焦?fàn)t煙道廢氣余熱回收技術(shù)的應(yīng)用

崔耀鵬

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司焦化廠，河北涉縣056404）

焦?fàn)t煙道廢氣余熱回收技術(shù)的應(yīng)用

崔耀鵬

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司焦化廠，河北涉縣056404）

針對(duì)焦化廠蒸汽壓力低且供不應(yīng)求的問題，建設(shè)了焦?fàn)t煙道廢氣余熱回收系統(tǒng)。介紹了該工藝設(shè)備的特點(diǎn)及安裝調(diào)試過程。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能源的回收再利用，減輕了環(huán)境污染，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

焦?fàn)t；煙道；廢氣；余熱；回收；蒸汽；節(jié)能

1 引言

天鐵焦化廠現(xiàn)有2座JN60-6型焦?fàn)t，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t焦炭。焦?fàn)t在生產(chǎn)過程中，燃燒室的煤氣燃燒后產(chǎn)生的廢氣溫度高達(dá)240～280℃，該高溫廢氣通過機(jī)、焦兩側(cè)分煙道，再匯總到總煙道后利用煙囪自身的吸力直接向大氣排放，該部分熱量被浪費(fèi)掉，既造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，又污染了廠區(qū)環(huán)境。因此，天鐵集團(tuán)焦化廠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，在1#焦?fàn)t南側(cè)投建一套與之相配套的煙道氣余熱回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是利用熱管蒸發(fā)器和熱管省煤器吸收廢煙氣中的余熱，產(chǎn)出0.6 MPa飽和蒸汽，并將蒸汽并入焦化廠內(nèi)網(wǎng)供生產(chǎn)生活使用。本系統(tǒng)于2014年1月24日投入運(yùn)行，投用后運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，既實(shí)現(xiàn)了有效利用能源、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染的目的，同時(shí)也緩解了蒸汽用量日益增大、日趨緊張的局面。

2 主要技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)煙氣量：900 000 Nm3/h；入口煙氣溫度：240～280℃；出口煙氣溫度：165℃；蒸汽產(chǎn)出壓力：0.6 MPa；蒸汽產(chǎn)出溫度：165℃；蒸汽產(chǎn)量：3.5～6 t/ h；煙氣含塵量：＜20 mg/m3。

3 工藝流程簡(jiǎn)介

3.1 煙氣流程

機(jī)焦側(cè)排出的240～280℃廢煙氣，通過機(jī)焦側(cè)重新鋪設(shè)的鋼制煙氣管道匯合后，首先進(jìn)入熱管蒸發(fā)器，采用逆流換熱的方式與軟水一次換熱，煙氣出口溫度降至186℃左右；然后進(jìn)入熱管省煤器與軟水二次換熱，預(yù)熱軟水，出口煙氣溫度降至179℃左右，再進(jìn)入除氧蒸發(fā)器與軟水三次換熱，出口煙氣溫度降至165℃左右，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)至煙囪排空。

3.2 蒸汽、水流程

來自動(dòng)力廠的軟水首先進(jìn)入除氧器除氧，除氧水再進(jìn)入熱管省煤器預(yù)熱，預(yù)熱到一定溫度后進(jìn)入汽包，除氧水通過下降管進(jìn)入中溫預(yù)熱熱管蒸汽發(fā)生器，水吸收熱量后變成飽和水，飽和水再由上升管進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)進(jìn)行水、汽分離，產(chǎn)出0.6 MPa飽和蒸汽輸送至廠內(nèi)蒸汽總管并網(wǎng)，具體見圖1。

4 主要設(shè)備及其工作原理

4.1 主要設(shè)備

本余熱回收系統(tǒng)主要設(shè)備包括熱管蒸發(fā)器、熱管省煤器、除氧蒸發(fā)器、汽包、除氧器等。

圖1 煙道廢氣余熱回收系統(tǒng)流程圖

4.2 工作原理

4.2.1 熱管蒸發(fā)器工作原理

熱管蒸發(fā)器是由若干根垂直排列的熱管元件組合而成。它的工作原理及基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。熱流體的熱量由翅片熱管傳給吸熱端水套管內(nèi)的水，水吸收熱量，使熱流體降溫，使套管內(nèi)的水由欠飽和態(tài)達(dá)到相應(yīng)壓力下的飽和態(tài)，再進(jìn)入汽包內(nèi)參與自然循環(huán)，使熱流體降溫，達(dá)到預(yù)期的效果。

