焦化厂工艺技术评价.docx
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焦化厂工艺技术评价
一、焦化厂简介:
太钢焦化厂现有2座70孔7.63米焦炉,年设计焦炭产能220万吨,煤气产量105120万Nm3。
焦化厂于2006年8月新建投产,建设有煤气净化系统和备煤、运焦系统。
焦化厂现有煤罐14个,用于原料煤的存贮与配煤,有效减少了煤在贮存过程中的损失。
7.63米复热式焦炉是目前国内炭化室最高的焦炉,采用了双联火道、分段加热、废气循环、焦炉煤气下喷、高炉煤气、空气侧入、蓄热室分格等节能先进技术,具有世界领先水平。
焦炉煤气系统采用三段单集气管、三吸气管方式进行煤气回收,便于吸气管压力调节,减少煤气逸散。
采用目前国内最先进的PROven集气管系统方式收集烟尘,杜绝装煤过程中烟尘外逸。
采用地面站方式收集出焦过程烟气中的焦粉,减少粉尘的环境污染。
焦炭通过冷却、筛分后供高炉生产。
煤气净化采用国内成熟技术,配备有初冷器、鼓风机、饱和器及终冷塔、洗苯塔等,采用管式炉加热代替蒸汽间接加热方式,有效地提高了热量利用率。
自焦炉系统建成投产至今,先后进行了CDQ、脱硫制酸净化煤气系统、CMC等配套设施建设。
通过CDQ、脱硫制酸配套设施的建设,回收了焦炭显热、煤气中的硫化氢和氰化氢等物质,提高了焦化厂能源的回收率。
CMC工序的投用,减少了焦炉炼焦过程中煤气的消耗,降低了焦炉炼焦过程中的能源消耗。
焦化厂主体设备目前有员工671名,其中技术人员61名,具备雄厚的技术实力
二、工艺简介:
1、工艺流程图:
2、物料平衡图:
三、主要设备组成:
(1)焦炉部分:
Ø推焦车2台:
走行装置(带液压盘式制动器)6套30kW
推焦装置(带制动盘联轴器)1套435kW
平煤装置(带盘式制动器)1套75kW
除尘电机1套160kW
空气压力系统1套110kW
液压系统2套30kW/套
Ø拦焦车2台:
走行电机(带滤码器)6套30kW
油泵电机2套30kW/套
Ø装煤车2台:
装煤螺旋电机4台,37kW
走行电机8台,15kW
液压系统滤油泵电机2套30kW/套
Ø熄焦车2台:
走行电机4台40kW
Ø熄焦塔1座:
熄焦水泵电机:
2台110kW/台
清水泵电机2台110kW/台
Ø加热系统2套:
除碳风机2台75kW/台
换向机气动电机1台15kW/台
Ø拦焦除尘地面站:
1台1250kW/台
(2)运焦系统:
带运机电机23台总功率为633.5kW
双层圆振动筛6台总功率为135kW
(3)煤备系统:
Ø火车卸煤系统:
螺旋卸车机(500t/h)4台总功率324kW
带运机(500t/h)7台套总功率1121kW
Ø汽车带煤系统
带运机(500t/h)8台套总功率383.5kW
Ø配煤系统
圆盘给料机48个总功率1889.1kW
反击锺式粉碎机(500t/h)3台总功率2275kW
(4)煤气净化系统:
Ø鼓冷系统:
横管初冷器1FE017935台FN=5200m2
电捕焦油器3台DN5200
煤气鼓风机(D1250-210,Q=1250m3/min)3台
机械化氨水澄清槽4台VN=300m3
循环氨水泵350S75(附电机)3台Q=1440m3/h
焦油泵EHG125-80-200A2台Q=150m3/h
Ø硫铵系统:
喷淋式饱和器1F118023台DN4200
大母液循环泵EHG300-250-4003台Q=800m3/h
小母液循环泵EHG80-50-1603台Q=46m3/h
硫铵离心机HY800-N(附主电机)3台Q=5.5t/h
