焦炭单位产品能源消耗限额-编辑说明

1工作简况

1.1标准修订背景

全球气候问题日益严重，人类活动引起的气候变化已成为各国政府、社会所

面临的重大问题之一。在第75届联合国大会上，习近平总书记指出“中国将提高

国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前

达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。《2030年前碳达峰行动方案》（国

发〔2021〕23号）提出：重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平，从源头

推进节能降碳。2021年11月，为指导各地科学有序做好高耗能行业节能降碳技术

改造，有效遏制“两高”项目盲目发展，国家发展改革委等印发《高耗能行业重

点领域能效标杆水平和基准水平（2021年版）》（发改产业〔2021〕1609号），

规定焦化行业吨焦能耗先进水平为110千克标煤/吨焦，顶装焦炉基准水平为135

千克标煤/吨焦，捣固焦炉基准水平为140千克标煤/吨焦。

焦化生产需要消耗大量的一次能源（煤炭等）和二次能源（电、蒸汽、煤气

等），面临着能源与资源短缺、单位产品能耗与物耗高等问题，且各企业能耗差

距十分巨大。2020年中国焦炭产量4.71亿吨，常规焦炉产量约4.18亿吨，占焦炭

总产量的88.7%，常规焦炉企业能源消耗6000余万吨标准煤，年耗电量约300亿千

瓦时，年耗水量约6亿吨，碳排放量约1.3亿吨。因此，在节能减排、低碳发展的

时代背景下，焦化行业应加快行业的产业升级，加强节能降耗，提高行业发展水

平，实现我国焦化行业全面高质量可持续发展。

《焦炭单位产品能源消耗限额》（GB21342-2013）自2014年10月1日实施以

来，焦化生产企业严格执行标准，主管部门对焦化企业进行严格考核,对焦化企

业节能减排、提质降耗发挥了积极作用。

该标准自实施到现在已过去了8年时间，这期间焦化生产企业通过工艺结构

调整、节能技术创新、装备水平升级和生产管理优化等措施的实施，部分工序能

耗指标得到改善。但焦化企业分布范围广，各企业细分工艺复杂，入炉原料、燃

料、产品结构存在差异；且近几年企业按生态环境部门要求，新增了很多环保措

施，单位产品能耗也发生了较大变化，现行标准和企业实际能源消耗差距较大，

生产企业反映较强烈，不能满足节能管理的需要。

2

通过焦炭单位产品能耗限额标准的修订，建立统一规范、公平合理的能耗统

计核算体系，强化国家标准的可操作性，满足节能环保要求愈发严格的发展趋势，

进一步推动焦化行业升级改造，提高焦化企业生产效率，减少环境污染，实现节

能降耗，绿色发展。

本次标准修订将在GB21342-2013基础上，对标准限额指标进行修改、补充

和完善。

1.2任务来源

本标准修订由中国国家标准化管理委员会提出并归口。

1.3起草人员及所在单位

本标准主要起草单位：中国炼焦行业协会、中冶焦耐（大连）工程技术有限

公司、北京首钢国际工程技术有限公司、华泰永创(北京)科技股份有限公司、唐

山首钢京唐西山焦化有限责任公司、沂州科技有限公司。

序号主要起草单位主要起草人

1中国炼焦行业协会

2中冶焦耐（大连）工程技术有限公司

3北京首钢国际工程技术有限公司

4华泰永创(北京)科技股份有限公司

5唐山首钢京唐西山焦化有限责任公司

6沂州科技有限公司

1.4工作过程

标准修订从2021年4月开始至今，共分为以下几个阶段。标准修订基本框

图如下：

3

成立标准修订小组

编制工作计划和修订大纲

相关调研及数据收集

查阅国内外相关资料

用现场生产数据验证模拟计算模型

编写标准修订初稿

专家讨论

修改、形成征求意见稿

征求意见

修改，形成送审稿

修改，形成报批稿

2021年4月，中国炼焦行业协会牵头，成立由设计研究单位及重点生产企业

参加的标准修订工作组，召开启动会，明确主要任务，编制工作计划。

2021年5月，收集资料。收集国家关于节能工作有关政策、法规、标准等；

收集整理近六年中国炼焦行业协会部分会员企业吨焦能耗及炼焦耗热量数据并

进行分析；走访参与现行标准编制有关人士，了解现行标准制定过程及先进值、

准入值、限定值取值依据。

2021年6月，修订组调研不同地区代表性企业吨焦能耗及生产过程中能源物

质、耗能工质消耗情况，现行标准执行过程中存在的问题，征求对标准修订的建

议等。对调研企业吨焦能耗情况进行核算。

组织开展《焦炭单位产品能源消耗限额》（GB21342-2013）执行情况实地

调研。修订组对焦化生产企业落实国家有关节能政策，不同原料结构、不同生产

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工艺、不同产品结构吨焦能耗完成情况，节能技术应用情况及近几年企业按环保

