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余熱回收裝置在焦爐上的應用

近年來，焦化企業不斷研究開發余熱余能的回收利用，其中，焦爐荒煤氣余熱回收利用就是一大亮點。力爭實現熱源供應單位節能節水增收、地方政府減少供熱財政投入、居民適當降低供熱費用支出等多方共贏局面。馬鋼煤焦化公司5號焦爐第壹套荒煤氣余熱回收利用裝置，于2016年7月22日投入運行。該裝置從可行性研究到投產運行，要制定完整、科學的方案，才能確保其質量、功能達到相關技術要求。

1概述

1.1焦爐上升管余熱概述

焦化行業要堅持綠色發展，有效降低能耗、物耗和污染物排放量，進一步發展循環經濟，重點是加強節能環保關鍵技術、工藝、裝備研發和推廣應用，構建高校、清潔、低碳、循環的綠色發展體系。但是目前，鋼鐵、煤炭、建材、化工、紡織、冶金等行業的余熱余壓以及其他余能仍未得到充分利用，主要原因在于利用余熱余壓的裝置一次性投資過高和投資回報率較低。焦爐荒煤氣余熱回收利用裝置的應用就是一大亮點，是焦化企業節能減排新舉措之一。因為焦爐荒煤氣帶走的熱量占煉焦過程中熱量損失總量的36%。

1.2焦爐荒煤氣余熱回收技術的應用實踐

20世紀90年代初，已有焦化企業采用上升管汽化冷卻裝置來冷卻荒煤氣溫度，它的應用經歷了發展、停滯、再研發、再停滯的過程。但在高溫下仍因換熱器的材質所限，使用壽命低，維修工作量大或固造價昂貴而影響推廣使用。此后，國內相關研究院所、焦化企業在總結水套上升管教訓的基礎上，做了大量探索研究。目前進入工業化，運行較為成功的案例如下：

福建三鋼焦化廠2×65孔4.3m搗固焦爐上升管換熱器技術，于2014年11月投產，產生飽和蒸汽(平均產汽量7.2t/h、壓力0.6MPa、溫度165℃;荒煤氣溫度由770-550℃降到560-450℃，降幅200℃左右;上升管外殼表面溫度由原來170-230℃降低到50-80℃)。冬天，當有污水的時候，優先用污水制熱，沒有污水的時候，可以用空氣源制熱，一機兩用，輸入的負荷只有一個空氣源的負荷。

邯鋼焦化廠2×45孔6m頂裝焦爐上升管換熱器技術，5號焦爐于2015年11月投產，6號焦爐于2015年底投產，產生飽和蒸汽(噸焦可回收0.6MPa蒸汽100kg左右，上升管表面溫度在65℃左右)。

馬鋼煤焦化公司5號焦爐50孔6m頂裝焦爐荒煤氣余熱回收技術，于2016年7月投產，產生飽和蒸汽(設計參數：產汽量3.6-5t/h、產汽壓力0.4-0.8MPa、產汽溫度150-175℃)。

截至2016年7月，焦爐荒煤氣余熱回收裝置，國內只有三家企業四座焦爐投用，焦爐荒煤氣余熱回收技術，將成為近期我國煉焦企業研發的熱門課題。其建設、開工、運行操作、環保及效益方面的技術，需要行業認真總結和研究，不斷優化與提高。

2馬鋼煤焦化公司5號焦爐荒煤氣余熱回收裝置的配置與技術創新

焦爐在煉焦過程中，炭化室產出大量的荒煤氣，經過焦爐上升管、橋管、集氣管冷卻集合后，送入化產系統進行凈化處理。2、煙道阻力鍋爐整個煙道阻力主要由引風機和煙囪自拔力來克服，其中引風機是主要因素。在一個結焦周期內，單孔炭化室產出的荒煤氣近10000m3，荒煤氣經過焦爐上升管時溫度高達650℃以上，含有大量的顯熱并且管壁上結有較多的焦油。為降低焦爐荒煤氣溫度便于后續焦化工藝處理，現有傳統工藝采用噴氨水急冷的方式，使荒煤氣溫度急劇降至80-85℃。該工藝不僅浪費大量荒煤氣顯熱，而且消耗大量電能冷卻荒煤氣，對焦油石墨化也沒有有效的處理方法和防止手段。