振动流化床干燥机TGZZ20X801台Q=8-10t/h
热风机2台Q=10314-20628m3/h
Ø终冷洗苯系统:
终冷塔2台DN5600
洗苯塔2台DN4000
脱苯塔1台DN2800/3000
管式加热炉1台7MW-2.45MPa-φ140/φ168
Ø循环水系统:
煤气净化循环水泵600S75B5台Q=2618m3/h
低温水泵350S75B3台Q=1100m3/h
制冷循环水泵500S353台Q=2020m3/h
蒸汽双效溴化锂吸收式制冷机SXZ4-523(智能型)4台5230kW
四、能源消耗与能源成本
1、能源消耗与回收
表-12010年月能源消耗与回收
序号
能源介质
单位
折算系数
单耗
单位折算能耗(千克标煤/吨焦)
计量情况
占总能耗的占比(%)
能源消耗
1
洗精煤
T
1.001
1.268
1268.83
皮带称
89.910
2
工业新水
m3
0.11
0.825
0.091
电磁流量计
0.006
3
循环水
m3
0.11
0.155
0.017
电磁流量计
0.001
4
软水
m3
0.11
0.008
0.001
机械表
0.000
5
电
kWh
0.404
33.105
13.375
电表
0.948
6
蒸汽
GJ
34
0.224
7.63
孔板
0.541
7
焦炉煤气
GJ
34
0.747
25.399
孔板
1.800
8
高炉煤气
GJ
34
2.533
86.128
孔板
6.103
9
转炉煤气
GJ
34
0.258
8.778
分配
0.622
10
压缩空气
m3
0.04
17.957
0.718
开氏流量计
0.051
11
氮气
m3
0.1
2.568
0.257
开氏流量计
0.018
能源回收
12
焦炭回收
T
970
1.000
970
皮带称
76.06
13
煤气回收
GJ
34
7.468
253.895
孔板
19.91
14
焦油回收
T
1300
0.030
39.557
磅称(外销)
3.10
15
轻苯回收
T
1430
0.008
11.893
磅称(外销)
0.93
上表显示:
Ø煤气消耗是7.63米焦炉动力介质消耗的最主要组成部分
Ø电量消耗在7.63米焦炉能源消耗中占有重要位置
Ø煤气回收量是除焦炭外的主要能源回收产品
2、能源消耗与成本构成
表-2能源动力消耗与成本
单位:
吨焦
序号
能源介质
单位
吨焦耗量
吨焦耗标煤(Kg)
占总能耗的比例(%)
成本(元)
占能源成本比例(%)
1
工业新水
m3
0.825
0.091
0.064
3.13
3.087
2
循环水
m3
0.155
0.017
0.012
0.08
0.076
3
软水
m3
0.008
0.001
0.001
0.04
0.043
4
电
kWh
33.11
13.375
9.393
15.23
14.999
5
蒸汽
GJ
0.224
7.630
5.358
4.17
4.111
6
焦炉煤气
GJ
0.747
25.399
17.837
33.62
33.110
7
高炉煤气
GJ
2.533
86.128
60.486
35.46
34.930
8
转炉煤气
GJ
0.258
8.778
6.165
7.46
7.346
9
压缩空气
m3
17.96
0.718
0.504
1.44
1.415
10
氮气
m3
2.568
0.257
0.180
0.90
0.885
上表显示:
Ø煤气是构成能源成本的主要成分,也是构成能源消耗的主要成分
Ø电量消耗是能源成本和能源消耗的重要构成成分
