摘要：济钢焦化致力于节能减排技术的研究和开发，根据余热利用技术的发展方向和济钢焦化逐步被城区“包围”的特点，重点研究了余热利用、高效用能和城市工业节水等内容。在余热耦合匹配回收技术、单相元密闭循环水系统、导热油高效用热系统的共轭控制等技术方面取得了突破性进展，大幅降低了焦化工序能耗，新技术的应用为焦化工序能耗≤115kgce/t焦的目标均提供了有力的技术支撑。

关键词：节能减排；余热耦合匹配回收；单相元密闭循环水；共轭控制

1 前言

焦化行业是一种能源高效化利用的方式，由于我国技术发展不均衡、地区自然条件存在差异等原因，部分地区的焦化企业过程耗能仍然偏高。根据中国炼焦行业协会的统计数据：2013年，炼焦工序能耗平均为124.14kgce/t焦，落后值172kgce/t焦，落后值比平均值能耗高40%左右，有着巨大的节能潜力。今年4月1日，由发改委、环保部和工信部联合发布的《钢铁行业清洁生产评价指标体系》中规定，钢铁联合企业国内清洁生产领先水平焦化工序能耗≤115kgce/t焦、先进水平焦化工序能耗≤125kgce/t焦。《工业节能十二五规划》要求到2015年，焦化工序能耗达到国家单位产品能耗限额标准先进值的数量达到60％，焦炭单位产品综合能耗限额先进值为≤115kgce/t焦，焦化企业工序能耗需要在2015年前平均降低9.14kgce/t焦。以2013年47636万吨焦炭产量计算，若焦化行业工序能耗降低9.14kgce/t焦，年可降低消耗435.4万吨标准煤，可减排1088.5万吨CO2、7.2万吨SO2。

2 焦化节能减排的新思考

根据余热利用技术的发展方向和济钢焦化逐步被城区“包围”的特点，我们重点研究了余热利用、高效用能和城市工业节水等内容：

一是在低品质余热回收方面致力于余热耦合匹配回收技术的研究。近期开发了双工况热泵、余热制冷机、管式炉烟气余热干燥硫铵等技术，在实现余热利用的同时降低输入系统的能量，实现了低品位热能回收和高效利用的耦合，改变了单一的余热利用思路。新技术的实施还实现了能量的提质和能量流跃迁，耦合余热利用和热量输入系统，最终实现双向节能。

二是致力于开发单相元密闭循环水系统，城市工业节水效果显著。该工艺水系统单相元

运行，颠覆了传统的水循环蒸发相变散热制冷的模式，致力于密闭系统换热、传热，全程单液态系统循环运行。通过量子管通环等技术改善水质、通过系统封闭换热减少漂水率。单相元密闭系统水系不再人为加入药剂，不仅降低水系运行成本、无外界杂质进入，还通过间接传导热量减少了凉水架风扇等输入能量。经检测单相元密闭循环水系统中的异氧菌、总铁、浊度、碱度、硬度、PH值等平均值均符合指标，运行成本显著降低，节水效果异常明显。

三是致力于导热油等高效用热系统的共轭控制。使高效用热系统按照我们的思路和发展方向到运行最佳状态。导热油系统我们最早应用后使用范围不断扩大，先后应用到了剩余氨水蒸馏、精苯蒸馏、硫铵干燥、介质保温，我们在应用过程中根据油温需求不同还实现梯级应用。脱硫配套提盐工段是耗能大户，一个工段占化工厂总能耗的7%左右，我们成功研究了导热油应用于脱硫液提盐蒸发单元，为提盐这个耗能大户提供了一种崭新的加热方式，为降低脱硫液处理费用开辟了新的途径。

3 济钢焦化节能减排技术的新实践

济钢焦化理论联系实际，注重技术的实践开发，在低品质余热利用、能源梯级利用、高效用能、能量品质转换等方面做了大量工作和有益探索。通过降低输入能源品质和将系统排放的能量转为资源这两个途径最终实现焦化工序各种形式能量的相互匹配、综合利用，降低系统能量损失，提高能源利用效率，降低焦化工序能耗。

