焦爐余熱回收高效利用技術(shù)研究

楊明燕，師晉愷

（山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041600）

引言

焦化企業(yè)的煉焦工藝主要是通過熱分解和結(jié)焦產(chǎn)生焦炭、焦爐煤氣和其他煉焦化學產(chǎn)品的過程。在這個過程中，焦爐爐體、處理煙氣系統(tǒng)的管道、焦爐出焦等可產(chǎn)生大量熱量，如果將這部分熱量進行有效回收利用，既減少企業(yè)不必要的污染排放，又能為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，也是當前國家節(jié)能減排政策背景下的必走之路。

焦爐煉焦余熱包括出爐紅焦、焦爐爐體、煉焦干餾過程中產(chǎn)生的荒煤氣以及系統(tǒng)煙道排放的煙氣。

1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 焦炭顯熱回收

所謂干熄焦，是相對濕熄焦而言的，是指采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法。通常CDQ是焦炭干法熄焦的簡稱，CDQ 不僅能吸收紅焦的熱量，節(jié)約能源，還可改善焦炭質(zhì)量，減少污染。干熄焦過程中，隨著排焦均勻的下降和緩慢的冷卻，焦炭裂紋較少，強度較好，此外，干熄焦炭與焦粉容易分離同時也減輕了篩分的困難。我國干熄焦技術(shù)的應(yīng)用，始于上海寶鋼。上世紀80 年代，上海寶鋼引進日本的4×75 t/h 干熄焦裝置是我國最早引進投產(chǎn)的干熄焦裝置。鑒于干熄焦的優(yōu)勢，我國的焦化企業(yè)相繼投入該裝置運行。

1.2 煙道氣余熱回收

生產(chǎn)工藝中焦爐炭化室加熱后溫度高達280℃～300℃左右的廢氣通過煙道匯總一直向大氣排放，煙氣將通過煙囪排放到空中，不僅浪費能源，又污染環(huán)境。因此對焦爐煙道廢煙氣余熱進行回收利用，實現(xiàn)煙氣余熱二次利用很有必要。針對此高溫廢煙氣，我國一些焦化公司建設(shè)了熱管余熱鍋爐裝置，利用煙氣余熱產(chǎn)生的蒸汽并網(wǎng)供生產(chǎn)和生活使用。

1.3 焦爐

煉焦煤在焦爐中被隔絕空氣加熱的同時，產(chǎn)生大量荒煤氣。對于從焦爐炭化室推出的紅焦帶出的顯熱，已有成熟可靠的干熄焦裝置回收并發(fā)電；而焦爐荒煤氣帶出的顯熱，目前南京圣諾與常州江南冶金聯(lián)合研發(fā)技術(shù)已取得成功，后續(xù)逐步開始在焦化行業(yè)中進行推廣。

2 焦爐余熱回收利用在山西發(fā)展現(xiàn)狀

焦爐余熱回收項目，山西省一些企業(yè)已將焦爐煙氣經(jīng)過脫硝后的煙氣進入余熱鍋爐進行熱量回收，汽水通過上升、回流管路參與蒸發(fā)器換熱面的吸熱循環(huán)，產(chǎn)生的飽和蒸汽，經(jīng)汽液分離后送至蒸汽管網(wǎng)用戶使用或發(fā)電。

干熄爐130 ℃的低溫惰性循環(huán)氣體吸收紅焦顯熱，從干熄爐環(huán)形煙道出來的高溫惰性氣體，經(jīng)過除塵分離粗顆粒焦粉后流經(jīng)干熄焦鍋爐進行熱交換，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽外送至蒸汽管網(wǎng)用戶發(fā)電。

上升管余熱回收南京圣諾與常州江南冶金通過多年的研究與實踐，開發(fā)的上升管換熱器結(jié)構(gòu)形式和納米隔熱材料的使用方法與過去的技術(shù)有根本性的區(qū)別，屬國內(nèi)首創(chuàng)。

單個炭化室壓力自動調(diào)節(jié)集氣管負壓技術(shù)，還需進一步研究開發(fā)，此技術(shù)不僅可以回收產(chǎn)生的荒煤氣，同時可實現(xiàn)無煙裝煤和清潔生產(chǎn)，大大改觀焦爐的生產(chǎn)環(huán)境，經(jīng)濟效益和推廣應(yīng)用價值可觀。

3 技術(shù)路線、技術(shù)成熟度及可行性分析

3.1 干熄焦工藝技術(shù)路線

裝滿1 000 ℃紅焦的焦罐由提升機提升并橫移至干熄爐爐頂，從干熄爐頂部裝入干熄焦爐內(nèi)，在干熄焦爐內(nèi)與惰性氣體進行熱交換，冷卻焦炭的惰性氣體通過干熄焦爐底部的供氣裝置在干熄焦爐與紅焦炭進行換熱，惰性氣體經(jīng)除塵系統(tǒng)進余熱鍋爐換熱，溫度降低，再經(jīng)二次除塵系統(tǒng)和循環(huán)風機加壓經(jīng)水冷卻至130 ℃進行循環(huán)利用。

3.2 煙道氣余熱回收

該工藝分為煙氣流程、汽水流程、熱管余熱鍋爐三部分。

煙氣流程主要是將主煙道路熱煙氣從地下主煙道路引出，換熱降溫后經(jīng)鍋爐引風機排入地下煙道經(jīng)煙囪排空；汽水流程是工業(yè)軟化水經(jīng)過除氧器除氧，除氧后的水一部分分別進入汽包、中溫熱管蒸汽發(fā)生器，吸收熱量變成飽和水，再進入汽包進行水汽分離，形成飽和蒸汽送至蒸汽總管或用戶；熱管余熱鍋爐系統(tǒng)系統(tǒng)的核心部件——熱管，通過密閉真空管殼內(nèi)工作介質(zhì)的相變潛熱來傳遞熱量，其傳熱性能具有傳熱能力大，傳熱效率高的特點；且能以較小的溫差獲得較大的傳熱功率，具有單向?qū)岬奶攸c，使冷熱流體間的熱交換均在管外進行，方便進行強化傳熱。