Ø蒸汽消耗是能源成本和能源消耗的次要构成成分
Ø水、工业气体对能源成本的影响较小
3、能流示意图
4、目前余能余热利用情况
●焦炭红焦显热回收:
目前,我厂建设有两座150吨干熄炉,主要是通过循环氮气将焦炉生产的950-1000℃红热焦炭冷却至160-180℃,氮气带出的热量用于锅炉生产蒸汽,每小时可生产120吨左右9.8MPa、540℃的高压主蒸汽,高压主蒸汽用于发电。
由于主蒸汽压力过高,发电机组在开停工、检修时都要关闭双重阀门,蒸汽放散,影响红焦显热回收率下降。
(详细情况见干熄焦工艺技术评价)
●煤气冷却过程中的热量回收:
我厂进入初冷器前的焦炉煤气温度为80-86℃,横管冷却器中煤气与水进行间接冷却,煤气冷却至22-23℃后供鼓风机,冷却水带走热量。
高温段冷却水出口温度可达55-60℃,冷却水量达2200-2400吨/小时,目前冬季用于居民采暖,夏季(45-60℃)通过凉水架冷却。
中温段冷却水温度低于40℃,全部通过凉水架方式冷却,余能未利用。
低温段冷却水温度更低,夏季需经过制冷机冷却,冬季可通过凉水架方式冷却,余能未利用。
●蒸汽冷凝冷却水热量回收:
我厂蒸汽使用量较大,主要包括双效溴化锂制冷机(4台,6吨/小时·台),夏季制冷机使用量为3-4台,蒸汽使用量达18-24吨/小时,蒸汽使用后的冷凝水温度为80℃左右,目前做为软化水回收,收集后与脱硫制酸工序、煤调湿工序蒸汽冷凝冷却水汇合后入公司管网(约35-50吨/小时)。
五、能源消耗与回收对标
1、能源消耗对标
国内目前建设有7.63米焦炉的厂家主要有首钢京唐、马钢、武钢、沙钢等,结合7.63米焦炉运行与装备情况,我们选择与太钢焦化厂工艺相同、装备水平相近的首钢京唐、马钢做为对标单位进行对比。
表-37.63米焦炉能源消耗对标结果
单位:
吨焦
介质
单位
1-10月份能源消耗
马钢对标
首钢对标
新水
M3/t
0.83
0.894
0.35
循环水
M3/t
0.16
未计量
未计量
软水
M3/t
0.01
0.000
1.43
电
kWh/t
48.28
69.013
65.44
蒸汽
GJ/t
0.23
0.633
0.47
焦炉煤气
GJ/t
0.75
1.019
1.86
高炉煤气
GJ/t
2.53
2.518
0.97
转炉煤气
GJ/t
0.26
无
无
空气
M3/t
21.77
10.266
9.71
氮气
M3/t
17.40
15.399
13.00
上表显示:
Ø我厂煤气消耗与马钢相比基本持平,但高于首钢京唐0.71GJ/t焦。
Ø我厂电量消耗低于对标单位水平,低于首钢京唐17.16kWh/t焦,低于马钢20.83kWh/t焦。
Ø蒸汽消耗低于首钢京唐、马钢。
Ø我厂水的消耗低于对标单位水平,低于马钢0.054m3/t焦,低于首钢京唐0.59m3/t焦。
Ø我厂空气、氮气消耗均明显高于对标单位水平。
2、能源回收对标
为保证数据的可比性,我们同样选择首钢京唐、马钢做为对标单位进行能源回收情况对比
单位:
吨干煤
表-47.63米焦炉能源回收对标
介质
单位
1-10月份能源回收
首钢京唐
马钢
焦油
%
2.40
2.71
2.69
煤气
m3
350
343
349
粗苯
%
0.66
0.85
0.86
上表显示:
Ø我厂焦油、粗苯产率明显低于首钢京唐和马钢两个单位
Ø我厂焦炉煤气回收量基本与两个对标单位相同
3、对标差距原因分析
●煤气消耗:
高于首钢京唐,低于马钢水平。
(1)由于加热方式不同,我厂炼焦煤气消耗高于首钢京唐。
首钢京唐现有四座7.63米焦炉,其中有两座焦炉采用了焦炉煤气加热方式,另外两座焦炉采用混合煤气加热方式。
