焦?fàn)t煙道廢氣的余熱利用

李訓(xùn)明

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南 250101）

節(jié)能減排

焦?fàn)t煙道廢氣的余熱利用

李訓(xùn)明

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南 250101）

介紹了熱管技術(shù)、煤調(diào)濕、負(fù)壓蒸氨等煙道廢氣余熱利用技術(shù)，并通過(guò)對(duì)余熱回收效果進(jìn)行對(duì)比分析，指出獨(dú)立焦化企業(yè)采用焦?fàn)t煤氣加熱，宜采用熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽（或負(fù)壓蒸氨）；鋼鐵聯(lián)合企業(yè)采用高爐煤氣加熱，建議采用煤調(diào)濕技術(shù)。

焦?fàn)t煙道廢氣；余熱利用；熱管；煤調(diào)濕；負(fù)壓蒸氨

1 前言

焦?fàn)t煙道廢氣溫度為180～300℃，其帶出熱約占焦?fàn)t總輸出熱量的17%，目前大多數(shù)焦化廠將焦?fàn)t煙道廢氣通過(guò)煙囪放散至，造成極大的能源浪費(fèi)。在當(dāng)前提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的背景下，對(duì)焦?fàn)t煙道廢氣余熱進(jìn)行回收利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排意義。目前焦?fàn)t煙道廢氣余熱利用技術(shù)主要有熱管技術(shù)、煤調(diào)濕、負(fù)壓蒸氨、取暖和生產(chǎn)熱水洗浴等。

2 煙道廢氣余熱利用途徑

2.1 熱管技術(shù)

近幾年，用熱管余熱鍋爐回收焦?fàn)t煙道廢氣余熱生產(chǎn)蒸汽技術(shù)，因其投資省，見(jiàn)效快而快速發(fā)展。煙道廢熱余熱回收生產(chǎn)蒸汽的工藝原理：熱流體的熱量由熱管傳給放熱端水套管內(nèi)的水，并使其汽化，所產(chǎn)汽—水混合物經(jīng)蒸汽上升管達(dá)到汽包，經(jīng)集中分離后再經(jīng)蒸汽主控閥輸出。由于熱管不斷將熱量輸入水套管內(nèi)的水，并通過(guò)外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循環(huán)，達(dá)到將熱流體降溫，并轉(zhuǎn)化為蒸汽的目的。

焦?fàn)t煙道廢氣余熱生產(chǎn)蒸汽的工藝流程：在焦?fàn)t主煙道翻板閥前開(kāi)孔，將焦?fàn)t主煙道廢氣引出，經(jīng)調(diào)節(jié)型蝶閥入余熱回收系統(tǒng)，換熱降溫后約170℃的煙氣通過(guò)風(fēng)機(jī)抽送，再經(jīng)開(kāi)關(guān)型蝶閥排入主煙道翻板閥后的地下主煙道，最后經(jīng)焦?fàn)t煙囪排入大氣。鍋爐水被加熱后汽化，經(jīng)汽包并計(jì)量后并入蒸汽管網(wǎng)，供各生產(chǎn)車間使用。余熱回收系統(tǒng)由軟化水處理裝置、除氧器、水箱、除氧給水泵、鍋爐給水泵、熱管蒸汽發(fā)生器、軟水預(yù)熱器汽包、上升管、下降管等組成。其核心技術(shù)是熱管技術(shù)回收煙氣中的顯熱，將軟化水加熱成水蒸氣［1］，其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 熱管鍋爐回收煙道廢氣余熱工藝流程

焦?fàn)t煙道廢氣余熱回收生產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)是一項(xiàng)節(jié)能減排工程，產(chǎn)生的飽和蒸汽可并入焦化廠蒸汽管網(wǎng)，供低壓蒸汽用戶使用。

2.2 煤調(diào)濕

煤調(diào)濕是將煉焦煤在裝爐前除去一部分水分，保持裝爐煤水分穩(wěn)定在6%左右，然后裝爐煉焦。日本、俄羅斯等國(guó)家普遍使用，在我國(guó)煤調(diào)濕已成為焦化行業(yè)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)并積極推廣的技術(shù)。利用焦?fàn)t煙道廢氣煤調(diào)濕工藝不但可以節(jié)省能源，減少?gòu)U氣、廢水、廢熱的排放，而且可以提高裝爐煤堆密度及煉焦初期升溫速度、縮短結(jié)焦時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

