焦爐上升管余熱回收系統改造實踐

姚一彤 董少英

摘 要：通過新建上升管系統和導熱油系統，改造負壓脫苯和蒸氨系統，有效回收焦爐上升管余熱，作為脫苯、熔硫、蒸氨的熱源，替代脫苯管式爐、再生管式爐，對于提升焦化綠色清潔生產、節能減排及能量高效階梯利用具有關鍵指導意義。

關鍵詞： 焦爐;導熱油;余熱回收;上升管

引言：

焦化企業伴隨焦爐生產會產生大量熱源，其化產回收系統同樣也需要大量熱能。由于荒煤氣性質復雜，含有多種氣體成分和雜質，同時受煉焦安全性影響，大部分企業還沒有對荒煤氣的熱量進行回收利用。如何形成一種高效、可靠、安全的余熱回收技術，對于提升焦化綠色清潔生產、節能減排及能量高效階梯利用具有關鍵指導意義。唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司經過前期大量的分析與調研，決定采用耐高溫導熱油為熱載體的能源介質供化產回收系統形成余熱供能體系。本文主要分析了該上升管余熱回收系統的技術方案、實施過程及創新點等。

1? 技術方案及實施過程

1.1? 總體技術方案

I期和II期焦爐上升管余熱均回收導熱油，回收上升管余熱后導熱油集中后，再分配給I期負壓脫苯、II期負壓脫苯、I期蒸氨和II期蒸氨系統使用。同時考慮備用導熱油加熱爐、備用過熱蒸汽加入等輔助補充熱量措施以及蒸汽發生器等補充移熱手段。項目實施共包括四個主要內容：新建上升管系統、導熱油系統及負壓脫苯改造、蒸氨改造。

1.2? 實施內容

通過實施6根上升管余熱小試，工業試驗測定系統參數，依據小試數據計算熱量平衡，驗證系統安全性和可行性。結合設計廠家，完成系統優化及能量高效階梯利用設計，形成施工方案。完成1期上升管和導熱油系統建設和投產，余熱利用效果顯著，達到預期目的;實現系統穩定運行與回收用熱單元的匹配，降低循環氨水用量、實現蒸氨、粗苯尾氣零排放。

1.2.1? 新建上升管系統

新建上升管分I期和II期兩個系統，I期2座焦爐130個上升管分組并聯布置，每6個上升管為一組（DN100），共22組。II期2座焦爐120個上升管分組并聯布置，每6個上升管為一組（DN100），共20組。導熱油總管DN400由循環泵出口總管到焦爐機側管廊架，分別接DN300導熱油管到焦爐間臺，沿上升管內側設連接支架上下布置進出導熱油管道，爐端臺設置連通閥，回油管道布置與進油管道相同，導熱油放空管道DN100布置在上升管外側，沿爐頭到放空槽。每組上升管的導熱油進出集合管上設置遠傳壓力和溫度儀表，在進出導熱油總管上設置遠傳流量表，在進油集合管上還設置了兩個安全閥，在超壓情況下導熱油通過安全閥排泄到儲油槽中。上升管荒煤氣的余熱回收介質采用耐高溫導熱（240 ℃）。導熱油通過循環泵打入上升管，被高溫煤氣加熱后進入負壓脫苯、蒸氨系統。

1.2.2? 新建導熱油系統

考慮導熱油系統到I期1#和2#焦爐、到II期3#和4#焦爐距離盡可能均等的原則，占用負壓脫苯裝置東側雨水收集池和事故水收集池的位置（在焦爐中間，導熱油來去管道距離相對較短）建立集中儲油槽和泵送系統。

從1#、2#、3#和4#焦爐上升管返回的240℃導熱油送入熱油集油總管匯合，然后通過閥門調節，根據脫苯、蒸氨不同的熱負荷情況，調節導熱油流量大小。經過脫苯、蒸氨使用后的導熱油再匯入乏油總管，由泵再送往焦爐上升管加熱。

1.2.3? 負壓脫苯系統改造方案

負壓脫苯改造內容具體為將脫苯塔和再生塔的管式爐取消，新建導熱油富油加熱器和貧油加熱器，新建再生渣油加熱器。脫苯塔貧油加熱器和再生塔渣油加熱器均采用強制循環式，同時再生工藝改為真空再生工藝。