采用焦炉煤气加热时由于提供同样热值所产生的废气量少(仅为高炉煤气的72.11%),废气带走的热量少,煤气消耗量较低。
我厂采用高炉煤气加热是为利用高炉煤气,减少高炉煤气放散,同时将高热值的焦炉煤气供轧钢系统使用,但是高炉煤气中不可燃成分(如N2、CO2)比例大,提供同样热量时产生的废气量多。
(2)煤气使用方式造成的偏差。
首钢京唐、马钢在焦炉加热中都不使用转炉煤气,我公司转炉煤气直接掺入高炉煤气管管网,并且掺入量不稳定,造成高炉煤气热值波动,转炉煤气高热值的特点在焦炉中不能得到发挥;同时,转炉煤气无单独计量,采取按高炉煤气使用比例分摊的方式结算,存在一定的偏差。
●空气消耗:
明显高于对标单位水平。
空气消耗量偏高与我厂除尘系统反吹、空气炮设置较多有很大关系,对标单位在运焦皮带通廊设置除尘、煤罐系统设置空气炮较少,空气消耗量偏低。
冬季煤塔采用空气管吹扫管道以代替蒸汽保温,降低了蒸汽消耗,虽然空气消耗增加,成本反而有所降低。
●化产品(焦油、粗苯)的回收低。
(1)受装入煤配煤结构影响,我厂化产品收率低于对标单位;
(2)我厂焦炉加热水平高度低于首钢,导致炉顶空间温度偏高,煤气成分发生变化。
目前我厂炉顶空间温度介于860-870℃间,炉顶空间温度的上升,导致煤气在炉顶停留时间内部分化工产品分解,尤其是稠环化合物的分解,煤气中氢含量增加,煤气热值相对下降,煤气发生量增加。
这部分原因是由于焦炉设计所造成的,无法更改。
(3)煤气系统阻力变化导致回收率下降。
受鼓风机后煤气中萘含量较大影响,终冷塔、洗苯塔阻力上升快,吹扫频繁,吹扫过程中由于煤气终冷温度偏高,塔后煤气含苯量高于正常生产状态,粗苯回收率下降。
六、生产工艺评价
1、与上下工序间的衔接:
(1)原料供应影响:
●来煤方式的影响。
原料煤的供应主要通过汽车和火车两种方式进入大煤罐贮存,由于现场条件限制,汽车来煤方式中输送皮带长、皮带通廊环绕多、现场可逆皮带多,输送煤时开车台数多,电耗增加。
●来煤批量的影响。
由于汽车来煤的煤种较多,皮带通廊长,尤其是P2皮带通廊长800米,主动轮电机功率大。
倒换煤种时,为保证煤种间不混乱,需要皮带上煤全部入罐后方可带另一种煤,存在部分皮带空转现象。
●原料煤水分的影响。
来煤中水分大,高于入厂煤水分要求,高水分原料通过皮带输送,增加皮带输送负荷,电能消耗增加。
同时来煤水分高增加炼焦煤气用量。
(2)原料质量对煤气回收量的影响:
目前原料煤中小于0.5mm的煤量比例较大,原料煤粉碎后更小,在装煤过程中由于热浮力的作用,部分煤粒进入上升管、Proven中,煤粒与氨水、焦油分离不好,容易混入循环氨水中堵塞Proven喷嘴,影响焦炉煤气回收。
(3)蒸汽压力对化产品收率的影响
能源动力总厂供焦化厂低压蒸汽压力过低(0.25MPa以下)时,蒸汽量不足,脱苯塔加热用蒸汽量过少,富油温度偏低,脱苯塔底部温度低,导致贫油含苯量升高(0.2g/m3以上),洗苯塔内苯的分压差减小,洗苯塔后煤气中的苯含量升高,粗苯产率下降,减少了能源回收。
2、工序内部运行评价
(1)工序中的物料影响
●煤和焦炭在取样、制样后剩余试样不能及时送回皮带系统,容易与现场垃圾混合,损失能源。
●煤样杜绝收集后统一做低品质的瘦煤使用,高品低用。
●化验室煤样、焦炭试样及时回收,杜绝煤样入垃圾现象。
●粗苯、焦油等化产品化验后及时回收,化产品试样放置过程中存在挥发现象。
(2)工序中的煤气消耗影响
●停用转炉煤气,减少煤气消耗。
