焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收生產(chǎn)過熱蒸汽技術(shù)化解煉焦生產(chǎn)技術(shù)瓶頸

韓培

焦?fàn)t是能量轉(zhuǎn)換裝置中效率較高的熱工爐窯，但占煉焦過程熱損失總量36%的焦?fàn)t荒煤氣帶出的顯熱，其回收利用一直是研發(fā)的熱門課題。目前焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收存在一些技術(shù)瓶頸，歸納為三“怕”、兩道“坎”。煉焦生產(chǎn)上升管忌諱的三“怕”，怕漏水、怕掛焦油、怕長石墨。一旦漏水到炭化室，將給焦?fàn)t砌體帶來重大事故，煤焦油及石墨均會(huì)堵塞荒煤氣通道。焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收必須跨越的兩道“坎”。一是荒煤氣溫度極限“坎”。當(dāng)溫度低于450℃時(shí)，煤焦油蒸汽會(huì)發(fā)生冷凝，凝結(jié)在上升管內(nèi)筒壁上；當(dāng)溫度高于900℃時(shí)，荒煤氣中的碳?xì)浠衔镉謺?huì)在高溫下析出，積碳而生成石墨。二是換熱設(shè)備高性能的“坎”。換熱設(shè)備必須具備耐高溫、耐腐蝕、高導(dǎo)熱性，并具有抗應(yīng)變能力，才能適應(yīng)上升管復(fù)雜的環(huán)境?；拿簹怙@熱回收的三“怕”、兩道“坎”決定了技術(shù)開發(fā)的難度，故而也一直是焦化領(lǐng)域的技術(shù)難題。

一、幾何態(tài)構(gòu)體換熱器破解荒煤氣顯熱回收難題

常州江南冶金科技有限公司憑借長期生產(chǎn)單晶硅爐積累的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，借鑒其特殊結(jié)構(gòu)形式、加工工藝，獨(dú)辟蹊徑，研發(fā)出獨(dú)特結(jié)構(gòu)的換熱器。焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收的關(guān)鍵設(shè)備是上升管內(nèi)部設(shè)置的換熱器，因?yàn)樯仙軆?nèi)直徑只有400mm—500mm，只能在圓形筒腔內(nèi)想辦法，換熱器材質(zhì)具備耐高溫、耐腐蝕、高導(dǎo)熱性能。

幾何態(tài)無縫構(gòu)體換熱器攻破漏水難關(guān)。上升管內(nèi)側(cè)水夾套為專用的特殊合金，經(jīng)過2600℃以上高溫熔化成型，后在恒溫環(huán)境中與外層無縫鋼管加工融合，增加其抗應(yīng)變性，形成防止漏水的保護(hù)層。上升管換熱器主體經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)和加工，呈異型幾何態(tài)規(guī)律排列的無縫完整結(jié)構(gòu)體。水與荒煤氣熱量的交換是在密閉空間內(nèi)進(jìn)行，水汽不會(huì)滲漏到炭化室，徹底打消了煉焦生產(chǎn)管理的上升管漏水進(jìn)入炭化室的疑慮。

納米材料破解荒煤氣導(dǎo)熱及腐蝕難題。換熱器壁導(dǎo)熱和絕熱的納米材料與特殊合金二者的高溫熔合，在高溫環(huán)境中噴涂而成，表面形成堅(jiān)固光滑均勻的釉面，具有防腐、耐高溫、不掛結(jié)的特性，荒煤氣溫度控制在450℃以上，杜絕了石墨的析出和焦油成分的凝結(jié)，即使掛結(jié)也易于清除。通過大流量、低揚(yáng)程強(qiáng)制循環(huán)泵，進(jìn)水管合理梯級管徑配置，配以自動(dòng)控制技術(shù)，保證了供水支管各處水壓流量的一致，也使得每個(gè)上升管換熱器的進(jìn)出水相對平衡。

三道防線打消“漏水”顧慮。上升管換熱器絕對不能漏水到炭化室，漏水是上升管第一忌諱的。納米幾何態(tài)換熱器防漏水有三層保護(hù)：第一層為換熱器內(nèi)筒外壁致密堅(jiān)實(shí)的納米氮化鋁導(dǎo)熱層；第二層為耐高溫耐腐蝕的復(fù)合合金材料，經(jīng)過高溫熔接在第三層材料內(nèi)壁；第三層保護(hù)是呈異型幾何態(tài)規(guī)律排列的無縫完整結(jié)構(gòu)體，也就是無縫鋼管為換熱主體（厚度16mm以上）；另外換熱器外壁還噴涂納米氧化鋯絕熱涂料，形成堅(jiān)硬致密的隔熱涂層。有了這三道防漏水的“護(hù)身符”，徹底打消了煉焦生產(chǎn)管理的上升管漏水進(jìn)入炭化室的疑慮（圖1）。

二、荒煤氣顯熱回收技術(shù)的應(yīng)用

焦?fàn)t荒煤氣顯熱納米幾何態(tài)構(gòu)體回收技術(shù)，在邯鋼5、6#兩座6m大型焦?fàn)t首次工業(yè)化應(yīng)用，90個(gè)上升管，穩(wěn)定產(chǎn)出0.6MPa飽和蒸汽，發(fā)生量穩(wěn)定在10.5t/h，折合噸焦產(chǎn)蒸汽114.6kg。上升管出口荒煤氣經(jīng)換熱后溫度大幅度下降，上升管出口荒煤氣溫度由原來的762℃降低到446℃，下降了316℃（圖2）。

迄今系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行30個(gè)月，上升管內(nèi)部幾乎無結(jié)焦現(xiàn)象，外部沒有腐蝕情況，蒸汽并入邯鋼蒸汽管網(wǎng)供用戶使用。

三、幾何態(tài)技術(shù)回收荒煤氣顯熱技術(shù)的推廣

2018年1月，中國工程院院士金涌為組長的專家組，對安鋼7號、8號焦?fàn)t荒煤氣顯熱生產(chǎn)過熱蒸汽項(xiàng)目進(jìn)行評定，一致認(rèn)為，“該技術(shù)節(jié)能減排效果顯著，其焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收生產(chǎn)過熱蒸汽技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，在焦化行業(yè)具有推廣應(yīng)用前景?！痹摷夹g(shù)也分別入選國家發(fā)改委和工信部節(jié)能技術(shù)推廣目錄，2018年4月成功入選國家節(jié)能中心重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)典型案例（2017年）。

從焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收生產(chǎn)飽和蒸汽技術(shù)到過熱蒸汽技術(shù)，常州江南冶金科技有限公司實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，化解了煉焦生產(chǎn)技術(shù)瓶頸。

（作者為常州江南冶金科技有限公司總經(jīng)理）