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)。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。按照現(xiàn)有技術(shù)提取溫度區(qū)間為23~28℃左右，熱能回收利用率達(dá)到80%以上，換句話說：此項(xiàng)措施可為您節(jié)約8成的加熱費(fèi)用，可見其中蘊(yùn)含的經(jīng)濟(jì)效益不容小覷。

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。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%。該工程即可以解決員工洗浴問題，同時(shí)也是工業(yè)用熱水很好的解決方案。

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。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。由于該設(shè)備在生產(chǎn)和制造中使用了大量先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)具有一定的支持，而制造商生產(chǎn)的設(shè)備將是實(shí)用的。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℃)。2、余熱余壓利用不僅節(jié)能，還有利于環(huán)境保護(hù)，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新嘗試，隨著新技術(shù)的推廣，余熱余壓利用必將有著廣闊的應(yīng)用前景。

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。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)焦油石墨化也沒有有效的處理方法和防止手段。這樣就使得很大一部分熱量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪費(fèi)，又對(duì)環(huán)境造成了熱污染。

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。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。高質(zhì)量的服務(wù)意識(shí)每個(gè)空氣壓縮機(jī)都有很多優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，由制造商在銷售過程中提供。

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。

熱管余熱回收的工作原理

   熱管余熱回收的工作原理：熱管是余熱回收裝置的主要傳到元件，于普通的熱交換器有本質(zhì)的不同。熱管余熱回收的換熱效率可達(dá)到98%以上，這是普通熱交換器無法比擬的。熱管余熱回收裝置體積小，只是拍一通熱交換器的1/3。其工作原理如下圖所示；左邊煙氣通道，右邊為清潔空氣(水或其它介質(zhì))通道。中間有隔板分開互不干擾。高溫?zé)煔庥勺筮呁ǖ琅欧?，排放時(shí)高溫?zé)煔鉀_刷熱管，當(dāng)煙氣溫度>30℃時(shí)，熱管被便自動(dòng)將熱量傳至右邊，這是熱管左邊吸熱，高溫?zé)煔饬鹘?jīng)熱管后溫度下降，熱量倍熱管吸收并傳至右邊。常溫清潔空氣(水或其它介質(zhì))，在鼓風(fēng)機(jī)的作用下反方向流動(dòng)沖刷熱管，這時(shí)熱管右邊放熱，將清潔空氣(水或其它介質(zhì))加熱，空氣流經(jīng)熱管后溫升高。將此爐渣在沖渣箱內(nèi)由沖渣泵提供的高速水流急冷沖成水渣并?；?，以供生產(chǎn)水泥之用，這一過程中能夠產(chǎn)生大量溫度在80～95℃的熱水。

定型機(jī)主要有五部分組成，包括上料部分、整緯器、鏈條、烘箱體及落布卷布裝置。另外有化料系統(tǒng)及油爐加熱系統(tǒng)。

1.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。因此，布所帶上的化工料非常均勻，這是獲得高質(zhì)量定型布的先決條件。這里所要注意的是要經(jīng)常留意軋輥?zhàn)笥覂蓚?cè)的壓力是否一致，否則，壓力小的一側(cè)上料較多，而壓力大的一側(cè)上料少，布就會(huì)出現(xiàn)左右不一致等的質(zhì)量問題。2.整緯器現(xiàn)定型機(jī)上所配置的整緯器為Mahlo RFMC94H型光電整緯器，Mahlo光電整緯器上有四套感應(yīng)器，每套感應(yīng)器包括發(fā)光和感光兩部分，可通過光電效應(yīng)出布的緯斜。而動(dòng)作部分采用液壓系統(tǒng)，當(dāng)緯斜大小的信號(hào)傳回控制主板時(shí)，控制主板便會(huì)發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，使曲輥或直輥?zhàn)飨鄳?yīng)的角度調(diào)整，從而可糾正緯斜。具體是：當(dāng)布中心與兩邊有差異時(shí)，曲輥會(huì)動(dòng)作;而左邊與右邊有差異時(shí)，直輥會(huì)動(dòng)作。3. 鏈條部分定型機(jī)上布的拉幅由鏈條產(chǎn)生。定型機(jī)的鏈條由靠近落布處的大功率電機(jī)傳動(dòng)，鏈條上裝有針板，布進(jìn)入鏈條時(shí)，由壓布輪上的毛刷輪將布?jí)涸卺槹迳系男♂樕?，布即可在兩列鏈條的傳動(dòng)下進(jìn)入烘箱內(nèi)。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。4. 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。熱風(fēng)接觸濕布后，溫度下降而濕度升高，并從星形噴氣架上的大孔排走，經(jīng)過過濾網(wǎng)，再由熱交換器升溫后不斷循環(huán)使用。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。5. 落布及卷布裝置定型機(jī)可根據(jù)生產(chǎn)需要采用擺布式或卷布式兩種出布方式。鍋爐用的燃料有煤炭、石油，其排煙溫度在150~250℃之間，煙氣仍含有大量的熱能。兩種方式都是通過電機(jī)帶動(dòng)鏈傳動(dòng)。當(dāng)采用卷布方式出布時(shí)，對(duì)布的張力穩(wěn)定性要求較高，布需穿過一條由氣唧控制的張力調(diào)節(jié)導(dǎo)輥。而采用擺布式落布的，布無須經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥而改穿一條固定的導(dǎo)輥。