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。力爭實現(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政投入、居民適當(dāng)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?fàn)t第壹套荒煤氣余熱回收利用裝置，于2016年7月22日投入運行。該裝置從可行性研究到投產(chǎn)運行，要制定完整、科學(xué)的方案，才能確保其質(zhì)量、功能達到相關(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)要堅持綠色發(fā)展，有效降低能耗、物耗和污染物排放量，進一步發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，重點是加強節(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高和投資回報率較低。焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用裝置的應(yīng)用就是一大亮點，是焦化企業(yè)節(jié)能減排新舉措之一。因為焦?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。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昂貴而影響推廣使用。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。目前進入工業(yè)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?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℃)。冬天，當(dāng)有污水的時候，優(yōu)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?fàn)t上升管換熱器技術(shù)，5號焦?fàn)t于2015年11月投產(chǎn)，6號焦?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、運行操作、環(huán)保及效益方面的技術(shù)，需要行業(yè)認真總結(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)進行凈化處理。2、煙道阻力鍋爐整個煙道阻力主要由引風(fēng)機和煙囪自拔力來克服，其中引風(fēng)機是主要因素。在一個結(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上升管時溫度高達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。上升管換熱器外壁，采用抗腐蝕和氧化的不銹鋼材質(zhì)，達程度地適應(yīng)了焦?fàn)t的運行環(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(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。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)，剛度及強度是否滿足設(shè)計要求。

飽和蒸汽并入蒸汽管網(wǎng)之前必須進行吹掃，以清除管道的雜質(zhì)，否則蒸汽運行后，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運行效果

馬鋼煤焦化公司5號焦?fàn)t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(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。

具體運行效果如下：

5號焦?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60元/噸計，年產(chǎn)經(jīng)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(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，降低工人勞動強度，提高勞動生產(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)濟運行上進一步優(yōu)化，堅持有效、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，熱管為全翅片管，單根熱管可更換。工作時，高溫?zé)煔饬鹘?jīng)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(jīng)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(yè)企業(yè)針對這些生產(chǎn)附屬品往往投資配置大型冷卻塔，經(jīng)過處理將這些熱量白白排放到大氣中，實在可惜。

應(yīng)用余熱回收設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域為紡織印染行業(yè)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(chǎn)品定型。一般熱定型機內(nèi)生產(chǎn)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(chǎn)熱定型機需用風(fēng)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(huán)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(jié)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(yōu)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(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(yè)發(fā)展，以煤為主要燃料的工業(yè)鍋爐仍占主導(dǎo)地位。為迎合國情的快速發(fā)展，煙霧造成的空氣污染日益嚴(yán)重。在國家意識到這一點后，它發(fā)布了許多關(guān)于工業(yè)發(fā)展的環(huán)境保護政策。工業(yè)的快速發(fā)展也給環(huán)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(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)重浪費能源。烘箱體定型機一般有八組烘箱，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@熱和潛熱可以實現(xiàn)充分利用能量以降低運行成本的效果。