余熱回收裝置在焦?fàn)t上的應(yīng)用

近年來，焦化企業(yè)不斷研究開發(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)。熱交換器位于過濾網(wǎng)的下方，采用的熱煤體是熱油，熱交換器上具有許多很薄的散熱片可產(chǎn)生熱交換。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。在滿足上述廢熱回收的同時(shí)，污水源不足時(shí)，可依靠空氣源側(cè)制造熱水。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)、再停滯的過程。預(yù)熱空氣助燃是一種較好的方法，一般配置在加熱爐上，也可強(qiáng)化燃燒，加快爐子的升溫速度，提高爐子熱工性能。此后，國內(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170-230℃降低到50-80℃)。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。

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)，將成為近期我國煉焦企業(yè)研發(fā)的熱門課題。其建設(shè)、開工、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在煉焦過程中，炭化室產(chǎn)出大量的荒煤氣，經(jīng)過焦?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。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。適用范圍:管樁、墻材、印染、食品、化工等行業(yè)的低品位廢水余熱回收。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(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)器整體是合金無縫鋼管，無焊縫可避免出現(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)和耐高溫的問題。這種定型機(jī)的鏈條同別的定型機(jī)有所不同，它可以分別控制每段針鋏的拉伸，從而做出好的效果，而有些定型機(jī)，不能調(diào)節(jié)每段針鋏，只能調(diào)成長方形或梯形。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。

上升管換熱器進(jìn)水管路采用分組、梯級管徑配置，保證了每個(gè)上升管換熱器進(jìn)出水量相對平均，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，造成閥門堵塞及閥門密封面損壞，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3.4萬噸，公司內(nèi)部價(jià)60元/噸計(jì)，年產(chǎn)經(jīng)濟(jì)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(chǎn)焦46萬噸、可產(chǎn)生0.5MPa飽和蒸汽約3.4萬噸，折合標(biāo)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(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

目前，國內(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。

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。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在大多數(shù)公司都使用空氣壓縮機(jī)來收集廢氣并通過轉(zhuǎn)換來重復(fù)使用。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。

煙氣余熱回收主要是通過某種換熱方式將煙氣攜帶的熱量轉(zhuǎn)換成可以利用的熱量。

煙氣是一般耗能設(shè)備浪費(fèi)能量的主要途徑，比如鍋爐排煙耗能大約在15%，而其他設(shè)備比如印染行業(yè)的定型機(jī)、烘干機(jī)以及窯爐等主要耗能都是通過煙氣排放。煙氣余熱回收主要是通過某種換熱方式將煙氣攜帶的熱量轉(zhuǎn)換成可以利用的熱量。

煙氣余熱回收的方式：1.余熱回收器（氣-水）熱管余熱回收器是燃煤、油、氣鍋爐專用設(shè)備，安裝在鍋爐煙口，回收煙氣余熱加熱生活用水或鍋爐補(bǔ)水。其構(gòu)造如圖所示：下部是煙道，上部為水箱，中間有隔板。頂部有安全閥、壓力表、溫度表接口，水箱有進(jìn)出水和排污口。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提供。工作時(shí)，煙氣流經(jīng)熱管余熱回器煙道沖刷熱管下端，熱管吸熱后將熱量導(dǎo)至上端，熱管上端放熱將水加熱。為了防止堵灰和腐蝕，余熱回收器出口煙氣溫度一般控制在路點(diǎn)以上，即燃油、燃煤鍋爐排煙溫度≮130℃，燃?xì)忮仩t排煙溫度≮100℃，節(jié)約燃料4-18%。2.余熱回收器（氣-氣）熱管余熱回收器是燃油、煤、氣鍋爐專用設(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，中間隔板將兩側(cè)通道隔開，熱管為全翅片管，單根熱管可更換。工作時(shí)，高溫?zé)煔鈴淖髠?cè)通道向動(dòng)沖刷熱管，此時(shí)熱管吸熱，煙氣放熱溫度下降。熱管將吸收的熱量導(dǎo)致右端，冷空氣從右側(cè)通道向下逆向沖刷熱管，此時(shí)熱管放熱，空氣吸熱溫度升高。余熱回收器出口煙氣溫度不低于路段點(diǎn)。

1、回收干凈的煙氣，就是燃用氣體、液體或固體燃料的爐窯或各種內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)械的排氣，而未受主流程嚴(yán)重沾污者。

2、帶有塵埃的煙氣，這種煙氣往往存在于鍋爐的煙道、受損的鍋爐壁中。

3、粘結(jié)性煙氣，余熱回收，在工作煙溫下，所挾帶的，集升華與氣化物質(zhì)等，在一定條件下粘附在鍋爐受熱面或其他部件上的特性。

4、腐蝕性煙氣在制酸工業(yè)、有色冶金工業(yè)、以及石油化工工業(yè)等極為常見。對于腐蝕性煙氣，即使采用了理論和實(shí)踐上行之有效的措施，鍋爐某些部件還是需要定期更換的。因此，鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮這一特點(diǎn)。

5、高壓煙氣(p＝3～4mpa)，一般不采用煙道式鍋爐，因?yàn)槠矫鏀U(kuò)板是無法經(jīng)濟(jì)地加強(qiáng)到足以承受如此高的壓力。目前采用較多的有管殼式直煙管鍋爐、雙套管式直煙管鍋爐、雙套管與螺旋管相結(jié)合的煙管鍋爐、u形管煙管鍋爐、插入管式水管鍋爐等。

6、需要急冷的煙氣，在化工流程中，余熱回收系統(tǒng)，往往煙氣需要在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，冷卻到一個(gè)規(guī)定的溫度。由于余熱鍋爐熱交換在時(shí)間方面的嚴(yán)格限制，這就在現(xiàn)實(shí)的煙氣通道長度的結(jié)構(gòu)條件下，規(guī)定了煙氣的流速。上料部分結(jié)構(gòu)較為簡單，由料槽和軋輥組成，布進(jìn)入料槽內(nèi)，帶上化工料，然后經(jīng)軋輥將多余的化工料壓榨干凈。對于這種煙氣，余熱回收裝置，目前煙管鍋爐與水管鍋爐皆有所應(yīng)用。但如果煙氣在受熱面上積灰結(jié)焦的可能性較大時(shí)，則往往傾向于采用煙管鍋爐。

7、參數(shù)不穩(wěn)定的煙氣，余熱鍋爐煙氣在流量、溫度、成份組成、含塵量等各方面的波動(dòng)是其特征之一，波動(dòng)的性質(zhì)可以是有規(guī)律的、周期性的，也可以是非規(guī)律性、非周期性的；波動(dòng)的特點(diǎn)可以是漸進(jìn)性的、也可以是沖擊性的；可以是單一參數(shù)的，也可以是多參數(shù)的復(fù)合性波動(dòng)。余熱鍋爐的選型必須首先分析主工藝流程的整個(gè)周期，確定周期中各個(gè)時(shí)間區(qū)段的煙氣特點(diǎn)，從而在余熱鍋爐設(shè)計(jì)中逐個(gè)落實(shí)相應(yīng)的措施。由于Naksda開發(fā)的空氣壓縮機(jī)已經(jīng)投入使用，它已經(jīng)很好地解決了這個(gè)問題。其中突出的特點(diǎn)往往是余熱鍋爐選型的主要根據(jù)。