2.1配置情況

工藝路線包括：荒煤氣路線、給水路線、汽水路線。

荒煤氣余熱回收系統由六部分組成：上升管部分、給水部分、強制循環部分、汽包部分、排污部分、水系統取樣部分。

荒煤氣余熱回收系統附屬設備包括：除鹽水箱、汽包給水泵、汽包、強制循環泵、上升管蒸發器、定期排污膨脹器、連續排污膨脹器、取樣冷卻器、電動葫蘆等。

2.2技術創新

上升管蒸發器結構為夾套型，中心管路為圓柱形荒煤氣通道，管壁夾套為汽水通道，上升管蒸發器整體是合金無縫鋼管，無焊縫可避免出現事故時水流入炭化室的情況發生，上升管蒸發器下部設置除鹽冷卻水進水口和排污口，上部設置汽水出口。

上升管換熱器內管壁，經過特殊工藝處理，涂覆有LED保護層作為主要受熱面，其內壁采用耐腐蝕和耐高溫的材料，解決了上升管內壁耐腐蝕(氧化、還原、H2S酸化等)和耐高溫的問題。上升管換熱器外壁，采用抗腐蝕和氧化的不銹鋼材質，達程度地適應了焦爐的運行環境。綜合利用就是根據余熱的品質，按照溫度高低順序不同按階梯利用，品質高的可以用于生產工藝或余熱發電。

上升管換熱器進水管路采用分組、梯級管徑配置，保證了每個上升管換熱器進出水量相對平均，一定程度上均衡了上升管進出口荒煤氣的溫差，并且上升管換熱器內壁表面均勻光滑，無死角，不易凝結，從而盡可能地降低了焦油在內壁的凝結。

3方案的制定與實施

焦爐荒煤氣余熱回收系統在建設開工前，要制定完整、規范的崗位技術操作規程。

按照固定式壓力容器使用要求，該系統安裝制件完成，在使用前需進行熱態調試，使其汽包、上升管蒸發器、管道及受壓元件均勻受熱，以保證該系統整體性能達到要求，直到轉入正常生產。

蒸發器裝置及附屬汽水管道安裝結束后，按規范要求必須通過一次水壓試驗。其目的是檢查系統中熱力設備和管路在冷態條件下承壓部件是否嚴密(包括全部焊口和法蘭密封面)，剛度及強度是否滿足設計要求。

飽和蒸汽并入蒸汽管網之前必須進行吹掃，以清除管道的雜質，否則蒸汽運行后，銹皮、焊渣、灰物等雜質的存在將影響蒸汽品質，并隨蒸汽被帶到各設備，造成閥門堵塞及閥門密封面損壞，影響系統工況正常運行。

