焦化企業(yè)能耗數(shù)據(jù)分析及節(jié)能措施研究

阮并玥

(山西省能源發(fā)展中心，山西 太原 030012)

引 言

作為冶金行業(yè)重要的上游原材料產(chǎn)業(yè)，焦化行業(yè)曾在我國社會經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程中發(fā)揮過重要作用。然而，隨著我國進入高質(zhì)量發(fā)展階段，在“碳達峰、碳中和”背景下，傳統(tǒng)重工業(yè)行業(yè)尤其是煤基高耗能行業(yè)將面臨著新的壓力和挑戰(zhàn)，節(jié)能降耗、減煤降碳將成為焦化等高耗能行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然路徑。

1 企業(yè)工藝簡介

某焦化企業(yè)位于山西省臨汾市，成立于上世紀九十年代，是一家集焦炭生產(chǎn)、合成氨、焦油及粗苯等化學(xué)產(chǎn)品制造、發(fā)電于一體的綜合性焦化企業(yè)，主要包括焦化、甲醇、合成氨三個生產(chǎn)工序。主要工藝流程，如圖1所示。

圖1 某焦化企業(yè)工藝流程圖

如圖1所示，由配煤車間送來的原料煤送入炭化室高溫干餾生成焦炭并產(chǎn)生荒煤氣。焦?fàn)t煤氣經(jīng)氨水噴灑冷卻后進入煤氣凈化車間進行煤氣的凈化及化學(xué)產(chǎn)品回收。預(yù)處理后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過加氫轉(zhuǎn)化精脫硫，通過催化方法將煤氣主要成分轉(zhuǎn)化為甲醇合成氣(H2+CO)，進入合成塔反應(yīng)并精餾后生成精甲醇。合成塔釋放的甲醇馳放氣經(jīng)提氫、精煉后與來自空分的氮氣進入氨合成塔，反應(yīng)生成合成氨。

2 主要供用能系統(tǒng)及耗能設(shè)備

2.1 主要供用能系統(tǒng)

企業(yè)主要供用能系統(tǒng)包括燃料系統(tǒng)、發(fā)供電系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等，具體內(nèi)容由第189頁表1所示。

表1 某焦化企業(yè)主要供用能系統(tǒng)

2.2 主要用能設(shè)備

企業(yè)主要用能設(shè)備有16臺變配電設(shè)備、2臺循環(huán)流化床鍋爐、1臺離心式壓縮機、1臺空壓機及若干臺風(fēng)機、泵等。

3 企業(yè)能源消耗分析

該焦化企業(yè)主要用能工序為煉焦、焦?fàn)t煤氣制甲醇及合成氨工序。將企業(yè)2019年各個工序投入能源、產(chǎn)出能源進行核算，其中精煤、中煤和焦炭的折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)均采用加權(quán)平均實測熱值，電力折標(biāo)系數(shù)采用當(dāng)量值0.122 9 kgce/kW·h計算，將中煤按照使用蒸汽量進行合理分攤，經(jīng)計算得出企業(yè)2019年的各工序能耗，如表2所示。

表2 某焦化企業(yè)主要工序能耗比對表

由上表可得，2019年企業(yè)煉焦工序單位產(chǎn)品能耗比限定值略低，較先進值相差較大，高31.23 kgce/t。按照2019年產(chǎn)量計算企業(yè)存在的節(jié)能潛力約為1.6 萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，占2019年焦化工序能耗的21%。甲醇工序能耗小于國家標(biāo)準(zhǔn)限定值，但是比先進值高287.81 kgce/t，按照2019年產(chǎn)量計算節(jié)能潛力約為2.4 萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，占甲醇工序能耗的18%，企業(yè)存在較大的節(jié)能空間。

4 節(jié)能措施研究

4.1 干熄焦

該企業(yè)目前采用濕法熄焦工藝，紅焦顯熱未回收利用，造成較大的能源浪費，而干熄焦是利用冷惰性氣體與紅焦直接換熱，可回收約83%的紅焦顯熱，產(chǎn)生的蒸汽可送入蒸汽管網(wǎng)，也可發(fā)電。根據(jù)2019年企業(yè)生產(chǎn)焦炭量，中溫中壓干熄焦鍋爐產(chǎn)汽率按照0.54 t/t焦計算，使用干熄焦工藝可產(chǎn)生約29 萬t中溫中壓蒸汽，不僅可以滿足焦化、甲醇等生產(chǎn)需要，還可以減少或不用循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)的蒸汽，年可節(jié)約3 萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。2019年企業(yè)鍋爐消耗中煤約5.6 萬t，按照150 元/t計算，同等產(chǎn)量下可節(jié)約資金840 萬元。同時，干熄焦生產(chǎn)的焦炭改善了焦炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和附加值，按照每噸增值100 元計算，年可增加收益5 287 萬元。

4.2 荒煤氣余熱負壓蒸氨

該企業(yè)目前采用的是直接蒸氨工藝，即在蒸氨塔的塔底直接通入水蒸氣作為蒸餾熱源將氨氣蒸出，直接蒸氨不僅大量消耗蒸汽，而且蒸汽冷凝水不能回收，塔底廢水量增大，導(dǎo)致廢水冷卻器的冷卻水消耗量也較大，不論從能耗來看，還是水資源合理利用來看，都存在能源和水資源不能合理利用的問題。負壓蒸氨是在負壓狀態(tài)下，通過真空泵抽吸實現(xiàn)蒸氨系統(tǒng)負壓狀態(tài)，蒸氨溫度由常壓的104 ℃降低到70 ℃～80 ℃，蒸氨的能耗可大幅減少。企業(yè)可根據(jù)自身實際情況，探索以荒煤氣余熱為熱源的負壓蒸氨工藝。按照氨水量12 t/h，消耗蒸汽量2.5 t/h計算，荒煤氣負壓蒸氨工藝每年可節(jié)約21 900 t蒸汽，真空泵電耗增加11 萬kW·h，二者相抵年可節(jié)能約2 000 t標(biāo)準(zhǔn)煤。同時，可減少蒸氨廢水2.15 萬t。按照蒸汽費用80 元/t，電費0.5 元/kW·h，污水處理費8 元/t，采用荒煤氣余熱負壓蒸氨工藝每年可節(jié)約費用約180 萬元。

4.3 電機能效提升

企業(yè)目前在用電機存在Y系列、Y2系列電機，總功率約2 151 kW。這些電機為高耗能電機，存在能耗高、效率低、溫升高及技術(shù)性能落后等缺點。而高效節(jié)能電機可以降低電動機運行時電能轉(zhuǎn)換過程中電機內(nèi)部損耗，提高運行效率，按照一般電機92.5%的效率和高效電機95%的效率計算，經(jīng)計算每年可節(jié)約電能8.6 萬kW·h，按0.5 元/kW·h計算，年可節(jié)約費用4.3 萬元。

5 結(jié)語

通過對企業(yè)能耗數(shù)據(jù)分析研究，發(fā)現(xiàn)企業(yè)在焦化工序、甲醇工序及合成氨工序存在一定的提升空間。結(jié)合企業(yè)實際情況，通過干熄焦技術(shù)、荒煤氣余熱負壓蒸氨技術(shù)及電機能效提升手段可以大大節(jié)省企業(yè)能源消耗和用能成本，產(chǎn)生良好的節(jié)能效益，有利于企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降本增效。