3.1耦合匹配技术用于低品质余热回收

济钢焦化利用余热耦合匹配技术对部分低品质余热余能的回收利用进行了有益的探索，对余热能量品质进行提升，将低品质的能量转化为高品质能量。

3.1.1初冷器余热耦合回收技术

在三段式初冷器中，除了应用三段式初冷器中的高温段冬季直接用于供暖，我们还研究了双工况热泵余热制冷机，实现了低品位热能回收和高效利用的耦合，达到了双向节能。对年产焦炭120万吨、煤气量在60000m3/h的焦化工序，在煤气冷却过程中，高温段可放出近998×104kcal/h的热量,夏季时将初冷器高温段循环热水引入机组并驱动机组生产16～18℃低温水，制冷量能达到达327～350×104kcal/h，可满足近一半焦化工序低温水量需求。冬季时，将初冷器中温段部分循环水引入机组加热初冷器高温段循环热水，并辅以蒸汽为热源，提高采暖水温度，增加供暖面积。初冷器余热利用项目，除了夏季余热制冷，还实现了冬季提质供热，回收余热匹配能力较强，实现了余热耦合回收，流程图详见图1、图2。

应用双工况热泵回收初冷器余热技术，夏季高温段循环水用于驱动机组生产低温水，代替了蒸汽或煤气高品质能源的输入，同时实现了高温段冷却水的闭路循环，降低了化产循环水系统负荷，进一步降低了系统能耗。冬季将机组作为热泵使用，通过机组用中温段部分循环水加热高温段循环水，用于采暖，既回收了高温段全部循环水和中温段部分循环水的余热，也实现了闭路循环，降低了化产循环水系统负荷，降低了系统能耗。通过将初冷器余热回收与中低温循环水系统耦合匹配，双效节能效果显著。济钢6#、7#焦炉和8#、9#焦炉系统应用后运行稳定。对年产120万吨的焦化厂，该技术夏季可节标准煤525kgce/h，冬季可达1557kgce/h。以冬、夏季运行天数分别为120天、180天计，年节能量为0.6752万吨，则吨焦节能量5.63kgce。

3.1.2蒸氨热泵蒸馏技术

焦化蒸氨蒸馏过程需要以蒸汽或煤气提供蒸馏热量，一般每处理1吨剩余氨水约需蒸汽200kg。对120万吨焦炭/年的焦化厂，蒸氨处理剩余氨水量为35吨，约耗蒸汽7t/h，即需要为蒸氨输入约392×104kcal/h的热量。在输入蒸氨的热量中，以生产13%氨水工艺计算，塔顶氨汽带出热量约占总热量的80%，若生产氨汽工艺，氨汽中含氨浓度低，塔顶氨汽量大，则带出热量更高。但长期以来蒸氨塔顶氨汽因总量小、品质低、腐蚀性大等原因一直沿用分缩器用中温水冷却：一方面，氨汽带出热量损失；另一方面，需要用中温水冷却供能，造成了双向的能量浪费。热泵能够回收低温介质余热，制出品质高于热源的热载体，是流程工业余热回收的先进技术。济钢焦化应用热泵蒸氨工艺，将蒸氨塔顶氨汽余热的回收利用。该工艺将蒸氨塔顶氨汽引入吸收式热泵为热源制取过热水，过热水闭路循环，为塔底再沸器供热，提供蒸馏热量。氨汽经吸收式热泵后温度降低，减少冷却水的使用。该技术已成功应用于济钢化工厂8＃、9＃焦炉剩余氨水蒸氨。处理剩余氨水量为35m3/h时，实际回收利用余热105×104kcal/h，降低中温水155m3/h，以年产能为120万吨的焦化企业，平均吨焦降低能耗约2kgce，具有较好的经济效益和社会效益。经过我们核算对比，在目前已经开发成功的各类蒸氨工艺中，热泵蒸馏具有较大的技术优势，工艺流程图如图3所示。

3.1.3粗苯管式炉烟气余热回收利用技术

在焦化粗苯工序都建有管式炉用于加热富油，烟气温度高达300℃以上，因热量总量较小一般都直接排放。济钢化工厂与济南冶金化工设备有限公司合作开发了粗苯管式炉烟气干燥硫铵技术，即将粗苯管式炉烟气引出至高效节能型能源转换供给系统，将部分烟气与空气混合，控制混合气体温度，用于代替蒸汽或导热油干燥硫铵，实现了按需供能、按质用能，

