利用有機朗肯循環發電機回收荒煤氣余熱的初步想法

2014-12-02 04:23:30賴良軍

四川冶金 2014年5期

賴良軍

(四川省川威集團有限公司，四川成都610100)

1 引言

焦爐煉焦生產過程中產生大量的余熱，其中荒煤氣帶走的余熱占到了總余熱的36%，荒煤氣中成分復雜并且含大量焦油，在生產過程中每個孔道的荒煤氣量及其溫度波動大，因此荒煤氣的余熱回收難度很大，各種回收方案都在探討和實驗之中，本文以有機朗肯循環螺桿發電機組利用初冷器中荒煤氣的高溫部分余熱進行探討。

2 荒煤氣余熱回收利用的必要性

焦炭生產過程中，配合煤在焦爐中被隔絕空氣加熱干餾，生成焦炭的同時產生大量的荒煤氣。從煉焦生產過程熱平衡分布看，從焦爐炭化室推出的950℃ ～1 050℃紅焦帶出的顯熱(高溫余熱)占焦爐支出熱的37%，650℃ ～750℃焦爐荒煤氣帶出熱(中溫余熱)占焦爐支出熱的36%，180℃ ～230℃焦爐煙道廢氣帶出熱(低溫余熱)占焦爐支出熱的16%，爐體表面熱損失(低溫余熱)占焦爐支出熱的11%。

煉焦荒煤氣余熱回收利用的經濟效益顯著。理論及測試數據表明，每生產1t紅焦的高溫荒煤氣余熱回收后至少能產生0.1t0.6MPa蒸汽，節能潛力巨大。

3 我國煉焦荒煤氣余熱回收利用的現狀

早在上世紀70年代，首鋼、太鋼采用夾套上升管，夾套內冷卻水吸收荒煤氣所攜帶的熱量而汽化，產生蒸汽。

在總結水套上升管教訓的基礎上，濟鋼把冷卻水換成了導熱油回收荒煤氣余熱。

梅山鋼鐵公司煉焦廠采用熱管回收荒煤氣余熱產生蒸汽。

中冶焦耐工程公司設計的冷卻流程，使脫硫貧液與高溫荒煤氣間接換熱，脫硫貧液換熱后通過閃蒸裝置產生蒸汽。

此外，我國焦化工作者還設計了用鍋爐回收荒煤氣帶出熱的方案，半導體溫差發電技術回收荒煤氣余熱等。

雖然上述煉焦荒煤氣余熱回收利用技術在我國經歷了多年的研究歷程，但其材料、結構均不能很好滿足現場工況要求，效率低、壽命短，關鍵技術沒有突破，至今尚無成熟、可靠、穩定的大工業化應用實例。

4 利用有機朗肯循環發電機回收荒煤氣余熱方案

目前對荒煤氣的處理采用的工藝為:從焦爐炭化室經上升管逸出的荒煤氣(也稱為粗煤氣)溫度為650～750℃，首先經橋管進入集氣管，被噴灑的循環氨水冷卻到80～85℃，然后經初冷器將煤氣溫度降至21～22℃。

其中在集氣管中煤氣溫度從650～750℃降為80～85℃，煤氣熱量并未被帶走，只是將高溫熱能變為了低溫熱能，煤氣的熱能轉換為水汽的熱能，80～85℃的荒煤氣幾乎被水汽所飽和。可見進入初冷器的80～85℃的荒煤氣具有大量的熱量，并且熱量主要存于煤氣中處于飽和狀態的水蒸汽中，尤其是處于70℃ ～85℃狀態的荒煤氣。經計算，1Nm3焦爐煤氣由 82℃降到 75℃可釋放800kJ，凝結水蒸汽量335g。

有機朗肯循環發電機的工藝流程見圖1，利用有機介質的低沸點特性(35～65℃蒸發)，當余熱溫度大于介質蒸發溫度時，有機介質在蒸發器內汽化，相變為具有一定壓力的氣體，膨脹推動螺桿或透平機做功，螺桿機或透平機拖動發電機發電。做功后有機介質氣體的溫度和壓力下降，從螺桿機或透平機排出時為氣液兩相，經冷凝器冷凝為全液相，進入儲液槽，工質泵將液態工質泵入蒸發器，完成一個做功循環。

熱水、低壓飽和蒸汽、熱物液、煙氣等經蒸發器流出，有機工質在蒸發器內汽化，當溫度達到70℃時，工質氣體壓力可達到1.0～1.5MPa，推動螺桿機旋轉拖動發電機發電。因此可利用有機朗肯循環發電機回收初冷器中焦化荒煤氣高溫部分(82～75℃或82～70℃)的熱量進行發電。