目前，煤調(diào)濕裝置的熱源主要有導(dǎo)熱油、蒸汽和焦?fàn)t煙道廢氣等。相比較而言，以導(dǎo)熱油和蒸汽為熱源的煤調(diào)濕工藝存在設(shè)備繁瑣、運(yùn)行費(fèi)用高等問(wèn)題；以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源的煤調(diào)濕工藝可以利用廢氣余熱干燥入爐煤，熱效率高，節(jié)能效果好。目前以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源的煤調(diào)濕工藝主要有流化床式、風(fēng)動(dòng)選擇式和沸騰流化床式等。

2.2.1 流化床煤調(diào)濕

1996年10月日本在北海制鐵公司室蘭廠投產(chǎn)了采用焦?fàn)t煙道廢氣對(duì)煤料干燥的流化床煤調(diào)濕裝置，其工藝流程為：將粉碎后的煤料由煤倉(cāng)送往流化床干燥機(jī)，從分布板進(jìn)入的焦?fàn)t煙道廢氣直接與煤料接觸，對(duì)煤料進(jìn)行干燥，調(diào)濕后的粗煤粒從干燥機(jī)排入螺旋輸送機(jī)，剩余的煤粉隨焦?fàn)t煙道廢氣進(jìn)入袋式除塵器，回收的煤粉通過(guò)螺旋輸送機(jī)送入皮帶機(jī)上，為抑制揚(yáng)塵，采用加濕機(jī)對(duì)干煤粉適當(dāng)加濕，使煤粉和粗煤粒一起經(jīng)皮帶機(jī)送到焦?fàn)t煤塔［2］，工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 流化床煤調(diào)濕工藝流程

流化床煤調(diào)濕的工藝特點(diǎn)：該裝置位于備煤車間粉碎機(jī)后，在流化床干燥機(jī)內(nèi)，利用布風(fēng)噴嘴噴出高速斜向氣流使煤料流化而移向出口；只干燥和脫粉，不分級(jí)［3］。

2.2.2 風(fēng)動(dòng)選擇煤調(diào)濕

2007年濟(jì)鋼投產(chǎn)了一套風(fēng)動(dòng)選擇煤調(diào)濕裝置。該裝置位于粉碎機(jī)前，具有風(fēng)選功能，首先將＜3mm合格粒度的煤料風(fēng)選出來(lái)，減輕粉碎機(jī)負(fù)荷；布袋除塵器濾出的煤粉，壓成型煤，入爐煉焦。其工藝流程：配合煤A經(jīng)布料器首先進(jìn)入風(fēng)選調(diào)濕器，焦?fàn)t煙道廢氣用鼓風(fēng)機(jī)在風(fēng)選調(diào)濕器的下部鼓入，在風(fēng)選調(diào)濕器的上方流動(dòng)的煤層建立沸騰層，輕質(zhì)顆粒、細(xì)顆粒被干燥分離成細(xì)顆粒煤流B直接進(jìn)入焦?fàn)t煤塔。而重質(zhì)顆粒、大顆粒被分離成粗顆粒煤流C，送入破碎機(jī)粉碎，在此粉碎的煤料D，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)站，在風(fēng)選調(diào)濕器入口前重新與配合煤初次煤流A合流后成煤料E，進(jìn)入風(fēng)選調(diào)濕器進(jìn)行再次調(diào)濕。其工藝流程圖如圖3所示。

圖3 風(fēng)動(dòng)選擇煤調(diào)濕工藝流程

風(fēng)動(dòng)選擇煤調(diào)濕工藝特點(diǎn):該裝置位于備煤車間粉碎機(jī)前，具備風(fēng)選功能，＜3mm的煤料直接送往煤塔，其中的大顆粒、重質(zhì)顆粒進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎后的煤再進(jìn)行風(fēng)選，形成閉路循環(huán)，裝爐煤中不存在大顆粒、重質(zhì)顆粒，水分降至6%～7%，不僅實(shí)現(xiàn)了入爐煤的風(fēng)動(dòng)選擇粉碎，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)入爐煤水分的調(diào)濕［4］；布袋除塵器濾出的煤粉，壓成型煤入爐煉焦。

2.2.3 振動(dòng)流化床煤調(diào)濕

中冶焦耐工程技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)了振動(dòng)流化床煤調(diào)濕裝置，該技術(shù)既可以用于入爐煤的煤調(diào)濕，也可以用于配合煤分級(jí)調(diào)濕。其工藝流程：煤料通過(guò)播灑裝置連續(xù)拋灑到振動(dòng)流化床分級(jí)干燥機(jī)上，在振動(dòng)力和高速氣流作用下，所有煤料處于劇烈運(yùn)動(dòng)中。＞3mm的大顆粒煤料送往粉碎機(jī)；中顆粒煤料從布風(fēng)板中心區(qū)隨氣流快速上升，沿兩側(cè)壁下滑回落或從低速處回落，如此循環(huán)幾次后，即可到達(dá)出料端；小顆粒隨氣流一起上升，隨氣流帶出，由除塵器收集［5］，工藝流程圖如圖4所示。