要求，新增环保装备增加能耗情况进行调研；走访相关设计、科研部门，调研在

新项目工程设计中吨焦能耗情况、干熄焦等节能技术在不同产品结构企业适用性

情况等。

2021年9月，与相关设计院合作，通过仿真模型计算不同炉体结构、不同炭

化室高度、不同煤气净化工艺各工序理论能耗。

2021年10～12月，将调研数据按企业不同生产工艺整理归纳，按照GB

21342-2013核算吨焦能耗，并与企业自报吨焦能耗数据、协会年报数据、仿真模

型计算数据进行对比分析，验证仿真模型数据准确性。

2022年1～4月，修订组进一步选取有代表性企业开展针对性调研；结合仿真

模型计算结果、企业吨焦能耗实际完成情况、现有研究成果（《焦化工序能效评

估导则》（GB/T34192-2017）），完成《焦炭单位产品能源消耗限额》修订稿

草稿。组织召开由生产企业及设计研究单位行业专家参加的标准修订稿草稿内部

研讨会，就标准限额指标取值依据、限额指标值、参数修正等重要事项再次征求

意见，并按意见进行修改调整。

2编制原则及相关依据

2.1编制原则

本标准编制原则是：

——科学、客观、公正，可操作性强；

——鼓励先进、鞭策落后；

——覆盖常规焦炉不同炉型、不同燃料结构、不同原料结构、不同产品结构、不

同生产工艺。

2.2主要技术要求的依据及理由

主要技术要求的依据：

焦炭单位产品能耗限额的取值主要以仿真模型计算数据、课题组调研数据、

《焦化工序能效评估导则》（GB/T34192-2017）及统计数据为依据确定先进值、

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准入值及限定值。

理由：

1、焦化行业是重要的能源转化行业，有非常成熟的工艺流程，经过数十年

的发展壮大，我国已建立了世界上产能、产量最大，品种齐全，主要技术经济指

标先进的焦化工业体系，完全能够满足以钢铁工业为代表的下游用户需求。多年

的生产实践证明，业内典型生产企业的主要技术经济指标具有代表性。

2、中国炼焦行业协会会员单位分布在全国29个省区，会员单位焦炭产量占

全国总产量的60%以上；下设由我国焦化行业知名专家组成的“中国炼焦行业协

会专家委员会”及“环保节能专业委员会”“炼焦专业委员会”等八个专业委员

会，集中了我国焦化行业的主要科研和技术力量，协会基于二十余年企业生产数

据及经验的积累，能反映企业吨焦能耗真实情况和发展趋势。

3、近几十年，焦化行业主体设备及最大耗能单元——焦炉，没有发生革命

性的工艺改进，国内外对焦炉传热耗能过程研究非常充分，为数学模型建立奠定

基础。

4、吨焦能耗影响因素较多，如焦化生产细分工艺复杂，不同细分工艺能耗

存在一定差别（如不同装煤方式、不同焦炉煤气净化工艺等）；企业炼焦煤挥发

分、水分及产能利用率存在差别，对吨焦能耗存在较大影响；甚至焦化企业处于

不同地理区位，因环境温度的差异，也会对吨焦能耗造成影响，需要对统计数据

进行修正。

5、中冶焦耐工程技术有限公司是世界上最大的焦化专业设计公司，参与中

冶南方牵头的国家863项目——“冶金工业系统能效监测评估及优化控制技术

与系统”，基于六十多年的焦化技术研发和现场生产数据的积累，结合焦化工序

能源消耗总量大、能源种类多、热工设备庞大、工艺流程复杂、生产操作影响因

素众多等实际情况，从焦化工序边界的划分出发，利用专业的基础理论和科学的

计算方法，结合实践经验,通过理论分析和计算及现场生产数据的标定验证，建

立了一套精细化的焦化能耗分析模型，为准确计算焦化各生产工序吨焦能耗奠定

了基础。

6、《焦化工序能效评估导则》（GB/T34192-2017）是基于焦化工序全流程

的能耗评价方法和体系，可科学评估各企业焦化工序能效水平。

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2.3适用范围说明

焦化行业是重要的煤炭能源转换产业，按炉型划分可分为常规焦炉、热回收

焦炉和半焦（兰炭）炭化炉。半焦（兰炭）炭化炉有对应的吨焦能耗强制性标准

——《兰炭单位产品能源消耗限额》（GB29995-2013）。受政策及经济性影响，

热回收焦炉产能少，据生态环境部排污许可信息平台统计，截至2020年底，热回

收焦炉产能1441万吨，占全国焦炭总产能2.27%，且普遍是2008年以前建成投产，

整体装备水平不高；因企业新建热回收焦炉热情不高，影响了设计、科研部门对

热回收焦炉创新技术研发的投入，目前仅有浙江、河南、河北数个新建项目。故

本标准与GB21342-2013保持一致，适用于常规焦炉。

2.4能耗边界说明

2.4.1原标准条款

GB21342-2013规定的能耗统计范围为：焦炭单位产品能耗的统计范围包括

生产系统（备煤工段、炼焦工段和煤气回收与净化工段等）和辅助生产系统（生

产管理及调度指挥系统和机修、化验、计量、环保等）消耗的总能源量扣除工序

回收的能源量。不包括洗煤、焦油深加工、苯精制、焦炉煤气资源化利用以及附

属生产系统（食堂、保健站、休息室等）所消耗的能源量。对于煤气回收与净化

工段属于另一法人、其能耗未计入焦化工序能耗的，增加25千克标煤/吨。

2.4.2修订的主要内容及原因

1、将“煤气回收与净化工段”修改为“煤气净化工段”。

原因：煤气回收与净化目前均统称为煤气净化。

2、明确计算边界不包括煤调湿、解冻库、（燃用各种燃料的）锅炉、焦化废

水RO后浓水处理、附属生产系统。

为建立统一规范、公平合理的能耗统计核算体系，各生产企业能耗统计范围

应保持一致，依据《综合能耗计算通则》（GB/T2589-2020）相关规定，煤调湿、

解冻库、（燃用各种燃料的）锅炉、焦化废水RO后浓水处理、食堂、保健站等不

列入能耗统计范围。原因如下：

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（1）煤调湿在焦化企业装备数量较少。新建焦炉充分考虑节能措施，焦炉