转炉煤气掺入高炉煤气的掺入量不稳定,掺入量大时煤气热值高,保证煤气完全燃烧所需要的空气量也大,但是焦炉进风口属于人工调节,掺入转炉煤气量大时反而会因为煤气燃烧不完全造成大烟囱冒黑烟,转炉煤气高热值的特点也没有发挥出来,炼焦耗煤气量增加,煤气浪费。
●焦炉处理石墨时间过长。
受装入煤结构影响,焦炉炉墙、上升管石墨形成较快,焦炉操作中铲石墨时间长,炉温降低幅度较大,导致煤气消耗增加。
(3)工序中的电能消耗影响
●停用P2皮带除尘减少电能消耗。
P2皮带主要输送入厂汽车煤,入厂原料煤水分约为10%以上,输送过程中基本无粉尘,P2皮带除尘投用后,年产除尘量约3吨,除尘使用电机为75KW,电能消耗较大。
●均匀火车受煤坑下料。
火车受煤坑下料通过振动器下料,不均匀,下料过小时,皮带输送形成“大马拉小车”现象,增加电能消耗,相对来说,汽车受煤坑采取叶轮给煤机下煤比较均匀。
(4)工序中的蒸汽消耗影响
●改善皮带通廊封闭材料,减少蒸汽消耗。
焦化厂皮带通廊较多,皮带通廊封闭采用单层彩钢板,由于彩钢板散热较快,夏季皮带通廊内温度高,冬季皮带通廊内温度低,为满足生产要求,保温蒸汽用量较大。
●集中检修减少蒸汽消耗。
现场蒸汽管道多,阀门、阀门垫吹、焊缝砂眼等出现的可能性大,及时停蒸汽处理会造成蒸汽管道中汽体放散,蒸汽损失。
(5)工序中的热能利用影响
剩余氨水温度可达80℃,目前产量达50-60吨/小时,通过蒸氨塔去除氨气后的蒸氨废水排入污水处理工序,蒸氨废水温度可达90-95℃,目前通过水冷却方式降低温度以防止破坏污水处理工序的生物酶,冷却过程中的热量未能加以利用。
(6)工序中能源回收影响
●焦炉晾炉时间过长,影响煤气回收量。
受配煤结构影响,炼焦过程中炉墙、上升管石墨的形成严重,焦炉出炉前提前4-5炉开始晾炉,虽然晾炉时焦炭处于结焦末期,但是上升管仍有煤气燃烧,降低了煤气回收量。
●煤气中化产品含量偏高。
初冷器后煤气中焦油含量较高,鼓风机中焦油含量较多,同时终冷塔阻力上升快,吹扫出的物质中含有萘渣;夏季终冷塔后煤气温度(28℃左右)高,塔后煤气含苯量偏高。
3、能源介质种类与替代物
(1)使用空气代替氮气。
焦炉Proven铊杆调节、上升管盖打开全部采用了气缸,目前采用仪表压缩空气(-38℃的无油无水空气)代替氮气。
(2)使用循环水代替工业新水。
我厂采用生物酶法处理生化污水,为防止COD超标,一般采用工业新水污水COD进行调节。
我厂污水处理工序调节池用水、药剂稀释用水等全部用循环水代替工业新水。
4、余能余热利用潜力
(1)蒸汽冷凝冷却水热量未回收:
夏季制冷机使用量达18-24吨/小时,蒸汽冷凝水温度为80℃左右,做为软化水汇入公司管网,输送过程中温度高,管道产生跳动,影响运行安全,同时热量未回收,输送过程中冷凝水温度高于外界温度,散热造成热能浪费。
(2)蒸氨废水热量未回收:
蒸氨塔排出的蒸氨废水温度可达90℃,废水量达50-55吨/小时,为保证污水处理工序生物酶的温度需求,目前采取水间接冷却的方式降温,冷却过程中热量损失而且造成冷却水的挥发损失,浪费能源。
(3)夏季煤气初冷器高温段冷却水热量未回收:
冬季冷却煤气的热量用于居民采暖,夏季煤气初冷器高温段冷却水(水量2200-2400吨/小时,温度55-60℃)没有利用,目前通过凉水架冷却,冷却过程中会挥发部分水,将热量放散,浪费了热量和新水。
(4)上升管煤气带走的热量未利用。
荒煤气经过上升管时,由于煤气温度高(850℃以上),大气温度低(50-60℃),煤气热量放散较多。
回收上升管煤气热量产生蒸汽的方法以前冶金行业使用过,但是,上升管加热水时相当于锅炉,检修、安全问题较多,由于回收热量的技术原因,目前焦炉生产不回收。
