焦?fàn)t煙道氣余熱回收利用

申孝國

（山東科泰能源科技有限公司，山東濟(jì)南 250101）

節(jié)能減排

焦?fàn)t煙道氣余熱回收利用

申孝國

（山東科泰能源科技有限公司，山東濟(jì)南 250101）

通過分析煙氣成分、改造原有煙道系統(tǒng)，采用熱管+水管組合式余熱鍋爐，具體熱力流程為熱管省煤器+水管蒸發(fā)器，進(jìn)行焦?fàn)t煙道氣余熱回收利用，減少了溫室氣體和酸性氣體的排放，年產(chǎn)生蒸汽約9.6萬t，收益約1 152萬元，每年節(jié)約標(biāo)煤約9 300 t。

焦?fàn)t；煙道氣；余熱利用；回收

1 前言

焦?fàn)t加熱用的焦?fàn)t煤氣由外部管道架空引入。焦?fàn)t煤氣經(jīng)預(yù)熱后送到焦?fàn)t地下室，通過下噴管把煤氣送入燃燒室立火道底部與由廢氣交換開閉器進(jìn)入的空氣匯合燃燒。燃燒后的廢氣經(jīng)過立火道頂部跨越孔進(jìn)入下降氣流的立火道，再經(jīng)蓄熱室，又經(jīng)格子磚把廢氣的部分顯熱回收后，經(jīng)過小煙道、廢氣交換開閉器、分煙道、總煙道、煙囪排入大氣。廢煙氣溫度可達(dá)到260～290℃，若直接排入大氣，即會(huì)造成能源浪費(fèi)且污染環(huán)境。為此，采用成熟的余熱回收技術(shù)對(duì)焦?fàn)t產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行余熱回收利用［1］。

2 煙道氣余熱回收工藝

以100萬t焦?fàn)t為例，焦?fàn)t廢煙氣溫度260～290℃，流量165 000 Nm3/h，壓力-500 Pa；排煙溫度160℃，蒸汽壓力0.8 MPa，飽和蒸汽溫度。該煙道廢氣為焦?fàn)t煤氣燃燒產(chǎn)物，對(duì)空氣完成預(yù)熱后，自焦?fàn)t的蓄熱室排出，其基本成分為CO26.36%，H2O 20.27%，O23.65%，N269.2%。焦?fàn)t加熱燃燒的焦?fàn)t煤氣一般經(jīng)過凈化處理，其中的H2S含量通常控制在≤200 mg/Nm3，燃燒產(chǎn)物中含有SO2，加之煙氣中水蒸氣含量較高，應(yīng)考慮酸露點(diǎn)的影響，且需防止產(chǎn)生危害。經(jīng)計(jì)算，煙氣酸露點(diǎn)約為98.5℃。

本著合理、先進(jìn)、適用、經(jīng)濟(jì)、可靠的原則，優(yōu)化工藝流程和布置，采用先進(jìn)可靠的工藝技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)。

2.1 工藝布置

本技術(shù)工藝需對(duì)原有煙道系統(tǒng)進(jìn)行改造，在地下主煙道翻板閥前開孔，將主煙道熱煙氣從地下主煙道引出，經(jīng)余熱回收系統(tǒng)換熱降溫后，將熱煙氣降至約160℃，經(jīng)鍋爐引風(fēng)機(jī)再排入主煙道翻板閥后的煙氣總煙道，經(jīng)煙囪排空。工藝布置見圖1。

圖1 焦?fàn)t煙道氣工藝布置

1）余熱鍋爐煙氣進(jìn)口管道部分。在焦?fàn)t原有的地下煙道上，煙道閘板閥前面位置，開出1個(gè)煙道孔，將制作好的煙氣管道吊裝放置在開口處，用耐火澆注料澆注，保證密封。同時(shí)另一端和連接余熱鍋爐進(jìn)口的主煙氣管道進(jìn)行焊接。另外，在引出煙道上各安裝一臺(tái)電動(dòng)蝶閥，用來實(shí)現(xiàn)煙氣的切換。

2）余熱鍋爐出口煙氣管道部分。焦?fàn)t煙氣通過余熱鍋爐降溫后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入位于主煙道翻板閥后的煙氣總煙道內(nèi)，經(jīng)煙囪排空。引風(fēng)機(jī)入口設(shè)有風(fēng)門，引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，以調(diào)節(jié)煙氣流量，保證焦?fàn)t生產(chǎn)正常運(yùn)行。

2.2 余熱回收設(shè)備選用

針對(duì)煙氣低溫、潔凈、且蒸汽參數(shù)較低的特點(diǎn)，余熱回收設(shè)備可選用常規(guī)余熱鍋爐和熱管余熱鍋爐，二者皆有優(yōu)缺點(diǎn)。