蓄热室经过科学计算，烟道气温度设计充分考虑了节能需求，烟道气剩余热量有

限；按环保要求，焦炉烟囱烟气需进行脱硫脱硝处理，大部分以烟道气为热源的

煤调湿装置停用，目前我国仅太钢、宝钢等企业装备以蒸汽为热源的煤调湿装置；

为使各生产企业能耗统计范围保持一致，煤调湿装置不在能耗统计范围之内。

（2）我国焦化生产企业分布于除北京、海南、西藏、香港、澳门以外的29

个省级行政区（包括中国台湾）。解冻库不是焦化行业的标准配置。受气候条件

影响，东北、西北等高寒地区焦化企业一般设置解冻库，不同地区解冻库运行时

间有较大差别，影响吨焦能耗0.8千克标煤左右，本次标准修订解冻库不列入吨

焦能耗统计范围。

（3）焦化生产企业生产过程中需要使用蒸汽，其中钢铁联合企业焦化厂一

般由集团公司统一供应蒸汽，独立焦化企业一般由自有燃气、燃煤或余热锅炉供

汽。原标准对蒸汽输入端能源物质种类没有具体要求，调研中发现有独立焦化企

业以锅炉使用的能源物质输入量参与吨焦能耗计算，差异较大。为体现公平，统

一以焦化工序输入端蒸汽作为输入能源物质进行计算。

（4）不同地区焦化企业焦化废水处理执行的政策、标准不同，所采取的处

理工艺不同。如部分企业焦化废水处理后达到《炼焦化学工业污染物排放标准》

（GB16171-2012）的排放限值要求后可以排放；钢铁联合企业焦化厂可利用钢

铁产业流程长的特点消纳焦化废水（浓水）；部分焦化企业特别是独立焦化企业

因采用干熄焦，且处理后的焦化废水不允许外排，废水处理工艺流程长，除普遍

采用的预处理、生化处理、深度处理、膜（RO）处理方法外，还采用MVR（蒸发）

或分盐方法处理RO浓水，浓水处理能耗高，本次修订RO浓水处理不列入吨焦能

耗统计范围。

（5）部分企业生产流程较长，包括焦炉煤气综合利用、焦油加工、苯精制

等，附属生产系统服务人数不等，因此食堂、保健站等不列入能耗统计范围。

3、修订“煤气回收与净化工段属于另一法人”的能耗计算数值

按照环保要求，与现行标准发布时（2013年）相比，焦化生产企业煤气净

化工序普遍增加了两级焦炉煤气脱硫、脱硫废液资源化利用（提盐或制酸）等装

置，客观上增加了能耗。按现有装备水平（冷鼓、两级焦炉煤气HPF脱硫、脱硫

废液提盐、硫铵、洗脱苯），煤气净化工序吨焦能耗为23.84千克标煤/吨，焦化

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废水处理能耗0.74千克标煤/吨，合计24.58千克标煤/吨。因此将煤气净化工

段属于另一法人、其能耗未计入焦化工序能耗的，增加值由“25千克标煤/吨”，

调整为“26千克标煤/吨”。

修订后能耗统计范围为：焦炭单位产品能耗的统计范围包括生产系统（备煤

工段、炼焦工段、煤气净化工段）及相应的环保设施、公辅设施和辅助生产系统

（生产管理系统和设备维护、化验、计量设施等）消耗的总能源量扣除回收的能

源量。不包括洗煤、解冻库、煤调湿、焦化废水反渗透后的浓水处理、（燃用各

种燃料的）锅炉、焦油加工、苯精制、焦炉煤气资源化利用以及附属生产系统（食

堂、保健站等）所消耗的能源量。

对于焦炉煤气净化和废水处理工序属于另一法人、其能耗未计入焦化工序能

耗的，增加26千克标煤/吨。

2.5增加客观因素修正

焦化生产企业在生产过程中，很多因素会对实际吨焦能耗产生影响，可以分

为客观因素和主观因素。

客观因素是指受工序边界外固有条件的影响，工序内不可控制的因素，主要

指燃料条件、原料条件、工艺条件、产品条件、地理环境和气候温度等。客观因

素是造成企业间吨焦能耗不可比的主要原因。在进行吨焦能耗考核时，应尽量剔

除客观因素差异造成的影响，在修订标准时需对客观因素进行修正。

主观因素是指与企业自身管理水平、技术装备水平、操作水平、系统匹配性

等相关的因素，可以通过管理流程优化、技术装备改造、控制水平改善、管理水

平提升等途径进行改善和提高。这些因素是与先进指标比对时产生差距的主要原

因，是进行指标差异性分析的重点，是制定综合改进措施和方案的依据，也是节

能监察的重点。

为使标准限值公平合理，本次标准修订增加客观因素修正，因气候条件对吨

焦能耗影响较小，客观因素修正包括：燃料条件、原料条件、工艺条件及炉龄修

正。

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2.6调整炉龄修正公式

GB21342-2013采用炉龄校正，炉龄小于等于15年，校正系数为1.0，即EJT

/1.0；炉龄大于15年小于等于25年，校正系数为0.98，即/0.98；炉龄大

于25年，校正系数为0.96，，即/0.96。一般情况下随着焦炉炉龄的增加，

焦炉串漏率加大，能源消耗随之加大。标准中能源消耗校正计算公式是/校

正系数（是单位产品能耗），按此计算公式计算，对于大于15年炉龄的焦炉，

其计算结果大于实际单位产品能耗，而标准限额没变，炉龄校正公式不合理。

本次修订参照《焦化工序能效评估导则》（GB/T34192-2017）给出的炉龄修

正方法，取顶装焦炉和捣固焦炉中间值，即“焦炉炉龄修正系数——焦炉炉龄小

于或等于15年时，吨焦能耗不做修正；焦炉炉龄大于15年、小于或等于25年

时，计算结果减2.5千克标煤；焦炉炉龄大于25年时，计算结果减5.2千克标

煤”。

2.7技术指标确定依据

2.7.1常规焦炉吨焦能耗模拟计算

2.7.1.1能耗核算基础及范围

按照“在满足‘遵守国家法规、符合产业政策、产品质量符合国家标准’的

原则，选择最简单、最直接的流程”为原则，以4×50孔炭化室高6米顶装焦炉

为基础，生产能力200万吨/年全焦，采用焦化企业常规配置子工序（包括：备

煤子工序、炼焦子工序、熄焦子工序、煤气净化子工序、焦化废水处理子工序、

除尘子工序和四电子工序（变配电、照明、仪表和自动控制），对常规焦炉焦化

工序的各子工序能源消耗进行理论核算。

各耗能单元基准能耗按下列原则计算：

1、基准电耗等于做功与传动效率、电机效率等的比值。电机效率根据《电

动机能效限定值及能效等级》（GB18613）与《高压三相笼型异步电动机能效限

定值及能效等级》（GB30254）中电机一级能效等级进行取值。

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2、带式输送机的功率计算依据《连续搬运设备带承载托辊的带式输送机运

