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摘要：我国炭素材料工业取得长足的进步，无论是在产量、品种和质量方面都取得很大成绩，生产技术和装备水平已经跻身于国际同行中并占有重要位置。然而，炭素制品在生产过程中会消耗很大的能源，如水、燃料等，并且会产生大量的污染物，破坏环境和生态的平衡，由此可见，开展节能减排技术的研究十分必要。文章对此进行了深入细致的分析和探讨，以期为相关人士提供参考和借鉴。
关键词：中国炭素工业生产；节能减排；主要技术
1、前言
炭素材料按使用功能的不同分成导电材料、特殊结构材料和特殊功能材料三大类，主要用于冶金、化工、机械、宇航、核工业、生物、电子等行业。从炭素工业的角度考虑低碳经济的发展，主要有两个方面：一是研发生产满足可再生能源、清洁能源生产及其他行业节能减排所需要的炭素制品；二是搞好炭素工业自身生产过程的节能减排，包括生产工艺过程与设备。
2、炭素工业的节能减排要求
2.1炭素企业节能减排需要解决的主要问题
应将工作的重心放在炭素制品下游行业的提质增效和节能减排上。首先考虑的应该是炭素产品的质量、规格的定位，然后再考虑炭素生产的过程。炭素制品的能耗并不高，然而单位产品的能耗指标同国外同类企业相比较高，尤其是一些特殊的工序，如石墨化和焙烧，会消耗很大的能源，因此应从技术的角度，提高炭素制品生产的成品率、合格率和实收率，避免物料过程损失。在制定各种产品的工艺控制条件和工艺流程时，要根据原料性能和产品质量要求来确定，加强生产过程管理控制和在线监测，建立和完善相关的检验制度。对于炭素生产造成的污染物的排放问题，应着重加以解决，目前因炭素生产造成的环境污染问题已经成为炭素生产企业必须面对和亟待解决的重要问题。与普通的工业生产不同的是，炭素生产较为特殊，在生产中的各个工序都会有废副品产生，为了保护环境、减少浪费，应科学利用废副品材料。
2.2炭素生产节能概念与类型
2.2.1炭素单位产品能源消耗
炭素单位产品能源消耗包括单位产品综合能耗及炭素生产主要工序（煅烧、焙烧和石墨化工序）单位产品能耗；能耗包括实物消耗和过程消耗；单位产品分为原材料制备、炭制品、石墨制品。炭素材料单位产品综合能耗中实物能耗占60%～80%，过程能耗占20%～40%。因此，在生产过程中必须加强对原材料与中间产品的管理，应尽量减少各生产环节的物料损失，尤其是在煅烧工段严格控制石油焦烧损。在过程能耗中，燃料能耗占65%～80%，这说明选择指标先进的炉窑与燃控系统，并对窑炉加强日常维护是至关重要的。
2.2.2炭素生产企业节能重点
炭素生产企业应积极依靠技术进步，配置先进的节能设备和节能新工艺，最大限度的提高炭素企业三大炉窑（煅烧炉、焙烧炉、石墨化炉）的热效率，减少能源损失，降低企业能源成本。
2.2.3炭素工业节能过程演化
随科技进步，炭素制品生产流程与钢铁工业类似，逐步走向大型化、连续化、自动化和高度集成，其节能思路也发生了一定演变，主要是从单体节能发展到了系统节能。系统节能是将炭素工业看成一个整体，每环节的能量梯级综合利用，尽量减小炭素工业总能耗。系统节能包括：管理节能、技术节能、流程优化。
（1）管理节能
建立和完善公司能源控制和管理中心，对炭素制造流程各工序进行监视、控制、调整、故障分析诊断，能源平衡预测，系统运行优化、专家系统、高速采集数据和及时分析、归档处理，实现能源系统的分散控制、集中管理，与ERP或MES系统无缝集成。管理节能可为企业节约总能耗的10%～15%。
（2）技术节能
采用先进的技术装备和工艺实现节能。
（3）流程优化
即对炭素工业的全程或某一工艺进行结构调整，进行优化改造，淘汰落后设备，采用先进工艺实现整体节能效果。
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3、炭素生产过程主要节能技术
3.1炭素生产设备的主要节能技术成就
