余熱回收裝置在焦?fàn)t上的應(yīng)用

近年來(lái)，焦化企業(yè)不斷研究開(kāi)發(fā)余熱余能的回收利用，其中，焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用就是一大亮點(diǎn)。力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)熱源供應(yīng)單位節(jié)能節(jié)水增收、地方政府減少供熱財(cái)政投入、居民適當(dāng)降低供熱費(fèi)用支出等多方共贏局面。馬鋼煤焦化公司5號(hào)焦?fàn)t第壹套荒煤氣余熱回收利用裝置，于2016年7月22日投入運(yùn)行。該裝置從可行性研究到投產(chǎn)運(yùn)行，要制定完整、科學(xué)的方案，才能確保其質(zhì)量、功能達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求。

1概述

1.1焦?fàn)t上升管余熱概述

焦化行業(yè)要堅(jiān)持綠色發(fā)展，有效降低能耗、物耗和污染物排放量，進(jìn)一步發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，重點(diǎn)是加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)、工藝、裝備研發(fā)和推廣應(yīng)用，構(gòu)建高校、清潔、低碳、循環(huán)的綠色發(fā)展體系。但是目前，鋼鐵、煤炭、建材、化工、紡織、冶金等行業(yè)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(guò)高和投資回報(bào)率較低。焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用裝置的應(yīng)用就是一大亮點(diǎn)，是焦化企業(yè)節(jié)能減排新舉措之一。因?yàn)榻範(fàn)t荒煤氣帶走的熱量占煉焦過(guò)程中熱量損失總量的36%。

1.2焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

20世紀(jì)90年代初，已有焦化企業(yè)采用上升管汽化冷卻裝置來(lái)冷卻荒煤氣溫度，它的應(yīng)用經(jīng)歷了發(fā)展、停滯、再研發(fā)、再停滯的過(guò)程。但在高溫下仍因換熱器的材質(zhì)所限，使用壽命低，維修工作量大或固造價(jià)昂貴而影響推廣使用。此后，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究院所、焦化企業(yè)在總結(jié)水套上升管教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，做了大量探索研究。目前進(jìn)入工業(yè)化，運(yùn)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?fàn)t上升管換熱器技術(shù)，于2014年11月投產(chǎn)，產(chǎn)生飽和蒸汽(平均產(chǎn)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(lái)170-230℃降低到50-80℃)。冬天，當(dāng)有污水的時(shí)候，優(yōu)先用污水制熱，沒(méi)有污水的時(shí)候，可以用空氣源制熱，一機(jī)兩用，輸入的負(fù)荷只有一個(gè)空氣源的負(fù)荷。

邯鋼焦化廠2×45孔6m頂裝焦?fàn)t上升管換熱器技術(shù)，5號(hào)焦?fàn)t于2015年11月投產(chǎn)，6號(hào)焦?fàn)t于2015年底投產(chǎn)，產(chǎn)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(hào)焦?fàn)t50孔6m頂裝焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)，于2016年7月投產(chǎn)，產(chǎn)生飽和蒸汽(設(shè)計(jì)參數(shù)：產(chǎn)汽量3.6-5t/h、產(chǎn)汽壓力0.4-0.8MPa、產(chǎn)汽溫度150-175℃)。

截至2016年7月，焦?fàn)t荒煤氣余熱回收裝置，國(guó)內(nèi)只有三家企業(yè)四座焦?fàn)t投用，焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)，將成為近期我國(guó)煉焦企業(yè)研發(fā)的熱門(mén)課題。其建設(shè)、開(kāi)工、運(yùn)行操作、環(huán)保及效益方面的技術(shù)，需要行業(yè)認(rèn)真總結(jié)和研究，不斷優(yōu)化與提高。

2馬鋼煤焦化公司5號(hào)焦?fàn)t荒煤氣余熱回收裝置的配置與技術(shù)創(chuàng)新

焦?fàn)t在煉焦過(guò)程中，炭化室產(chǎn)出大量的荒煤氣，經(jīng)過(guò)焦?fàn)t上升管、橋管、集氣管冷卻集合后，送入化產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行凈化處理。2、煙道阻力鍋爐整個(gè)煙道阻力主要由引風(fēng)機(jī)和煙囪自拔力來(lái)克服，其中引風(fēng)機(jī)是主要因素。在一個(gè)結(jié)焦周期內(nèi)，單孔炭化室產(chǎn)出的荒煤氣近10000m3，荒煤氣經(jīng)過(guò)焦?fàn)t上升管時(shí)溫度高達(dá)650℃以上，含有大量的顯熱并且管壁上結(jié)有較多的焦油。為降低焦?fàn)t荒煤氣溫度便于后續(xù)焦化工藝處理，現(xiàn)有傳統(tǒng)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(fèi)大量荒煤氣顯熱，而且消耗大量電能冷卻荒煤氣，對(duì)焦油石墨化也沒(méi)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(tǒng)由六部分組成：上升管部分、給水部分、強(qiáng)制循環(huán)部分、汽包部分、排污部分、水系統(tǒng)取樣部分。