行功率和张力的计算》（GB/T17119）进行。

3、依据《焦炉热平衡测定与计算规范》（CSM/T1-2008）、《焦炉热平衡测试

与计算方法》（GB/T33962-2017）和《焦炉物料平衡和热量平衡》（冶金工业出

版社,1988.郑国舟,杨开莲,杨厚斌）计算焦炉所需加热煤气量。

4、煤气的低发热值按下式计算：

)

式中CO、H2、CH4、CmHn、H2S分别表示煤气中各成分的体积含量，用百分数

表示（%）；为低发热值，单位：千焦/立方米。

5、低温水消耗根据用水设备的冷却负荷计算，制冷机效率根据《溴化锂吸

收式冷水机组能效限定值及能效等级》（GB29540-2013）中的一级能效等级进行

取值。

6、蒸汽按不同压力和温度下的焓值折算。

2.7.1.2计算模型

1、模型边界

焦化工序能耗计算模型的边界考虑焦化工序的构成特点及各工序间应无缝

连接。据此，将焦化工序划分为备煤子工序、炼焦子工序、熄焦子工序、煤气净

化子工序、焦化废水处理子工序、除尘子工序和四电子工序（变配电、照明、仪

表和自动控制），各子工序又由若干工艺单元和耗能单体构成。确定的边界如图

2-1所示。

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图2-1焦化工序能耗计算模型边界

在整个焦化工序边界的框架下，原料和产品的接口如下：

（1）原料入口：原料煤进入原料煤场开始。

（2）焦炭出口：筛储焦槽的槽口。

（3）煤气出口：煤气净化后（按无煤气储配站考虑）。

（4）化产品出口：装车点（不含焦油加工和粗苯加工）。

2、模型建立的取值方法

能耗计算模型涉及的蒸汽按不同压力和温度下的焓值折算，其他能源及耗能

工质折标系数按《焦炭单位产品能源消耗限额》（GB21342-2013）附录取值，

电力折标煤系数取当量值。模型的最终计算结果均折算成吨焦能耗。

采用的计算方法如下：

（1）物料守恒：

QQinout

式中：Qin——表示进入装置物料的流量，kg/h或m3/h

Qout——表示离开装置物料的流量，kg/h或m3/h

（2）能量守恒：

EEinout

式中：Ein——表示进入装置物料的能量，kcal/h或kJ/h

Eout——表示离开装置物料的能量，kcal/h或kJ/h

（3）流体力学原理——伯努利(Bernoulli)方程：

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Pu2

zconst.

gg2

式中：z——表示流体的位能，m

P——表示流体的压强，Pa

ρ——表示流体的密度，kg/m3

u——表示流体的流速，m/s

g——表示重力加速度，m/s2

（4）理想气体状态方程：

PVnRT

式中：P——表示理想气体的压强，Pa

V——表示理想气体的体积，m3

n——表示理想气体的物质的量，mol

R——表示理想气体常数

T——表示理想气体的温度，K

（5）变压器损耗：

Sjs2

WiPktPd()

Se

式中：ΔWi——表示变压器年电能损耗，kWh/a

ΔPk——表示变压器空载有功功率损耗，kW

ΔPd——表示变压器短路有功功率损耗，kW

t——表示变压器全年投入运行小时，h/a

Sjs——表示变压器输出侧的计算负荷，kW

Se——表示变压器的额定容量，kVA

τ——表示最大年负荷损耗小时，h/a

（6）吨焦能耗计算（以千克标准煤(kgce)计）：

按照上述计算方法，结合各子工序特点，建立相应的计算模型，利用各子工

序的相关参数进行能耗计算。

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2.7.1.3计算结果

1、备煤子工序

（1）工艺条件及取值

备煤子工序是将运入焦化厂的单种煤制成符合质量要求的炼焦煤料，包括以

下几个单元：原料煤场、粉碎单元、配煤单元、煤运输单元。

原料煤来源一般有两种方式：火车受煤和汽车受煤，工艺布置一般采用火车

受煤坑、翻车机室、汽车受煤坑，几种方式能耗接近。对大型焦化企业，基于环

保和成本考虑，应优先选用火车运输。本次计算选火车来煤，翻车机卸煤的方式，

最大耗能单体为翻车机。

配煤单元工艺为先配煤后粉碎的工艺流程，所有带式输送机长度为此工序可

能的最短长度。

（2）模型计算结果

备煤子工序能耗：e'备煤=1.4131千克标煤/吨焦

2、炼焦子工序

（1）工艺条件及取值

A.炼焦生产规模200万吨/年。

B.以炭化室高6.0米顶装焦炉为基准炉型，4×50孔，每年365天连续工作。

C.焦炉采用焦炉煤气加热或混合煤气加热（97.5%高炉煤气+2.5%焦炉煤气）。

D.入炉煤干基挥发分（Vd）26%、入炉煤水分（Mt）10%。

E.焦炉的热量散失量10.5%。

F.根据原料煤量及组成通过物料平衡计算焦化产品产量。

（2）模型计算结果

混合煤气加热时炼焦子工序能耗：

e'炼焦=155.749千克标煤/吨焦

焦炉煤气加热时炼焦子工序能耗：

e'炼焦=147.639千克标煤/吨焦

3、熄焦子工序

（1）工艺条件及取值

A.熄焦过程分干熄焦和湿熄焦工艺。按照《干熄焦工程设计标准》（GB

1363-2019）规定：“每套干熄焦连续运行周期应大于1年，包括小修、定修在内

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的平均折合到每年的检修时间宜为10～15天”。干熄焦在设计和实际运行过程中

