送到烟道换热器换热，吸收焦炉燃烧废气余热后温度升高到130℃；再到上升管换热器换热，吸收荒煤气余热后温度升至160℃；再到管式炉用焦炉煤气加热至210℃后，回到干燥机内与湿煤换热，循环使用。
该工艺根据焦炉能流途径和热能组成来设计节能工艺，设计理念十分先进。
一方面尽量回收利用荒煤气、燃烧废气携带的热能，同时充分利用富余的焦炉煤气这种二次能源；另一方面利用回收的余热资源，降低装炉煤水分，从源头上减少荒煤气的带出的热量和炼焦温度，然后降低炼焦能耗。
但该流程工艺复杂、设备庞大、投资大、占地面积较大，未得到推广应用。鞍山焦耐院同日本新日铁公司合作，于1995年在重钢焦化厂设计试用了一套装置。从实际运行情况看，该流程系统线路过长，波及面宽，涉及配煤、炼焦的主体生产，并对煤气净化系统的冷凝鼓风工段有影响，增加了焦化厂生产操作的难度；导热油易泄漏、温度高易燃，对运行管路和设备的要求高，操作管理程序复杂，并且因配套的设备材料难以满足工艺技术的要求，运行期间事故频发，系数低。尤其是炉顶上升管换热器附属的热媒油管路较为复杂，容易漏油引发火灾，因而恶化了操作环境，增大了设备维护的难度和工作量。
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