荒煤氣余熱回收系統(tǒng)附屬設(shè)備包括：除鹽水箱、汽包給水泵、汽包、強(qiáng)制循環(huán)泵、上升管蒸發(fā)器、定期排污膨脹器、連續(xù)排污膨脹器、取樣冷卻器、電動(dòng)葫蘆等。

2.2技術(shù)創(chuàng)新

上升管蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)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(fā)器整體是合金無(wú)縫鋼管，無(wú)焊縫可避免出現(xiàn)事故時(shí)水流入炭化室的情況發(fā)生，上升管蒸發(fā)器下部設(shè)置除鹽冷卻水進(jìn)水口和排污口，上部設(shè)置汽水出口。

上升管換熱器內(nèi)管壁，經(jīng)過(guò)特殊工藝處理，涂覆有LED保護(hù)層作為主要受熱面，其內(nèi)壁采用耐腐蝕和耐高溫的材料，解決了上升管內(nèi)壁耐腐蝕(氧化、還原、H2S酸化等)和耐高溫的問(wèn)題。上升管換熱器外壁，采用抗腐蝕和氧化的不銹鋼材質(zhì)，達(dá)程度地適應(yīng)了焦?fàn)t的運(yùn)行環(huán)境。綜合利用就是根據(jù)余熱的品質(zhì)，按照溫度高低順序不同按階梯利用，品質(zhì)高的可以用于生產(chǎn)工藝或余熱發(fā)電。

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

3方案的制定與實(shí)施

焦?fàn)t荒煤氣余熱回收系統(tǒng)在建設(shè)開(kāi)工前，要制定完整、規(guī)范的崗位技術(shù)操作規(guī)程。

按照固定式壓力容器使用要求，該系統(tǒng)安裝制件完成，在使用前需進(jìn)行熱態(tài)調(diào)試，使其汽包、上升管蒸發(fā)器、管道及受壓元件均勻受熱，以保證該系統(tǒng)整體性能達(dá)到要求，直到轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。

蒸發(fā)器裝置及附屬汽水管道安裝結(jié)束后，按規(guī)范要求必須通過(guò)一次水壓試驗(yàn)。其目的是檢查系統(tǒng)中熱力設(shè)備和管路在冷態(tài)條件下承壓部件是否嚴(yán)密(包括全部焊口和法蘭密封面)，剛度及強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

飽和蒸汽并入蒸汽管網(wǎng)之前必須進(jìn)行吹掃，以清除管道的雜質(zhì)，否則蒸汽運(yùn)行后，銹皮、焊渣、灰物等雜質(zhì)的存在將影響蒸汽品質(zhì)，并隨蒸汽被帶到各設(shè)備，造成閥門(mén)堵塞及閥門(mén)密封面損壞，影響系統(tǒng)工況正常運(yùn)行。

為確保崗位職工盡快適應(yīng)新工藝、新設(shè)備的崗位需要，保障荒煤氣余熱回收系統(tǒng)安全生產(chǎn)、日常操作、設(shè)備維護(hù)工作的有效開(kāi)展，要重視焦?fàn)t荒煤氣余熱回收系統(tǒng)崗位人員的培訓(xùn)。

4運(yùn)行效果

馬鋼煤焦化公司5號(hào)焦?fàn)t荒煤氣余熱回收裝置，于2016年7月22日投入運(yùn)行。運(yùn)行后，按照預(yù)期效果能夠連續(xù)穩(wěn)定回收荒煤氣顯熱、穩(wěn)定產(chǎn)出蒸汽。