圖4 振動(dòng)流化床煤調(diào)濕工藝流程

振動(dòng)流化床煤調(diào)濕工藝特點(diǎn)：該煤調(diào)濕裝置位于粉碎機(jī)前，煤料在振動(dòng)流化床分級(jí)干燥機(jī)的床面上，在振動(dòng)力和高速氣流作用下，所有顆粒都處于劇烈運(yùn)動(dòng)中；不同顆粒有不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；細(xì)顆粒承受氣流床干燥，中顆粒承受內(nèi)循環(huán)流化床干燥，大顆粒承受振動(dòng)流化床干燥；分級(jí)效率高；對(duì)不同粒級(jí)煤粒干燥具有選擇性；＞3mm的調(diào)濕煤從干燥機(jī)排出后，送粉碎機(jī)粉碎。

2.2.4 煤調(diào)濕技術(shù)需注意的問(wèn)題

1）因調(diào)濕后煤料水分降低，運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵增加，因此必須加強(qiáng)皮帶、通廊等裝置嚴(yán)密性以及設(shè)置除塵設(shè)施。2）炭化室和上升管結(jié)石墨現(xiàn)象加重，必須設(shè)置除石墨設(shè)施，有效清除石墨，以免影響焦?fàn)t操作。3）調(diào)濕后煤粉混入煤氣凈化系統(tǒng)，焦油質(zhì)量下降。必須在初冷器前增設(shè)空噴塔對(duì)荒煤氣進(jìn)行洗滌，同時(shí)采用超級(jí)離心機(jī)對(duì)焦油進(jìn)行脫渣脫水，以確保焦油質(zhì)量。

2.3 負(fù)壓蒸氨

負(fù)壓蒸餾工藝技術(shù)為利用液體混合物中各組分揮發(fā)度不同以及液體沸點(diǎn)隨著壓力的降低而降低的原理，將液體混合物預(yù)熱到一定溫度后，送入負(fù)壓蒸餾塔內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓蒸餾，同時(shí)塔底加熱，從而將液體混合物各組份分離，該技術(shù)可以降低操作溫度、達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源的負(fù)壓蒸氨工藝流程：剩余氨水經(jīng)換熱器換熱后送入蒸氨塔進(jìn)行蒸餾，蒸氨塔頂氨汽經(jīng)分縮器、冷卻器冷卻后，冷卻氨水進(jìn)入回流槽，槽頂不凝汽在真空裝置吸力作用下，經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入吸煤氣管道中；槽底氨水用回流泵抽出，一部分送蒸氨塔頂回流，一部分作為產(chǎn)品氨水外送。蒸氨塔底蒸氨廢水進(jìn)入煙氣熱管換熱器循環(huán)加熱后返回蒸氨塔內(nèi)；另一部分蒸氨廢水與原料剩余氨水換熱降溫后送廢水處理裝置。其工藝流程圖如圖5所示。

圖5 煙道廢氣負(fù)壓蒸氨工藝流程圖

傳統(tǒng)的蒸氨方法是直接利用蒸汽來(lái)加熱的，冷凝后與塔底廢水一起排出，蒸氨工序不但沒(méi)有形成廢水減排，而且增加了蒸氨廢水，并消耗大量的蒸汽熱能，造成了能量的浪費(fèi)，也污染了環(huán)境。

負(fù)壓蒸氨技術(shù)的工藝原理與焦?fàn)t煙道廢氣熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽相同，都是是利用焦?fàn)t煙道廢氣的余熱，所不同的是負(fù)壓蒸氨技術(shù)直接使用熱管換熱器加熱蒸氨廢水［6］，而不生產(chǎn)蒸汽。在負(fù)壓條件下蒸氨，蒸氨塔塔頂壓力由原來(lái)的10 kPa降至-40 kPa左右，蒸餾溫度由105℃降至80℃左右。

3 余熱回收效益對(duì)比分析

由于焦?fàn)t加熱用煤氣種類的不同，焦?fàn)t煙道廢氣余熱利用的溫度差別很大，以年產(chǎn)120萬(wàn)t焦炭的焦?fàn)t煙道廢氣利用熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽（或負(fù)壓蒸氨）和煤調(diào)濕技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 余熱利用途徑效益對(duì)比