一般每两年安排一次定修，定修持续时间为20～25天。考虑到干熄焦是焦化企

业最主要的节能项目，定修期间对吨焦能耗影响较大，设定干熄焦子工序的工作

制度为：干熄焦年工作时间为345天，湿熄焦年工作时间为20天。

B.在考虑干熄炉热效率先进性和焦粉烧损符合规范要求的基础上，根据干熄

焦的热量平衡，计算蒸汽的产量、除盐水及冷焦（含焦粉）量。

C.根据焦炭处理量、循环风量及压头、除盐水输送量及压头等确定耗电量。

D.压缩空气、氮气根据实际值及工作制度计算耗量。

E.红焦显热作为炼焦单元的产出，同时又是熄焦单元的输入，两者可以互相

抵消，计算工序能耗时不考虑焦炭显热。

F.湿熄焦不计算焦炭的化学能。湿熄焦过程需要补充的水源由处理后的焦化

废水补充，不消耗新水，电耗由工艺参数计算确定。

（2）模型计算结果

e'干熄焦=-46.41千克标煤/吨焦

e'湿熄焦=0.0639千克标煤/吨焦

4、煤气净化子工序

（1）工艺条件及取值

A.模型计算范围包括煤气净化、油库、化验室及配套的循环冷却水、制冷

站（蒸汽型溴化锂制冷机）、VOCs治理设施（包括各储罐排放尾气、脱硫再生尾

气、废水处理尾气等治理）。其中煤气净化工艺为冷鼓、焦炉煤气两级HPF脱硫

（脱硫废液提盐）、饱和器法生产硫铵、剩余氨水间接蒸氨、蒸汽加热洗油生产

粗苯。净化前后煤气指标见表2-1，具体流程如图2-2所示。

表2-1净化前后煤气的杂质含量

硫化氢氰化氢氨萘苯焦油

净化前（g/m3）61.56.91234.447.5

净化后（g/m3）0.020.150.050.340.02

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图2-2煤气净化流程图

B.煤气净化装置内各工艺单元的能耗依据物料平衡、热量平衡、化学反应等

计算获得。

C.煤气鼓风机的功率按绝热压缩过程所耗的功计算。

D.基准蒸汽消耗根据耗能单体设备（如脱苯塔、蒸氨塔等）的物料平衡和热

量平衡计算获得。

E.循环水系统包括煤气净化循环水单元及低温水系统。低温水系统包含制冷

机单元、低温水单元及制冷机循环水单元。

F.循环水系统能耗由水泵及泵组的能耗、冷却塔风机能耗、循环水补水能耗

以及其他设备能耗组成。

G.冷却塔的热力计算采用焓差法。

（2）模型计算结果

煤气净化子工序吨焦能耗：e'煤气净化=23.84千克标煤/吨焦

5、焦化废水处理子工序

（1）工艺条件

焦化废水处理子工序包括酚氰废水处理和循环冷却水排污水处理（不包括酚

氰废水处理尾气治理）。酚氰废水处理采用预处理+生物处理（A/O工艺）+后处

理+臭氧氧化+双膜法深度处理工艺；循环冷却水排污水处理采用预处理+双膜法

深度处理工艺。处理后产水回用至循环冷却水做补充水，未考虑浓水处理能耗。

（2）模型计算结果

焦化废水处理子工序吨焦能耗：e'废水处理=0.7355千克标煤/吨焦

6、大气污染治理工序

（1）工艺条件

大气污染治理工序包括各污染源除尘及脱硫脱硝子工序。除尘子工序包括以

16

下几个除尘单元：装煤除尘、出焦除尘、机侧炉门除尘、干熄焦除尘、筛焦除尘、

焦转运除尘、煤（预）粉碎机除尘等单元，除尘方式均为干法布袋除尘，布袋清

灰采用压缩空气。脱硫脱硝子工序指焦炉烟囱烟气脱硫脱硝，采用的工艺为以碳

酸氢钠为脱硫剂的SDS脱硫工艺，干熄焦含二氧化硫尾气并入焦炉烟囱烟气脱硫

脱硝处理。大气污染治理工序包括工艺能源物质消耗和除尘设施排气筒煤尘、焦

尘损失。

（2）模型计算结果

能源物质消耗：1.9516千克标煤/吨焦

除尘设施排气筒煤尘排放量：0.0867千克/吨焦，折标煤：0.0879千克标煤/

吨焦

各工序吨焦能耗：e'大气治理=1.9516+0.0879=2.0395千克标煤/吨焦

7、四电子工序

（1）工艺条件

包括：变配电、照明、仪表和自动控制等单元能耗。

（2）模型计算结果

四电子工序吨焦能耗：e'四电=0.143千克标煤/吨焦

8、小结

综上所述，常规焦炉焦化企业吨焦能耗如表2-2所示：

表2-2焦化工序能耗汇总

吨焦能耗

工序名称备注

(kgce/t焦)