构建了能源使用的网化分布模式，从而降低工序能耗，

济钢焦化粗苯管式炉烟气干燥硫铵技术已应用于6#、7#焦炉硫铵工序，使用时硫铵干燥不再需要蒸汽或导热油，减少了能源输入，降低了工序能耗。

3.2单相元闭路循环水系和量子管通环的应用

一般情况下，冷却水系统是开式系统，冷却水系统依靠水的蒸发带走热量，实现水温降低。在这个过程中水是一个相变的过程，由液体最终变为汽态进入大气中，带走了热量。为加快蒸发速度，使冷却水快速低温并满足大水量的要求，一般还需要配套相应的运转泵和风扇，向系统内部输入能量。济钢焦化近两年致力于节水研究，利用新技术保持水质的同时开发了单相元闭路循环水系统，即水系在运转过程中闭路循环，过程无相变，通过余热制冷机实现水系降温。同时通过量子管通环技术，控制水质，减少蒸发水量和外排水量，在水质变化不大的情况下提高了浓缩倍数，取得了良好的节水效果。

济钢焦化开发应用了量子管通环技术，该技术应用后，水循环系统的总铁、浊度、碱度、硬度、PH值、总碱平均值均符合指标要求，工艺控制良好。项目投用后第十日完全停止加药，降低了水系统运行费用。实行水系统闭路循环后，冷却水开路循环造成的飘水率高、水质差、水耗高等问题得到了有效解决。量子管通环和余热制冷运行后，部分水系实现了单相元闭路循环，闭路循环不仅使供入焦化系统的能量工业水显著减少，也使散失能量显著减少，2011年，我厂吨焦耗水1.236m3；2014年截至目前，吨焦耗水(含干熄焦补水）已经达到0.72m3，实现了水循环系统的流程再造。

3.3能源高效利用的共轭控制

共轭控制：使受控对象按照控制者的意志达到目的状态，使我们的生产装置时刻处于高效、低耗，可持续循环状态。济钢焦化对于导热油的应用具有丰富的实践经验，是最早使用导热油工业化生产的焦化企业之一。因导热油工艺具有稳定性好，操作方便的特点，我们致

力于推动其扩大应用区域。在用于蒸氨、硫铵干燥、保温等工艺的同时，我们探索为提盐工段提供热量。脱硫液提盐工序作为能耗大户，蒸汽消耗量大、能耗高，我们研究了提盐蒸发用导热油加热工艺，以导热油为热载体为提盐蒸发釜供热，可减少蒸汽消耗6t/h，取得了较好的应用效果。而导热油系统实际上也是一套单相元封闭循环系统，符合我厂建设密闭循环系统的总体原则。

3.4高质热源，荒煤气余热回收利用的探索

焦炉产生的荒煤气在进入集气管前约为650～750℃，在上升管及桥管处须用循环氨水喷洒冷却至82～86℃，1t入炉干煤产生的荒煤气循环氨水喷洒冷却过程中释放的热量为50×104KJ，相当于17kgce，节能潜力巨大，是焦化行业节能减排研究的重点。这样高质的热源引起了大家的持续关注，对于该部分余热的利用从没有间断。济钢焦化自2005年也开始研究荒煤气余热利用技术。先是以导热油为热体回收荒煤气余热，受传热面积等限制，热回收量较小，工业化价值小。目前和中冶焦耐公司合作进行了将荒煤气引出至余热锅炉产蒸汽的工业试验，自2012年5月开始中试，取得一定进展，锅炉能够稳定产出0.7~1.2MPa的蒸汽，工艺取得了较为明显的进展。但由于焦油及焦粉等在锅炉入口及一级蒸发器换热管的聚集，造成锅炉阻力增加，仍需要进一步改进。

4 济钢焦化实施节能减排的效果

济钢焦化致力于节能减排技术的开发，仅前几年开发成功的负压脱苯、负压蒸氨对年产能120万吨的焦化企业可节能208.5kgce/h，年节能1751tce，平均降低1.46kgce/t焦。加上近几年新开发的热泵、初冷器余热利用、单相元水循环系统等，有效的降低了焦化能耗，对年产能为120万吨的焦化企业，新技术应用后工序能耗可降低10.98kgce/t焦。这些对实现工业节能“十二五”规划及钢铁行业清洁生产评价指标体系提出的焦化工序能耗≤115kgce/t焦的目标均提供了有力的技术支撑。