為盡可能多回收煙氣余熱，鍋爐設(shè)計(jì)需采用階梯式余熱回收方式，即由鍋爐煙氣入口高溫段至鍋爐煙氣出口低溫段分別設(shè)置過熱器（如需要）、蒸發(fā)器、省煤器，以實(shí)現(xiàn)最大限度的能量回收，發(fā)揮鍋爐最大產(chǎn)汽能力。鍋爐受熱面腐蝕原因主要是受熱面管壁溫度低于煙氣酸露點(diǎn)溫度（一般不超過125℃），故設(shè)計(jì)時(shí)需嚴(yán)控管壁溫度在酸露點(diǎn)以上，以避開酸腐蝕溫度區(qū)［2］。蒸發(fā)器管壁溫度約等于飽和溫度，這與鍋爐產(chǎn)汽壓力息息相關(guān)，由于焦?fàn)t煙道氣鍋爐產(chǎn)汽壓力一般≥0.5 MPa（158.8℃），管壁溫度≥158.8℃，在酸露點(diǎn)以上，不會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)?shù)蜏貍?cè)（180℃左右）省煤器采用水管形式，由于水側(cè)傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氣側(cè)傳熱系數(shù)，故管壁溫度趨向于水側(cè)，此事管壁最低溫度一般不超過60℃，受熱面必然腐蝕，故不能采用水管式。為提高省煤管壁溫度，使之高于酸露點(diǎn)，需采用熱管形式。熱管是一種密閉容器，其基本組成為殼體、工作液，充入適量工作液后將殼體抽真空或煮真空，密閉殼體便構(gòu)成一支熱管。當(dāng)熱源對(duì)其一端供熱時(shí)，工作液自熱源吸收熱量而蒸發(fā)汽化，攜帶潛熱的蒸汽在壓差作用下，高速傳輸至殼體的另一端，向冷源放出潛熱而凝結(jié)，凝結(jié)液在重力作用下從冷源端回流至熱源端，以保持連續(xù)的工作循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。

經(jīng)論證，本技術(shù)采用熱管+水管組合式余熱鍋爐，具體熱力流程為：熱管省煤器+水管蒸發(fā)器。

每臺(tái)鍋爐輔機(jī)配置如下：除氧器1臺(tái)，除氧器給水泵2臺(tái)，鍋爐給水泵2臺(tái)，磷酸鹽加藥裝置1套，汽水取樣裝置1套，軟化水箱1套，均布置于鍋爐副跨內(nèi)；引風(fēng)機(jī)1臺(tái)，室外布置于鍋爐附近。熱管余熱鍋爐為國內(nèi)成熟產(chǎn)品，完全國產(chǎn)化。余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)合理、配置科學(xué)、適應(yīng)過程特性、兼顧運(yùn)行要求，已經(jīng)成為系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)穩(wěn)定、運(yùn)行靈活、可靠。

2.3 余熱回收系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)由軟化水處理裝置、除氧器、水箱、除氧給水泵、鍋爐給水泵、中溫?zé)峁苷魵獍l(fā)生器、軟水預(yù)熱器、低溫?zé)峁苷魵獍l(fā)生器、汽包、上升管、下降管、外連管路和控制儀表、鍋爐引風(fēng)機(jī)等組成，并且互相獨(dú)立。

2.4 汽水流程優(yōu)化

軟化水經(jīng)過除氧器給水泵進(jìn)入除氧器除氧，除氧水由給水泵輸入熱管省煤器預(yù)熱到后進(jìn)入汽包，水通過下降管進(jìn)入中溫?zé)峁苷羝l(fā)生器，水吸收熱量變成飽和水，飽和水再經(jīng)上升管進(jìn)入汽包，在汽包里進(jìn)行水汽分離，形成0.8 MPa的飽和蒸汽，送至廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)供生產(chǎn)使用。蒸汽參數(shù)為：載熱體流量165 000 Nm3/h，載熱體溫度290℃，蒸汽壓力0.8 MPa，飽和蒸汽溫度，蒸汽流量12.0 t/h，給水溫度104℃，鍋爐排污率5%，鍋爐煙氣阻力≤600 Pa，鍋爐排煙溫度（160±5）℃。

3 結(jié)語

焦?fàn)t煙道氣余熱回收利用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，利用焦?fàn)t煙氣的余熱產(chǎn)生0.8 MPa的飽和蒸汽，年可外供蒸汽量為9.6萬t，可以實(shí)現(xiàn)銷售收入1 152萬元（蒸汽價(jià)格按照120元/t）；也可為溴化鋰蒸汽制冷和干熄焦循環(huán)系統(tǒng)提供蒸汽，還也可供生活取暖或熱電廠除氧器用；減少了溫室氣體和酸性氣體的排放，每年節(jié)約標(biāo)煤約9 300 t（按8 000 h計(jì)算），符合國家節(jié)能減排政策，環(huán)保節(jié)能效益顯著。

［1］陳懷斌.余熱利用與余熱鍋爐［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，1997（4）：20-21.

［2］仝慶居，王學(xué)敏.鍋爐煙氣余熱回收利用技術(shù)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（18）：71.

Recovery and Utilization on Coke Oven Flue Gas Waste Heat

SHEN Xiaoguo
（Shandong Ketai Energy Technology Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Through the analysis of flue gas composition,the original flue system was transformed.Using the heat recovery boiler that was combined heat pipe with water pipe,the specific thermal process was the heat pipe economizer plus water evaporator,the coke oven flue gas waste heat was recycled and utilized.The greenhouse gas and acid gas emissions were reduced.The annual production of the steam is about 96 000 t.The income was about 11.52 million Yuan and about 9 300 t of standard coal was saved every year.

coke oven;flue gas;waste heat utilization;recycling

X757

B

1004-4620（2017）01-0048-02

2016-08-05

申孝國，男，1986年生，2008年畢業(yè)于北京科技大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)。現(xiàn)為山東科泰能源科技有限公司設(shè)計(jì)經(jīng)理，助理工程師，從事工程設(shè)計(jì)工作。