随着科技的发展和相关研究的深入，我国的炭素工业生产已经取得了显著的成果，在节能技术方面也获得了很大的提高。设备向着大型化的方向发展、新型的节能材料被应用到炭素工业生产中，热工窑炉的结构也得以改进和优化，工序产品的质量获得很大提高。在某些技术领域取得了阶段性的进展，其中的炭素窑炉设备节能技术尤为突出。炉窑设备是炭素生产所需的关键设备，同时也是产生能源消耗的源头，因此为实现降低能耗的目的，优化设备的结构和改进生产工艺是其中的关键。
3.2炭素生产余热利用
3.2.1余热的种类
工业些窑炉都耗用大量的燃料，它们的热效率都很低，一般只有30%左右，而被高温烟气、高温炉渣、高温产品等带走的热量却达到40%～60%，其中可利用的余热在冶金方面约占燃料消耗量的三分之一。余热属于二次能源，它是一次能源和可燃物料转换过程后的产物，是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。一般分成下列几大类：高温烟气余热，高温蒸汽余热，高温炉渣余热，高温产品余热（包括中间产品），冷却介质余热，可燃废气余热，化学反应及残炭的余热，冷凝水余热等。
3.3.2炭素余热利用途径
目前我国炭素工业余热利用方法主要是直接、间接或综合法。主要的余热利用为生产流程本工序或上下相关工序直接预热物料、预热空气或燃料；采用热媒作为载热体；生产蒸汽（生产和外卖）；产生过热蒸汽及用于发电；供暖、供热水和制冷等。石油焦煅烧和无烟煤电煅烧、炭素制品焙烧、石墨化等过程中产生的烟气温度达200℃～1000℃，使用价值极大。目前煅烧余热已经成功用于产生蒸汽、发电、热媒、供热、浸渍热风循环加热等，而对焙烧及石墨化炉余热的利用技术有待于研究开发。
4、炭素生产减排技术
4.1主要污染源和治理方法
炭素生产产生的环境污染以大气污染为主，主要大气污染物是：沥青烟（含PAH）、颗粒物、氟化物、二氧化硫。其中沥青烟气较难处理，现处理技术有[3]：
1）沥青烟湿法洗涤净化法（水洗）：效果差，二次污染难处理。
2）电捕器捕集法：对沥青烟效果较好，但是对PAH、硫、氟化物等效果差。
3）干料吸附法﹙碳粉、矾土、氧化铝﹚：对氟化物效果较好，但是含沥青烟的氧化铝“黄料”回到电解槽上不受欢迎。
4）焚烧法：对沥青烟（特别是PAH）效果好，但是能耗较大，需要考虑热能综合利用。
5）黑法：对沥青烟（含PAH）效果良好，但是目前应用范围有局限性。
4.2生制品沥青烟气治理技术
干料黑法吸附是一种常见的处理技术，而生制品沥青烟气治理技术具有系统流程合理、简洁的特点，也是干料黑法吸附的一种。这种技术主要用于生产车间，所采用的焦粉可以循环利用。生制品沥青烟气处理技术具有完全自主的知识产权，是一项自主创新的技术，使用起来安全可靠，吸附的效率很高。除此之外，在控制技术方面也较为先进，并且适用于新建工程或者生产线改造的项目。
4.3焙烧烟气联合法净化
将预除尘、全蒸发喷淋、电捕焦油和干法氧化铝吸附收尘技术串联集成，形成多级处理焙烧炉烟气技术，灵活运用。主要效果为：净化效率高，无二次污染，操作管理方便等优点，净化后污染物排放指标远均低于国家标准、达到国际标准。
5、结语
炉窑设备和工艺过程的污染物排放及节能降耗，是我国炭素行业实行节能减排必须面对和解决的问题。而解决该问题的关键则是炭素材料产品下游行业的提质增效和节能减排。随着科技的进步，计算机仿真和优化技术也应用到炉窑设备的设计和优化中，将炉窑的炉型结构、工艺过程和操作参数加以分析和优化，从而实现降低能耗、提高设备性能的目的。
参考文献
[1]国涓，郭崇慧，凌煜. 中国工业部门能源反弹效应研究[J]. 数量经济技术经济研究，2010，（11）：114-126.
[2]王蕾，王洪涛，陈洪，等.煅烧回转窑余热发电在炭素行业中的应用[J].科技信息，2014（15）
论文作者:裴军平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第21期
论文发表时间:2018/1/10
标签：炭素论文; 余热论文; 节能论文; 技术论文; 沥青论文; 烟气论文; 产品论文; 《建筑学研究前沿》2017年第21期论文;