备煤1.4131装炉煤干基挥发分26%、装炉煤水分10%

155.749混合煤气加热

顶装焦炉

147.639焦炉煤气加热

-46.48干熄焦（工作天数345天）

熄焦

0.0639湿熄焦

两级HPF脱硫、饱和器法生产硫铵、间接蒸

煤气净化23.84

氨、蒸汽加热洗油工艺

焦化废水处理0.7355包括酚氰废水及循环冷却水排污水处理

大气治理设施2.0395

四电子工序0.143

采用同样的数学模型计算，捣固焦炉吨焦能耗一般比顶装焦炉大约9千克标

煤；不同高度炭化室焦炉吨焦能耗基本相同；以混合煤气（97%高炉煤气+3%焦炉

煤气）为燃料的捣固焦炉比以焦炉煤气为燃料的同等焦炉吨焦能耗大12千克标

17

煤。

从以上模拟计算结果可知，在顶装焦炉原料条件为装炉煤干基挥发分（Vd）

26%，捣固焦炉装炉煤干基挥发分（Vd）28%、装炉煤水分（Mt）10.5%，产能利用

率100%前提下，模拟计算吨焦能耗结果见表2-3。

表2-3模拟计算吨焦能耗结果

焦炉煤气加热混合煤气加热

炉型

干熄焦湿熄焦干熄焦湿熄焦

顶装焦炉吨焦能耗（kgce/t焦）129.40175.87137.51183.98

捣固焦炉吨焦能耗（kgce/t焦）138.40184.87149.51195.98

焦化企业最大的耗能单元为炼焦子工序和煤气净化子工序，实现炼焦子工序

和煤气净化子工序的能效优化是提升焦化工序能效的重要前提和必要条件。

2.7.2影响吨焦能耗因素分析

2.7.2.1焦炉炉型及炉龄

1、装煤方式

常规焦炉按装煤方式可分为顶装焦炉和捣固侧装焦炉。捣固焦炉入炉煤的细

度要求更为严格，需要装备捣固机，且炼焦初期导热率低，机侧炉门除尘风量大，

吨焦能耗一般比顶装焦炉大9千克标煤左右。

2、不同炭化室高度

模拟计算及协会调研情况显示，同种类型、不同炭化室高度焦炉吨焦能耗基

本相同。

3、焦炉炉龄

焦炉是由耐火砖砌筑而成的复杂工业炉窑，加热系统均存在着不同程度的串

漏，且随着焦炉运行周期延长，焦炉串漏率会有加大倾向，能耗增加。

2.7.2.2燃料种类

焦炉加热燃料可采用焦炉煤气或混合煤气（高炉煤气掺加少量焦炉煤气）等，

部分企业将驰放气作为焦炉加热的补充燃料。因加热燃气热值不同，燃烧后废气

体积及带走的热量差异较大。模拟计算及调研结果显示，以混合煤气（2.5%焦炉

煤气+97.5%高炉煤气）为燃料的顶装焦炉吨焦能耗比以焦炉煤气为燃料的同等焦

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炉大8千克标煤；以混合煤气（3%焦炉煤气+97%高炉煤气）为燃料的捣固焦炉吨

焦能耗比以焦炉煤气为燃料的同等焦炉大12千克标煤。

2.7.2.3原料条件

1、入炉煤挥发分

入炉煤挥发分对吨焦能耗影响较大。炼焦过程即煤的干馏过程，相同炉型吨

焦能耗随入炉煤挥发分的增加而增加。

一般情况下，焦化生产企业依据原料价格、焦化产品市场价格等动态调整入

炉煤挥发分，以调整产品结构，取得最大经济效益。

2、入炉煤水分

相同炉型，吨焦能耗随入炉煤水分（Mt）的增加而增加。入炉煤水分每增加

1%时，相当于湿煤中1%的干煤量被1%的水分取代。当煤的水分为7%～10%时，1

千克入炉煤水分每增减1%，炼焦耗热量变化值用焦炉煤气加热时为29.31千焦，

用高炉煤气加热时为33.49千焦。

2.7.2.4工艺条件

1、熄焦方式

熄焦方式分为干熄焦和湿熄焦，两种熄焦方式对吨焦能耗影响较大（具体见

2.7.2.8）。

2、煤气净化工艺

不同焦化企业煤气净化主体工艺基本相同，分为冷鼓、脱硫、脱氨、脱苯等

工段，但细分工艺有较大的差别，造成各种细分工艺吨焦能耗有较明显差异。如

负压煤气净化系统吨焦能耗大于正压煤气净化系统；冷鼓工段的焦油氨水分离装

置分卧式分离与立式分离，焦油脱水分静置加热分离与离心分离，焦油渣处理分

回配炼焦煤与油渣离心分离，电捕焦油器可布置在风机前或风机后，煤气鼓风机

可采取液力耦合器调速或变频调速；焦炉煤气脱硫工艺可分为氨硫联合洗涤法脱

硫(AS)、真空碳酸钾法脱硫、真空碳酸钠法脱硫、TH法脱硫、湿式氧化法脱硫

（HPF）、改良ADA、低温甲醇洗等方法，其中HPF法脱硫占90%以上，HPF脱硫

工艺硫磺处理可分为熔硫或板框压滤机压生硫，脱硫废液处理可采用回配炼焦煤、

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提盐或制酸等方式；煤气脱氨方法有饱和器法生产硫铵、磷酸吸收法生产无水氨