3.3 焦爐上升管余熱回收工藝

該工藝中經(jīng)過過濾的除鹽水通過汽包、循環(huán)水泵將除鹽水送入上升管取熱系統(tǒng)汽化為蒸汽，返回汽包，再供給各用戶，用戶產(chǎn)生的冷凝水系統(tǒng)進行集中收集，返回系統(tǒng)重復(fù)使用。本系統(tǒng)不產(chǎn)生廢水，無三廢排放。該工藝中的材料屬于耐高溫耐腐蝕的新型材料；能夠控制焦油粘結(jié)的高效導熱介質(zhì)；工藝可在斷水、斷電狀態(tài)下干燒而不損壞的耐高溫熱應(yīng)力抗變形的結(jié)構(gòu)的焦爐上升管夾套管中進行。

此工藝已經(jīng)成熟并且進行了推廣，通過以上對現(xiàn)有工藝及新工藝條件要求分析，此項目可行。

4 關(guān)鍵技術(shù)問題分析

4.1 干熄焦

干熄焦避免了傳統(tǒng)濕熄焦過程中紅焦顯熱浪費大的缺點，干熄焦過程中，吸收紅焦的80%左右的熱量并使之產(chǎn)生蒸汽，干熄每噸焦炭可產(chǎn)生420 kg～450 kg 的中壓蒸汽，此部分蒸汽可繼續(xù)進行回收利用；其次，干熄每噸焦炭可節(jié)省0.5 t 左右水資源；另外，焦炭在干熄爐的預(yù)存室里有一個再煉焦的過程，可提高焦炭質(zhì)量，也避免了濕熄焦過程中有害物質(zhì)的排放對大氣造成的污染和對設(shè)備的腐蝕。

4.2 煙道氣余熱回收

該工藝有別于一般余熱鍋爐，系統(tǒng)的核心部件采用熱管作為傳熱元件，整個汽水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)獨立存在于熱流體煙道以外；設(shè)備中熱管元件間相互獨立，熱流體與蒸汽發(fā)生區(qū)雙重隔離互不影響；工藝設(shè)計根據(jù)煙氣特點，采用鎳基釬焊翅片，防止低溫下酸點的腐蝕；且此工藝操作簡單、維修方便、故障率低、效率高。

4.3 上升管余熱回收

上升管裝置滿足干燒條件，即使在換熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，對焦化生產(chǎn)工藝不會產(chǎn)生影響；且不影響集氣管操作，不會因循環(huán)氨水量減少而造成集氣管堵塞事故；同時因為上升管采用特殊結(jié)構(gòu)，在荒煤氣溫度最低的時候也能確保上升管換熱壁溫高于露點溫度，從而換熱壁面不會出現(xiàn)焦油粘接堵塞現(xiàn)象，上升管煤氣導出暢通，不會影響焦爐正常生產(chǎn)；最后，荒煤氣高溫段在結(jié)焦中后期，不會對荒煤氣成分造成影響。

5 市場分析及對山西產(chǎn)業(yè)的帶動性

5.1 干熄焦經(jīng)濟效益分析

以一套80 t/h 的干熄焦為例，年處理焦炭約62萬t，年產(chǎn)汽約40 萬t（根據(jù)系統(tǒng)負荷數(shù)據(jù)會有所偏差）?？鄢杀炯案上ń棺陨淼哪茉磩恿Φ认耐?，每年可實現(xiàn)直接經(jīng)濟效益約為1 300 萬元。

5.2 煙道氣余熱回收

本項目動態(tài)效益分析方面，按產(chǎn)蒸汽計算，每年可收回投資700 余萬元，扣除運行成本（250 萬元考慮設(shè)備折舊，因工藝和設(shè)備差異，運行成本會有所浮動）年可收益450 萬元左右。節(jié)能減排方面，本項目中產(chǎn)生的蒸汽可供生活取暖，按照北方冬季供暖時間3 000 h/a 計算，每年可節(jié)約標煤量約3 000 t，不僅減少了顆粒物和酸性氣體的排放，也大大減少了水蒸氣、二氧化碳等溫室氣體的排放，符合國家節(jié)能減排政策，環(huán)保節(jié)能效益突出。

5.3 荒煤氣余熱回收

首先，本項目由于從荒煤氣中提取了大于25%的熱量，導致煤氣初冷器熱負荷也降低，因此循環(huán)水系統(tǒng)的電力消耗大大降低，初步估算100 萬t 焦化每年減少用電約60 萬kW·h；其次，此項目如果生產(chǎn)的蒸汽用于脫苯富油加熱，每年節(jié)省500 萬m3煤氣，節(jié)約的煤氣可用于發(fā)電、化工等行業(yè)；最后，按照每噸焦炭能生產(chǎn)110 kg 蒸汽計算，100 萬t 焦化每年生產(chǎn)蒸汽11 萬t，年效益可觀。

6 結(jié)語

從上述余熱利用項目可以看出，余熱利用項目不僅可實現(xiàn)節(jié)能降耗，還可以帶動企業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟提升，同時能夠減排大量的煙塵和氮氧化物等，在環(huán)保要求只會越來越嚴的當下，應(yīng)該大力提倡上述節(jié)能減排項目。