當(dāng)焦?fàn)t煙道廢氣余熱生產(chǎn)蒸汽（或負(fù)壓蒸氨）時(shí)，獨(dú)立焦化企業(yè)焦?fàn)t大多用焦?fàn)t煤氣加熱，煙道廢氣的進(jìn)口溫度較高，可以使用的廢氣溫差高，因此蒸汽產(chǎn)量高。而鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠大多用高爐煤氣加熱，煙道廢氣進(jìn)口溫度較低，蒸汽產(chǎn)量少。由表1可知，采用焦?fàn)t煤氣加熱的煙道廢氣蒸汽產(chǎn)量比高爐煤氣加熱的蒸汽產(chǎn)量多。

當(dāng)焦?fàn)t煙道廢氣用于煤調(diào)濕時(shí)，焦?fàn)t煤氣加熱因焦?fàn)t煤氣中含氫量高，因此煙道廢氣中水分含量高，將其作為煤調(diào)濕熱源時(shí)，不利于煤水分的蒸發(fā)，通常只能將入爐煤水分降低約2.5%。而采用高爐煤氣加熱時(shí)，高爐煤氣中含氫少，因此煙道廢氣中水分含量少，煙道廢氣可以滿足煤調(diào)濕熱量的需要，現(xiàn)通常將入爐煤水分由10%降低至6%。由表1可知，高爐煤氣加熱的煙道廢氣用于煤調(diào)濕比焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)可減少的煉焦耗熱量更多。

當(dāng)采用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，盡管煤調(diào)濕技術(shù)可以使用的煙道廢氣溫差更大，但由于煙道廢氣中水分含量高，并不利于煤的調(diào)濕。且煤調(diào)濕技術(shù)工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備復(fù)雜，相對(duì)熱損失高。因此，由表1可知，煙道廢氣采用熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽的經(jīng)濟(jì)效益比煤調(diào)濕技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益好。

當(dāng)采用高爐煤氣加熱時(shí)，煤調(diào)濕技術(shù)可以使用的廢氣溫差明顯比熱管技術(shù)的高，并且煤調(diào)濕技術(shù)有降低焦化廢水產(chǎn)生量、提高焦炭質(zhì)量和產(chǎn)量等其他經(jīng)濟(jì)效益。因此，由表1可知，煤調(diào)濕技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益明顯比熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽的經(jīng)濟(jì)效益好。

綜上所述，對(duì)于獨(dú)立焦化企業(yè)，由于采用焦?fàn)t煤氣加熱，因此不建議采用煤調(diào)濕技術(shù)，而宜采用煙道廢氣余熱熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽（或負(fù)壓蒸氨）。對(duì)于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，由于采用高爐煤氣加熱，因此建議采用煙道廢氣余熱煤調(diào)濕技術(shù)。

［1］張洪恩，畢雅梅，王水成.利用熱管技術(shù)回收焦?fàn)t煙道廢氣余熱［J］.科技信息，2013，22：401-402.

［2］李九林.煤調(diào)濕技術(shù)開(kāi)發(fā)及在焦化廠的應(yīng)用［J］.煤化工，2005，116：34-36.

［3］鄭文華，史正巖.焦化企業(yè)的主要節(jié)能減排措施［J］.山東冶金，2008，30（6）：17-21.

［4］張國(guó)慶，張瓊芳，劉勇剛.焦?fàn)t煙道氣廢氣—流化床式煤調(diào)濕技術(shù)的應(yīng)用［J］.燃料與化工，2010，41（6）：9-11.

［5］王維紅，劉慶達(dá)，劉承智.焦?fàn)t煙道氣煤調(diào)濕技術(shù)研發(fā)及推廣應(yīng)用［J］.燃料與化工，2013，44（5）：8-11.

［6］王登富，王利，姜愛(ài)國(guó)，等.焦?fàn)t煙道氣余熱負(fù)壓蒸氨成套裝置技術(shù)［J］.燃料與化工，2013，44（4）：45-48.

Utilization of Residual Heat fromFlueGasof CokeOven

LI Xunming
（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The paper describes utilization technology of residual heat from flue gas,such as heat pipe technology,coal moisture control, ammonia stripping under negative pressure etc.By comparing and analyzing for the effectiveness of residual heat recovery,we knew that using coke oven gas heating in independent coking enterprise should make use of heat pipe technology to produce steam(or ammonia stripping under negative pressure)and using blast furnace gas heating in iron and steel enterprise should make use of coal moisture controlling technology.

flue gas of coke oven;utilization of residual heat;heat pipe;coal moisture control;ammonia stripping under negative pressure

TQ520.6

B

1004-4620（2014）04-0050-03

2014-02-28

李訓(xùn)明，男，1979年生，2006年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，碩士。現(xiàn)為山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司工程師，從事焦化工藝設(shè)計(jì)工作。