具體運(yùn)行效果如下：

5號(hào)焦?fàn)t配置：6m頂裝焦?fàn)t，1×50孔，年產(chǎn)焦46萬(wàn)噸。該裝置目前平均產(chǎn)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(chǎn)飽和蒸汽約3.4萬(wàn)噸，公司內(nèi)部?jī)r(jià)60元/噸計(jì)，年產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益204萬(wàn)元，總成本年約4萬(wàn)元，折合直接效益：200萬(wàn)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(chǎn)焦46萬(wàn)噸、可產(chǎn)生0.5MPa飽和蒸汽約3.4萬(wàn)噸，折合標(biāo)煤0.11萬(wàn)噸、減排二氧化碳近0.88萬(wàn)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(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

目前，國(guó)內(nèi)正在應(yīng)用的荒煤氣余熱回收裝置，尚需要在穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行上進(jìn)一步優(yōu)化，堅(jiān)持有效、安全、可靠的原則，提高換熱效率，逐步推廣應(yīng)用到7m乃至7.63m大型焦?fàn)t上，解決大型焦?fàn)t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(shè)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(fēng)可用作鍋爐助燃和干燥物料。其構(gòu)造如圖所示：四周管箱，中間隔板將上下兩側(cè)通道隔開(kāi)，熱管為全翅片管，單根熱管可更換。工作時(shí)，高溫?zé)煔饬鹘?jīng)熱管換熱器下部沖刷熱管，此時(shí)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(jīng)熱管換熱器上部的冷空氣迅速加熱，此時(shí)熱管放熱，空氣吸熱溫度升高。工業(yè)企業(yè)針對(duì)這些生產(chǎn)附屬品往往投資配置大型冷卻塔，經(jīng)過(guò)處理將這些熱量白白排放到大氣中，實(shí)在可惜。

應(yīng)用余熱回收設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榧徔椨∪拘袠I(yè)定型機(jī)和涂層機(jī)。熱定型機(jī)或涂層機(jī)是利用高溫的空氣對(duì)紡織物進(jìn)行干燥和整理使產(chǎn)品定型。一般熱定型機(jī)內(nèi)生產(chǎn)所需的空氣溫度約為200度左右，同時(shí)要不斷引入新鮮空氣并排出污濁的廢氣。為順利進(jìn)行生產(chǎn)熱定型機(jī)需用風(fēng)機(jī)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(dá)到140到180度左右。該部分廢氣被直接排入大氣中，既浪費(fèi)了能源又污染了環(huán)境。廢氣余熱回收裝置就是提取熱定型機(jī)排出的廢氣能量來(lái)加熱定型機(jī)所需新鮮空氣進(jìn)氣溫度，達(dá)到降低廢氣的排放溫度和節(jié)約熱定型機(jī)能源的目的。與其他型式的換熱器相比，有以下特點(diǎn)：a 、傳熱性能高。尤其對(duì)氣-氣熱管換熱器，更能顯示出它的優(yōu)點(diǎn)。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(jié)構(gòu)緊湊。每根熱管的傳熱能力也大，可以用較少熱管數(shù)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(tǒng)配置政府政策中已有規(guī)劃，到2020年全部供暖用熱中的四分之一都由余熱回收來(lái)提供。熱管可以作為通用的傳熱元件，用改變熱管根數(shù)的方法任意組合。e、工作安全可靠。每根熱管是獨(dú)立的傳熱元件，可以單獨(dú)進(jìn)行更換，不影響整個(gè)換熱裝置的正常工作。

由于中國(guó)多年的工業(yè)發(fā)展，以煤為主要燃料的工業(yè)鍋爐仍占主導(dǎo)地位。為迎合國(guó)情的快速發(fā)展，煙霧造成的空氣污染日益嚴(yán)重。在國(guó)家意識(shí)到這一點(diǎn)后，它發(fā)布了許多關(guān)于工業(yè)發(fā)展的環(huán)境保護(hù)政策。工業(yè)的快速發(fā)展也給環(huán)境帶來(lái)了曙光。由這種清潔能源推動(dòng)的鍋爐將逐漸增加。與煤燃燒相比，雖然燃燒產(chǎn)生的氮氧化物含量較少，但環(huán)境壓力較小，但燃燒后產(chǎn)生的大量水蒸氣被高溫?zé)煔馀湃氕h(huán)境，導(dǎo)致嚴(yán)重浪費(fèi)能源。烘箱體定型機(jī)一般有八組烘箱，空氣在循環(huán)風(fēng)扇的鼓吹作用下，不斷由星形的噴氣架上的細(xì)孔噴在布面上。使用冷凝鍋爐回收高溫?zé)煔庵械娘@熱和潛熱可以實(shí)現(xiàn)充分利用能量以降低運(yùn)行成本的效果。