圖2 熱管蒸發(fā)器工作原理

4.2.2 熱管省煤器工作原理

熱管省煤器是由若干根特殊的熱管元件按照一定順序組合而成，熱流體的熱量由翅片熱管傳給吸熱水套管內(nèi)的水，水吸收熱量使熱流體降溫，使套管內(nèi)的水由104℃達(dá)到設(shè)計(jì)的溫度，再進(jìn)入汽包內(nèi)。

4.2.3 除氧蒸發(fā)器工作原理

熱流體的熱量由翅片熱管傳給吸熱水套管內(nèi)的水，水吸收熱量，使熱流體降溫，使套管內(nèi)的水由20℃達(dá)到設(shè)計(jì)的溫度，再進(jìn)入除氧器內(nèi)。

4.2.4 汽包工作原理

汽包中間設(shè)置汽水分離板，水在汽包內(nèi)經(jīng)汽水分離板分離水和蒸汽，通過送氣口送入蒸汽管網(wǎng)。另外，在汽包上設(shè)置安全閥，蒸汽超出汽包設(shè)計(jì)壓力后，安全閥自然彈開，排出多余蒸汽，壓力下降后，關(guān)掉安全閥即可。對(duì)于其余2個(gè)排空口，當(dāng)蒸汽用不完時(shí)，可由排空口排出壓力，2個(gè)壓力表口專門測(cè)量汽包內(nèi)蒸汽壓力。液位計(jì)測(cè)量汽包內(nèi)水位，水位低時(shí)及時(shí)補(bǔ)充除氧水到汽包。排污口可以排出汽包內(nèi)的污水。

4.2.5 除氧器工作原理

凝結(jié)水及補(bǔ)充水首先進(jìn)入除氧頭內(nèi)旋膜器組水室，在一定的水位差壓下從膜管的小孔斜旋噴向內(nèi)孔，形成射流，由于內(nèi)孔充滿了上升的加熱蒸汽，水在射流運(yùn)動(dòng)中便將大量的加熱蒸汽吸卷進(jìn)來；在極短時(shí)間內(nèi)很小的行程上產(chǎn)生劇烈的混合加熱作用，水溫大幅度提高，而旋轉(zhuǎn)的水沿著膜管內(nèi)孔壁繼續(xù)下旋，形成一層翻滾的水膜裙，此時(shí)紊流狀態(tài)的水傳熱傳質(zhì)效果最理想，水溫達(dá)到飽和溫度。氧氣即被分離出來，因氧氣在內(nèi)孔內(nèi)無法隨意擴(kuò)散，只能隨上升的蒸氣從排汽管排向大氣。

5 設(shè)備的安裝與調(diào)試

在確定好的位置上預(yù)制基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸按供貨商提供的圖紙尺寸進(jìn)行。基礎(chǔ)厚度按當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件來確定（一般情況下，厚度在150～200 mm左右）。

將熱管蒸發(fā)器吊裝在基礎(chǔ)上，并找平。水平誤差不大于50 mm（低點(diǎn)在有排污口處），將每臺(tái)蒸發(fā)器焊接連接在一起，最低端省煤器只把最前邊和基礎(chǔ)焊接，其它部位不進(jìn)行焊接，給設(shè)備留下伸縮量。

制作汽包的支架平臺(tái)，就位汽包，設(shè)備爬梯。

連接汽包和蒸發(fā)器的上升管和下降管路，連接水泵到省煤器的水管路，連接軟水箱到水泵的水管路，連接整套系統(tǒng)的排污管路至定期排污器、連續(xù)排污器。

就位設(shè)備鋼架，設(shè)備水管路。

連接蒸發(fā)器到焦?fàn)t原煙道的煙氣管道，就位余熱回收裝置煙道閘板閥，連接余熱回收裝置出口煙氣管道至焦?fàn)t煙囪，就位余熱回收裝置出口煙道閘板閥。