和水洗氨工艺，其中饱和器法生产硫铵占比95%以上；剩余氨水蒸氨工序可分为

管式炉蒸氨、导热油蒸氨和蒸汽蒸氨，蒸汽蒸氨可分为直接蒸氨和间接蒸氨；脱

苯工序依产品结构可分为生产粗苯或轻苯，终冷工序可采用直冷或间冷，洗油加

热可采用管式炉或蒸汽。不同细分工艺能源消耗存在差别。其中主流工艺为冷鼓

+两级HPF焦炉煤气脱硫+脱硫废液提盐+蒸汽法间接蒸氨+饱和器生产硫铵+蒸汽

加热洗油生产粗苯的工艺。

3、焦化废水处理工艺

焦化废水处理工艺主要差别在生化处理和深度处理。其中生化处理工艺可分

为AO、AAO、OAO、AOO、AAOAO、OAOAO等；后处理工艺可采取混凝、过滤、BAF

等不同工艺组合；深度处理工艺分吸附或强氧化，吸附工艺可细化为活性炭（包

括粉末、固定床、移动床）或树脂吸附，部分企业采用活性炭在线再生，增加了

能耗，强氧化工艺分为芬顿、臭氧或电磁氧化，臭氧制备工艺分为空气或氧气；

膜处理工艺可分为超滤、纳滤、反渗透等不同工艺或级数的组合，反渗透分常压

膜与高压膜等，不同细分工艺能耗差别较大。

4、循环冷却水

循环冷却水依原水（补充水）条件不同循环冷却水浓缩倍数不同，旁滤器滤

料不同，反洗水量不同，新水消耗和排污水水量会有一定差异，造成吨焦能耗的

差异。

5、大气污染治理措施

（1）焦炉烟囱烟气脱硫脱硝

焦炉烟囱烟气脱硫脱硝依烟气温度、工艺不同，吨焦能耗差异巨大。《炼焦

化学工业污染防治可行技术指南》（HJ2306-2018）焦炉烟囱脱硫脱硝可采用SDS

（碳酸氢钠）脱硫+SCR脱硝、半干法脱硫+SCR脱硝、钙基移动床脱硫+SCR脱硝、

活性炭脱硫脱硝、SCR脱硝+脱硫（干法、半干法、湿法）等不同工艺，工艺不

同吨焦能耗差别巨大。协会调研情况表明，其中SDS脱硫+SCR脱硝吨焦能耗最

低，吨焦能耗可小于1千克标煤。

（2）装煤除尘

装煤除尘可采用地面站、导烟车、单炭化室压力调节等不同方式，其中地面

站除尘方式装备量最多，吨焦能耗略大。

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（3）推焦除尘

推焦除尘全部采用地面站除尘方式。《炼焦化学公告也污染物排放标准》（GB

16171-2012）规定，推焦地面站考核因子为颗粒物和二氧化硫，焦炉在正常生产

时二氧化硫不能稳定达标，部分企业装备了脱硫措施，脱硫工艺不同，吨焦能耗

存在一定差异。

（4）干熄焦尾气治理

《炼焦化学公告也污染物排放标准》（GB16171-2012）规定，干熄焦地面站

考核因子为颗粒物和二氧化硫，干熄焦二氧化硫处理工艺不同，吨焦能耗存在一

定差异。

（5）VOCs治理

焦化VOCs治理工艺可分为洗涤法、负压回收法、焚烧法等，焚烧法又可分

为引入焦炉焚烧和RTO炉焚烧等，不同治理工艺，吨焦能耗有差异。

（6）焦转运除尘

按照环保要求，焦转运需配备除尘设施，不同企业焦转运站个数不同，除尘

器数量不同，导致吨焦能耗有差异。

2.7.2.5气候条件

我国焦化生产企业分布范围广，气候条件差异大。南方焦化企业制冷机运行

天数多，北方企业冬季取暖能耗大，部分地区需要装备解冻库；同时因煤料入炉

温度不同，炼焦过程中消耗的能源物质不同。调研数据显示，北方焦化生产企业

普遍大于南方企业。按照《焦化工序能效评估导则》（GB/T34192-2017），气候

条件对吨焦能耗影响为0.6千克标煤。

2.7.2.6结焦时间

受市场、生产故障或政策性限产影响，焦炉通常不能满负荷运行，结焦时间

延长将增加生产单位产品炉体散热时间，增加吨焦能耗。焦饼的最终成熟温度与

结焦时间长短没有相关性，在延长结焦时间的情况下，炉内平均温度与正常结焦

时间情况下虽然稍有差别，但不是成正比变化的，延长结焦时间增加炼焦耗热量；

同时，延长结焦时间，单位时间煤气发生量减少，但煤气净化及部分公辅设施仍

21

需满负荷运行才能达到净化后煤气指标。所以，任何超出设计结焦时间的生产节

奏调整，都将增加吨焦能耗。焦炉设计结焦时间与焦炉炉型和炭化室宽度有关，

一般为24小时左右，炉体散热量占炼焦耗热量的10%左右，延长10%结焦时间，

将增加炼焦耗热量约3千克标煤。

2.7.2.7生产规模

一般情况下一组焦炉对应一套煤气净化设施，焦炉生产规模不同、煤气净化

及公辅设施配置存在差异，会导致吨焦能耗存在差异。

2.7.2.8主观因素

模拟计算是在理想状况下得出的最佳吨焦能耗，而生产企业因自身管理水平、

技术装备水平、操作水平、系统匹配性能等相关因素影响，会造成实际吨焦能耗

高于理论计算结果。

焦炉是由耐火砖砌筑的复杂工业炉窑，是焦化生产企业最大的耗能单元，每

组焦炉有数千个温度、压力控制点，热工调火难度大，影响炼焦耗热量的主观因

素非常复杂；煤气净化工艺流程长，影响因素多。焦化生产企业炉体维护及生产

管理水平，对吨焦能耗的影响非常大。

2.7.2.9节能措施

1、干熄焦

干熄焦是采用惰性气体为红焦降温冷却同时回收余热的一种熄焦方法，是焦

化生产企业最重要的节能措施，吨焦可降低能耗46千克标煤。按产业政策要求，

钢铁企业焦化厂已基本完成干熄焦改造；独立焦化企业干熄焦比例逐年提高，但

焦化废水分盐技术尚不成熟，独立焦化企业实现全干熄尚有难度。

（1）《水污染防治行动计划》（国发〔2015〕17号）要求“2017年底前，钢

铁企业焦炉完成干熄焦技术改造”；《产业结构调整指导目录（2019年本）》将“未

配套干熄焦装置的钢铁企业焦炉”列为淘汰类项目。截至目前，钢铁企业焦化厂

已基本完成干熄焦改造。

（2）独立焦化企业生产流程短，绝大部分地区不允许经处理达到《炼焦化

22

学工业污染物排放标准》（GB16171-2012）要求的焦化废水外排，焦化废水“零