為確保崗位職工盡快適應新工藝、新設備的崗位需要，保障荒煤氣余熱回收系統安全生產、日常操作、設備維護工作的有效開展，要重視焦爐荒煤氣余熱回收系統崗位人員的培訓。

4運行效果

馬鋼煤焦化公司5號焦爐荒煤氣余熱回收裝置，于2016年7月22日投入運行。運行后，按照預期效果能夠連續穩定回收荒煤氣顯熱、穩定產出蒸汽。

具體運行效果如下：

5號焦爐配置：6m頂裝焦爐，1×50孔，年產焦46萬噸。該裝置目前平均產生160℃、0.5MPa飽和蒸汽3.8t/h(約合73kg/t焦)。

直接效益(蒸汽)：以年產飽和蒸汽約3.4萬噸，公司內部價60元/噸計，年產經濟效益204萬元，總成本年約4萬元，折合直接效益：200萬元左右。

工序能耗效益：降低工序能耗約10kg/t焦。

減碳效益：按年產焦46萬噸、可產生0.5MPa飽和蒸汽約3.4萬噸，折合標煤0.11萬噸、減排二氧化碳近0.88萬噸。

上升管換熱器出口荒煤氣溫度控制在450℃以上，減緩石墨的形成及其他成分的附積，降低工人勞動強度，提高勞動生產率。

目前，國內正在應用的荒煤氣余熱回收裝置，尚需要在穩定經濟運行上進一步優化，堅持有效、安全、可靠的原則，提高換熱效率，逐步推廣應用到7m乃至7.63m大型焦爐上，解決大型焦爐上升管集墨及清掃的難題。

       熱管余熱回收器是燃油、煤、氣鍋爐余熱回收的專用設備，安裝在鍋爐煙口或煙道中，將煙氣余熱回收后加熱空氣，熱風可用作鍋爐助燃和干燥物料。其構造如圖所示：四周管箱，中間隔板將上下兩側通道隔開，熱管為全翅片管，單根熱管可更換。工作時，高溫煙氣流經熱管換熱器下部沖刷熱管，此時熱管吸熱，煙氣放熱溫度下降。熱管將吸收的熱量傳至上部將流經熱管換熱器上部的冷空氣迅速加熱，此時熱管放熱，空氣吸熱溫度升高。工業企業針對這些生產附屬品往往投資配置大型冷卻塔，經過處理將這些熱量白白排放到大氣中，實在可惜。

應用余熱回收設備應用領域為紡織印染行業定型機和涂層機。熱定型機或涂層機是利用高溫的空氣對紡織物進行干燥和整理使產品定型。一般熱定型機內生產所需的空氣溫度約為200度左右，同時要不斷引入新鮮空氣并排出污濁的廢氣。為順利進行生產熱定型機需用風機不斷引入新鮮空氣并排出一部分的廢氣，該廢氣的溫度一般也能達到140到180度左右。該部分廢氣被直接排入大氣中，既浪費了能源又污染了環境。廢氣余熱回收裝置就是提取熱定型機排出的廢氣能量來加熱定型機所需新鮮空氣進氣溫度，達到降低廢氣的排放溫度和節約熱定型機能源的目的。與其他型式的換熱器相比，有以下特點：a 、傳熱性能高。尤其對氣-氣熱管換熱器，更能顯示出它的優點。b 、傳熱平均溫差大。冷、熱流體的通道布置方便，流向可以布置成單純的逆流形式。c 、結構緊湊。每根熱管的傳熱能力也大，可以用較少熱管數目保證熱量的傳遞。d 、布置靈活。熱電廠余熱回收集中供暖系統配置政府政策中已有規劃，到2020年全部供暖用熱中的四分之一都由余熱回收來提供。熱管可以作為通用的傳熱元件，用改變熱管根數的方法任意組合。e、工作安全可靠。每根熱管是獨立的傳熱元件，可以單獨進行更換，不影響整個換熱裝置的正常工作。

由于中國多年的工業發展，以煤為主要燃料的工業鍋爐仍占主導地位。為迎合國情的快速發展，煙霧造成的空氣污染日益嚴重。在國家意識到這一點后，它發布了許多關于工業發展的環境保護政策。工業的快速發展也給環境帶來了曙光。由這種清潔能源推動的鍋爐將逐漸增加。與煤燃燒相比，雖然燃燒產生的氮氧化物含量較少，但環境壓力較小，但燃燒后產生的大量水蒸氣被高溫煙氣排入環境，導致嚴重浪費能源。烘箱體定型機一般有八組烘箱，空氣在循環風扇的鼓吹作用下，不斷由星形的噴氣架上的細孔噴在布面上。使用冷凝鍋爐回收高溫煙氣中的顯熱和潛熱可以實現充分利用能量以降低運行成本的效果。