【一】、焦化设备配件炼焦炉热平衡分析
焦化厂作为一个复杂的生产系统，以炼焦炉为中心组织生产，焦化设备配件通过购入洗精煤、燃气(焦炉煤气、高炉煤气)、蒸汽、水、电等一次能源开展生产，产生焦碳、焦炉煤气及煤焦油、粗苯等二次能源。热的流动是以炼焦炉为中心进行，余热资源分布和利用主要集中在炼焦和煤气净化两个环节。
焦炉的物料平衡和热平衡炼焦炉是一个复杂的间接加热设备。炼焦即炼焦煤料在炭化室内进行干燥、预热、软化熔融、半焦收缩转变为焦炭等复杂的加工过程。焦炉热平衡在物料平衡和燃烧计算的基础上进行，通过热平衡计算，可具体地了解焦炉热量在各方面的分配情况，从而寻找降低热量消耗的途径。由热平衡计算还可以从理论上求出炼焦耗热量。
1焦炉物料平衡
为进行物料平衡计算，取得以下数据：
①物料入方，为干煤和配料水分。焦化配件主要来源于实际生产统计和配煤的工业分析数据。
②物料出方，包括各级焦碳产量、干煤气产量和水汽量、化产品产量等。
一般取1吨湿煤(或干煤)做基准，焦炉炭化室的物料平衡数据。
2焦炉热平衡
根据物料平衡和各处温度，可计算出物料带入焦炉和带出焦炉的显热和潜热。
供入焦炉的热量主要消耗在几个方面：
①温度为1000℃左右的焦饼带走热量约占供入焦炉热量的40%。目前，大部分焦化厂采用湿法熄焦，使得这部分热量通过熄焦水的加热和蒸发白白地散失掉。
②温度为~800℃的荒煤气带走的热量约占供入焦炉热量的35%左右；这部分热量大部分被上升管和集气管的喷洒氨水加热蒸发所消耗(无用的热量)，少部分热量用于防止焦油在管道系统中冷凝(有用的热量)。
③废气带走的热量约占供入焦炉总热量的15%左右。这部分热量对目前以烟囱为排烟设备的焦炉来说是不可少的，它的作用是烟囱有足够的吸力，使焦炉加热系统产生气体流动。但是，从蓄热室小烟道出来的废气温度达350~400℃而烟囱底部处的温度为200℃左右。
④焦炉表面散失的热量占供入焦炉热量的10%左右。
可见，供入焦炉热量主要通过红热焦碳、高温荒煤气、燃烧废气带走，炼焦生产中的余热资源主要集中在这三方面。
【二】、焦化焦炉设备配件的利用方向和回收利用途径
从焦炉的热平衡数据表可以看出，荒煤气带出的热量占供入焦炉热量的35%左右。在这部分热量主要包括煤料中水分的加热、汽化带走的热和煤气带走的显热。
因此，针对荒煤气带走的热量的节能主要从两方面考虑，一是降低装炉煤的水分，从而减少荒煤气带走的热量，另外就是回收利用荒煤气中的热能。
①降低装炉煤的水分，实现干燥煤和预热煤炼焦据测算，入炉煤水分每增减1%，炼焦相当耗热量增减58520~66880J/kg干煤。
而干燥煤和预热煤炼焦是降低煤料水分从而达到节能的手段。
干燥煤或预热煤炼焦就是将在炭化室内进行的水分加热、蒸发等过程全部或部分放在炉外完成。湿煤料炉外干燥或预热，通常都是在传质、传热效率较高的流态化装置内进行的，因此湿煤干燥或预热的热耗比在炭化室内进行时要低。由于预热煤装炉炼焦，改变了炭化室内传热的状态，缩短了结焦时间，因此相应地降低了散热损失。焦化焦炉设备在焦炭质量的前提下，可以适当地降低焦饼中心温度和炉顶空间温度，从而也可减少焦饼和荒煤气带走的显热。据分析，预热煤炼焦比湿煤炼焦节省10%左右的炼焦耗热量，约节能391KJ/kg焦。
目前，趋向于部分去除装炉煤水分炼焦技术的研究，即煤调湿技术。煤调湿是把水分>10%的配合后炼焦用煤，使用干燥机将其水分降低至约6%，同时达到合理利用煤炭资源，降低生产成本的目的。这项技术以其较好的经济效益和社会效益受到焦化界的普遍重视，并较快发展。
按照预热煤的热源和干燥设备划分，目前国内相关研究机构正研究并进行积极工业推广试用煤调湿工艺流程包括用焦炉烟道气显热作热源的煤调湿装置、用焦炉烟道气和荒煤气显热作热源的煤调湿装置、用蒸汽作热源的煤调湿装置、用焦炉烟道气作热源流化床干燥机的煤调湿装置等。
1)用焦炉烟道气显热作热源的煤调湿装置
这种煤调湿装置是利用焦炉烟道气的显热在立式多层干燥机内与湿煤进行直接热交换。煤的水分由一9%降至一6%，采用该种工艺流程的煤调湿装置，在日本只有一处，即中山厂煤调湿装置。
2)用焦炉烟道气和荒煤气显热作热源的煤调湿装置用导热油为热媒，通过烟道换热器和上升管换热器吸收焦炉烟道气和荒煤气显热后温度提高至210℃，在多管回转干燥机内与湿煤进行间接热交换(热媒油走管内，湿煤走管外)。通过调节热媒油温度、干燥机转数、给煤量等措施使煤料水分达到目标值。
与湿煤换热后的热媒油温度降至80℃，送到烟道换热器换热，吸收焦炉燃烧废气余热后温度升高到130℃；再到上升管换热器换热，吸收荒煤气余热后温度升至160℃；再到管式炉用焦炉煤气加热至210℃后，回到干燥机内与湿煤换热，循环使用。
该工艺根据焦炉能流途径和热能组成来设计节能工艺，设计理念。
一方面尽量回收利用荒煤气、燃烧废气携带的热能，同时充分利用富余的焦炉煤气这种二次能源；另一方面利用回收的余热资源，降低装炉煤水分，从源头上减少荒煤气的带出的热量和炼焦温度，然后降低炼焦能耗。
但该流程工艺复杂、设备庞大、投资大、占地面积较大，未推广应用。鞍山焦耐院同日本新日铁公司合作，于1995年在重钢焦化厂设计试用了一套装置。从实际运行情况看，该流程系统线路过长，波及面宽，涉及配煤、炼焦的主体生产，并对煤气净化系统的冷凝鼓风工段有影响，增加了焦化厂生产操作的难度；导热油易泄漏、温度高易燃，对运行管路和设备的要求高，操作管理程序复杂，并且因配套的设备材料难以满足工艺技术的要求，运行期间事故频发，系数低。尤其是炉顶上升管换热器附属的热媒油管路较为复杂，容易漏油引发火灾，因而恶化了操作环境，增大了设备维护的难度和工作量。