排放”（分盐）工艺尚不成熟且能耗大，一定程度上限制了干熄焦（全干熄）在

独立焦化企业的推广。

（3）我国新疆、宁夏、内蒙古等省区部分焦化企业利用当地煤资源生产化

工焦。化工焦与冶金焦相比冷热强度低、焦炭粒度小。而干熄焦为保证干熄炉的

正常生产，需要焦炭具备一定强度，以避免焦炭在干熄炉从上至下的冷却过程中

因挤压、摩擦而粉化，影响炉内的透气性。由于化工焦强度低、易粉化、残余挥

发分高，干熄炉运行中易造成阻力大，甚至堵塞；在装焦及系统负压段易形成爆

炸性气体，存在安全风险。我国生产化工焦企业尚没有采用干熄焦先例。

2、上升管余热回收

近几年，焦化企业对节能工作较为重视，上升管余热回收技术逐渐成熟，已

在部分企业成功应用。按照《焦炉上升管荒煤气显热利用技术规范》（YB/T

4723-2018）规定，焦炉上升管荒煤气显热利用技术产汽量不小于60千克/吨焦

（根据炉型及并网蒸汽压力不同而定）。按行业平均产汽量0.6兆帕、80千克/

吨焦计算，产蒸汽折标煤7.536千克标煤/吨焦，工艺消耗能源物质（除盐水、

电力等）0.123千克标煤/吨焦，上升管余热回收技术吨焦节能7.413千克标煤/

吨焦。

上升管余热回收普遍采用夹套式上升管，一旦泄漏有可能对焦炉炉体造成不

可逆损坏，且检修更换会造成污染物无组织排放，限制了此项节能措施在行业内

的广泛推广。

3、循环氨水及初冷器上段余热利用

循环氨水及初冷器上段余热为低品质热源，可利用其为企业或周边城镇供暖，

也可利用其作为制冷机热源。以循环氨水为热源的制冷机为近几年开发的新的节

能技术，配合初冷器上段余热利用，可全部替代蒸汽型制冷机所消耗的蒸汽，依

制冷机开机时间，最大可降低吨焦能耗3.075千克标煤。

在此之前大部分企业使用蒸汽型溴化锂制冷机，蒸汽型制冷机设计使用寿命

为10年，大部分蒸汽型制冷机尚在生命周期内。

4、焦炉烟囱烟气余热利用

焦炉燃烧废气带走热量与烟气温度有关，一般占焦炉能耗的17%左右。

焦炉蓄热室是降低炼焦耗热量的主要节能措施，在此部位燃烧后高温废气与

23

参与焦炉加热的空气或贫煤气换热以达到节能目的。焦炉在设计时蓄热室换热面

积需经过严格计算以控制烟气温度。成熟的焦炉设计无需装备焦炉烟囱烟气余热

利用装置。

按环保要求，焦炉烟囱烟气需采取脱硫脱硝措施，在烟道上如果装备过多的

设备，会影响焦炉烟囱烟气的稳定达标，一定程度上限制了烟道气余热的利用。

5、焦炉加热计算机优化控制技术

焦炉加热控制系统基本可分为前馈控制系统、反馈控制系统及前馈与反馈相

结合三种形式的控制系统。每种形式的控制系统均以炉组、炭化室为控制单元，

通过煤气流量、热值、空燃比、供热量等参数的调整，控制焦饼最终温度、蓄热

室顶部温度、火道温度、火落温度等相关温度参数，从而实现焦炉加热燃烧过程

温度优化控制。通过温度优化控制可节约焦炉加热用煤气量2%～3%，是降低焦

化能源消耗的有效手段。

6、高导热硅砖炉墙或高辐射覆层节能技术

高导热硅砖炉墙或高辐射覆层节能技术可以提高燃烧室热量向炭化室墙面

的传热速度，从而可以降低立火道的温度，降低炼焦耗热量。

2.7.2.10小结

1、影响因素汇总

通过以上分析，影响企业实际吨焦能耗因素分析见表2-4。

表2-4影响实际吨焦能耗因素汇总

项目基准情况客观因素对吨焦能耗影响备注

焦炉炉型顶装焦炉捣固焦炉增加

不同炭化室高

基本相同

度

一般随焦炉炉龄增

焦炉炉龄

加而增加

燃料种类焦炉煤气混合煤气增加

入炉煤挥发分随入炉煤挥发分

（Vd）（Vd）增加而增加

随入炉煤水分（Mt）

入炉煤水分（Mt）

增加而增加

干熄焦应用有一定局

熄焦方式干熄焦湿熄焦增加

限性

24

项目基准情况客观因素对吨焦能耗影响备注

无法达到焦炉煤气

AS增加

“精脱硫”要求

脱硫工艺HPF脱硫

真空碳酸钾不能缓解脱氨、洗苯

减少

脱硫设备腐蚀

HPF脱硫废液处制酸工艺不同能耗

提盐制酸稀酸不易处理

理有差别

饱和器法水洗氨增加

脱氨

生产硫铵无水氨增加

粗苯轻苯增加产品结构不同

脱苯管式炉加蒸汽加热洗

略有减少需要有中压蒸汽

热洗油油

管式炉加热增加管式炉尾气需处理

蒸汽间接

蒸氨蒸汽直接加

加热基本持平增加废水量

热

AAO、OAO、

AOAOO、AAOAO、增加多级AO处理效率高

焦化废水处理OAOAO等

电磁氧化增加

臭氧

芬顿减少增加浓水处理难度

取决于原水水质，浓

循环冷却水浓随浓缩倍数提高而

4缩倍数过高节水效果

缩倍数减小

不明显

焦炉烟囱烟气SDS脱硫

其他工艺增加脱硫灰处理难度大

脱硫脱硝+SCR脱硝

导烟车减少

装煤除尘地面站单炭化室压

减少

力调节

没有脱硫

推焦除尘有脱硫措施增加

措施

干熄焦含硫尾并入脱硫

单独处理增加

气脱硝处理

化产有氧VOCs引入焦炉焚RTO焚烧治理彻底，不

RTO焚烧减少

治理烧影响焦炉操作

随焦转运站数量增

焦转运除尘

加而增加

南方无解高寒地区有

增加

冻库解冻库

气候条件

南方不采

北方采暖增加

暖

设计结焦

结焦时间延长或缩短增加

时间

单套煤气净化及公

生产规模辅装置处理能力

大，能耗减少

主观因素理想状态实际情况增加与管理操作水平有关

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项目基准情况客观因素对吨焦能耗影响备注

上升管余热回降低7.413千克标

没有有应用有一定局限性

收煤

循环氨水及初冷最大可降低3.075

没有有应用有一定局限性

器上段余热利用千克标煤

焦炉烟囱烟气