(5)蒸汽减压过程中的压差能量未回收:
由于公司无法保供我厂低压蒸汽压力,我厂粗苯、蒸氨、油库保温等工序(使用量为10-15吨/小时)冬季使用中压蒸汽减压后代替低压蒸汽;皮带通廊保温(主要是P系统皮带和Y系统皮带)由于距离较长,必须使用0.45-0.6MPa的低压蒸汽,其使用量为5-6吨/小时,但公司低压蒸汽管网压力不能满足要求,采用中压蒸汽减压方式保供。
目前中压蒸汽减压的压差能量未回收。
七、建议和改进措施:
(一)对工序外部的建议
1、原料煤供应:
提高火车来煤量,提高汽车来煤批量,减少煤种切换,提高皮带系统利用率。
2、原料煤质量:
降低原料煤水分,减少皮带输送过程中的电能的“无功”损失;强化原料煤的管理,重点对小于0.5mm的比例进行控制,降低装煤过程中上升管、喷咀等堵塞的几率,提高煤气产量。
3、稳定蒸汽压力。
夏季要求低压蒸汽压力稳定在0.4-0.6MPa,冬季采用中压蒸汽保供时,压力稳定在1.2-1.3MPa,保证脱苯塔、脱硫解析塔的解析效果,降低贫液中苯(或H2S)含量,提高能源回收。
按全年煤气中苯含量都低于4g/m3考虑,年可增加粗苯210吨。
4、停用转炉煤气。
由于转炉煤气掺入量的不稳定,混合煤气热值波动,使用效果不佳,而且能源成本增加。
按停用转炉煤气后掺入焦炉煤气量增加2000M3/小时计算,转炉煤气使用量按2010年的平均量0.249GJ/吨焦计算,吨焦成本降低1.246元,年可降低成本276万元。
(二)工序内部的处理建议
1、停用湿煤输送的P3皮带通廊除尘。
从年除尘量看,P3除尘量过小,而且湿煤输送过程中扬尘的可能性很小,停用除尘后增加旋转风帽也能达到同样目的。
除尘电机功率为75KW,停用后年节电量可达65.7万度。
2、加强采样、化验过程的物料回收。
对化验用煤按煤种分类回收,减少混合,减少高品低用现象,减少将优质的肥煤、焦煤余样纳入瘦煤。
对小焦炉焦炭、煤分析后的焦样等全部收集,通过运焦散料斗进入筛焦楼使用。
硫铵、粗苯、焦油等化产品试样及时回收,减少放置过程中的蒸发或污染。
3、缩短晾炉时间、优化配煤结构,减少焦炉炉墙石墨处理时间。
目前焦炉晾炉时间过长(4炉以上),缩短晾炉时间可以增加煤气回收。
按单炉煤气量增加20m3计算,日出炉数134炉,年可回收煤气1.6万GJ焦炉煤气,增加收入73.6万元。
4、改善皮带通廊封闭材料。
煤备、运焦皮带通廊目前使用单层彩钢板进行封闭,冬季保温性能差,建议更换为带保温材料的双层彩钢板。
按保温用蒸汽减少1吨/小时计算,年可减少蒸汽14.98万元(仅冬季保温三个月)。
5、制冷机中溴化锂使用时间过长,通过再生溴化锂提高制冷效率,夏季可有效降低终冷塔后煤气温度,提高化产品收率。
6、提高初冷器冷凝液的喷洒量,降低煤气中的焦油、萘含量,减少煤气带入鼓风机及终冷塔的化产品,提高能源回收。
7、蒸汽管道集中检修。
对管道运行中出现的砂眼、小冒汽等现象在不影响安全和生产运行的前提下做临时处理(打卡子或紧固螺丝),利用检修时机集中进行处理,减少管道中蒸汽放散,
(三)前瞻性的建议
1、改进蒸汽冷凝水回收方式,利用、回收蒸汽冷凝水热量。
将焦化厂蒸汽冷凝水(100-110℃)热量回收用于发电或其它,降低冷凝水温度后保证管网安全运行。
2、集中考虑、论证,回收夏季初冷器高温段余热、蒸氨废水余热。
3、多专业论证上升管煤气热量回收
4、全方位、多专业考虑蒸汽减压过程中的压差能量回收。
焦化厂工艺评价小组
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