在汽包上安裝各種閥門，安全閥和放空閥的閥口的朝向，設(shè)置在操作區(qū)的上面。

安裝水位計(jì)。水位計(jì)在安裝前應(yīng)清洗，做到明亮、清晰、暢通。

各種管線閥門安裝結(jié)束，進(jìn)行水壓檢驗(yàn)。在打壓前，應(yīng)進(jìn)行清洗，保證無雜物和污物。水壓打到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，保壓30 min，檢查各處是否有泄漏點(diǎn)。無泄漏點(diǎn)后，降壓到工作壓力，在此壓力下，保壓4 h，在保壓時(shí)間，壓力下降不到一個(gè)壓力即可泄壓，打壓結(jié)束，放水。然后按要求加注軟水至水位計(jì)1/2～2/3之間。

在一切都正常的情況下，按如下步驟進(jìn)行操作：將軟水打入軟水箱，再給清水泵，清水泵打入除氧蒸發(fā)器，加熱后的水進(jìn)入除氧器，和蒸汽混合達(dá)到除氧溫度，除后的除氧水經(jīng)過給水泵，將水打入省煤器，汽包、整套蒸發(fā)段全部注入除氧水后，觀察汽包液位到達(dá)1/2～2/3之間后，打開余熱回收裝置尾部煙道閥，再逐漸打開余熱回收裝置煙氣進(jìn)口煙道閥，最后逐漸關(guān)閉主煙道閘板閥，將高溫?zé)煔庵饾u引入余熱回收裝置系統(tǒng)內(nèi)。使煙氣從熱管蒸發(fā)器中通過，將煙氣中的熱量被換熱器內(nèi)管束吸收，管束依靠相變傳熱原理加熱汽包中的軟水，使之蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，供生產(chǎn)、生活使用。

6 系統(tǒng)特點(diǎn)

本套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，節(jié)省空間；水泵設(shè)置就地、遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制運(yùn)行由PLC控制完成，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)穩(wěn)定控制；對(duì)水泵及變頻器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，具備連鎖保護(hù)、故障報(bào)警及響應(yīng)功能；熱管蒸發(fā)器和熱管省煤器內(nèi)全部采用鎳基釬焊翅片熱管及鎳基釬焊焊接技術(shù)，導(dǎo)熱性好，耐腐蝕性強(qiáng)；系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、維修方便，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無人值守，自動(dòng)化程度高；系統(tǒng)能耗低，運(yùn)行成本低，且無二次污染。

7 結(jié)語

該項(xiàng)目成功投用后，每小時(shí)可生產(chǎn)0.6 MPa飽和蒸汽4.5 t（以結(jié)焦時(shí)間23 h標(biāo)準(zhǔn)），按每年可運(yùn)行360天計(jì)算，每年可產(chǎn)蒸汽38 880 t，折標(biāo)煤3 612 t，節(jié)約資金428萬元，不僅創(chuàng)造了顯著的直接經(jīng)濟(jì)效益，而且具有明顯的間接效益，即實(shí)現(xiàn)了能源的回收再利用，減輕了環(huán)境污染，緩解了焦化廠蒸汽壓力低、供不應(yīng)求的緊張局面，為焦化廠各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提升奠定了基礎(chǔ)。

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刊號(hào)ISSN 1006-110X CN 12-1200/TF

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Application of Waste Heat Recovery Technique of Coke Oven Flue Waste Gas

CUI Yao-peng
(Coking Plant,Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.,Ltd.,She County,Hebei Province 056404,China)

In order to address the problems of low steam pressure and that steam supply cannot meet the demand,the waste heat recovery system of flue waste gas is constructed at the coke oven of coking plant.The characteristics and installation and commissioning process of process equipment are described.Practical application shows the system realizes energy recovery and reutilization,reduces pollution to the environment and creates prominent economic benefit.

coke oven;flue;waste gas;waste heat;recovery;steam;energy saving

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.06.021

2014-06-12

2014-07-05

崔耀鵬（1970—），男，工程師，主要從事煉焦技術(shù)管理工作。