1.2.4? 蒸氨系統改造

目前蒸氨系統已采用導熱油加熱，如蒸氨工藝不變，改用回收上升管導熱油后，直接將來自焦爐上升管的導熱油接入蒸氨再沸器即可，其他設備均可利舊。同時預留備用蒸汽直接和間接換熱的位置及接口，設置正常的 導熱油、間接蒸汽、直接蒸汽加熱方式。

2? 運行與優化

2.1統籌換熱性能優化與指標可控

在一個完整的干餾周期內，焦爐上升管煤氣入口溫度和出口溫度基本呈同步變化，隨裝煤最低溫度 815.2 K 上升到焦炭成熟時最高溫度1074.5 K，然后開始推焦，溫度又持續降低。上升管螺旋管中導熱油的入口溫度由于受到整個導熱油系統的影響，有一定的波動，進出口溫差除了推焦階段有明顯變小以外（約65 K），基本溫差都維持在（ 288.1—291.3 K） 。上述結果表明，在一個結焦周期內，上升管煤氣進出口平均溫度分別為 1001.1 K和 875.2 K，基本可以排除焦爐煤氣中焦油析出掛結的可能性。導熱油出口平均溫度達到 520.2 K，可以滿足脫苯裝置的溫度要求。

2.2? 以導熱油為熱源上升管余熱回收鼓冷工藝應用

實施以導熱油為換熱介質的焦爐上升管余熱回收技術攻關，降低了煤氣溫度減少了、降低了循環氨水噴灑量，荒煤氣溫度降低4.1 ℃、初冷器阻力平均1080 Pa。

2.3? 以導熱油為熱源上升管余熱回收脫苯工藝應用

實施以導熱油為換熱介質的焦爐上升管余熱回收技術攻關，替代了脫苯塔管式爐、再生管式爐加熱，避免了局部加熱及煤氣壓力波動帶來的塔底溫度波動，脫苯塔塔底溫度運行更加平穩、循環洗油指標在保持穩定條件下噸苯洗油消耗降低3.2 kg，脫苯塔塔底溫度范圍為226-230 ℃，整體保持穩定，由于導熱油溫度可控波動范圍小，保證了脫苯塔塔頂循環洗油熱源供給穩定、可控。

3? 效益分析

3.1? 直接經濟效益

實施以導熱油為換熱介質的焦爐上升管余熱回收技術攻關后，單個上升管高溫荒煤氣經余熱回收（730 ℃-550 ℃），可回收熱量71077 kcal/h。共計可從焦爐上升管取出熱量8366600 kcal/h，相當于14 t/h蒸汽。年回收熱量年回收熱量：按標煤7000 kcal/千克標煤折算，節能10470噸標煤/年。按回收熱量相當于14 t/h蒸汽，蒸汽180元/噸計算，年節約支出為：2520萬元。

3.2? 社會效益

研究了以穩定性可靠、傳熱效率利用率高的導熱油為介質的上升管余熱利用方案論證、實驗小試、工業應用，為焦化綠色清潔生產及高效階梯能源利用模式探索了新思路，擯棄了連續多年的，全年減排廢氣1.14億m?。

4? 關鍵技術與創新點

開發了導熱油介質高效換熱上升管，可實現煤氣與導熱油的高效換熱。利用分組匹配設計和氮氣運行保護技術，能夠在維修及事故處理狀態下和開車時的惰性保護，并避免干燒狀態使內筒出現高壁溫、油溫急劇升高和氣化導致的壓力驟升及導熱油品質嚴重惡化及結焦，且具有運行溫度和壓力穩定及調節和檢修的便捷性特點。

以6根上升管工藝實際工況為數據，模擬仿真并建立了導熱油上升管熱量匹配數據組模型，為指導大規模工業應用及調整提供了數據支撐。

實施了高效階梯、余熱導熱油工業應用，替代了傳統導熱油爐、管式爐，循環氨水用量降低240 m3/h，實現蒸氨、粗苯零尾氣排放，年節能標準煤10470噸。

5? 結語

實施以導熱油為換熱介質的焦爐上升管余熱回收，大幅提高了焦化流程系統能效回收、而且對降低污? 染物排放、工藝過程智能化改進、對降低生產運行成本發揮積極有效的推動作用，為焦化綠色清潔生產及高效階梯能源利用模式探索了新思路。

（唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司，河北 唐山 063700）