焦爐荒煤氣余熱回收工藝應用

龍國清

首鋼水鋼鐵焦事業部 貴州六盤水 553028

1 工藝系統簡介

煉焦過程中熱平衡分布情況如表1 所示。

表1

1.1 上升管荒煤氣余熱利用工藝流程

由除鹽水站出口管道輸出壓力為0．4MPa 的除鹽水到余熱回收除鹽水箱的整個工藝流程，通過除鹽水進水電磁閥控制除鹽水箱的液位，通過除氧水泵恒壓供水，通過PID 控制進水調節閥調節除氧器液位。進行除氧加熱產生102 ～104℃的除氧水，經汽包給水泵輸送至汽包，通過PID 調節汽包進水調節閥保持設定水位（250mm），汽包通過強制循環泵向7．3m 焦爐上升管換熱裝置供水[1]。焦爐煉焦生產過程中，炭化室煤餅產生溫度為650 ～950℃的焦爐荒煤氣，焦爐荒煤氣通過裝置內壁傳熱給換熱器。換熱后，上升管換熱器出口的荒煤氣溫度為500 ～600℃，通過換熱器吸收熱量換熱產生的汽水混合物，通過汽水連接管道引至汽包，從汽包出來的飽和蒸汽并入低壓蒸汽管網，上升管荒煤氣余熱利用工藝流程如圖1 所示。

1.2 工藝設備組成

設備組成有荒煤氣顯熱回收利用裝置、汽水循環系統、蒸汽利用系統、檢測控制系統、輔助加藥除氧連排定排系統等，設計每年產生0．6 ～0．8MPa 飽和蒸汽22．1 萬t 左右，設計指標130kg 蒸汽/t 焦。工程配套的能源接點均就近接入。供電接點由焦化廠上一級變電站分別引來兩路獨立的380V 供電電源，且每路電源皆能承擔各區域100%的負荷；除鹽水來自除鹽水站，利用干熄焦附近的已有接點，在除鹽水站出口管道上附近接入；循環水接點是在干熄焦綜合管廊上利用已有接點就近接入；外送蒸汽是在干熄焦綜合管廊上利用已有接點，就近接入。上升管換熱器為焦爐頂部沿焦爐機側縱向布置，熱力系統與上升管換熱器之間的連接管道（上升管和下降管）布置于焦爐機側管廊的預留位置[2]。配電室間采用空調冷卻電氣設備，采用必要的封閉設施。電氣控制系統工程師站安裝在焦爐控制室內。

1.3 上升管顯熱回收利用裝置設計特點

上升管顯熱回收利用裝置分上升管換熱器及自動測溫系統兩部分。焦爐上升管荒煤氣顯熱回收裝置分為內壁、汽化裝置、外壁3部分，將焦爐原上升管更換為開發的上升管荒煤氣顯熱回收裝置后，焦爐荒煤氣通過裝置內壁換熱，產生的蒸汽集中至汽包。上升管換熱器結構如圖2 所示。

具有如下設計特點：（1）上升管換熱器共計100 個，分別布置在焦爐機側上升管位置，荒煤氣流向為下進上出，除氧水為下進上出，二者進行順流換熱。順流是為了控制壁溫，保證內部不低于焦油露點溫度[3]。（2）上升管換熱器采用并聯方式排列。（3）每臺上升管換熱器進水處設置自動控制閥門，自控閥門根據測量的立管內煤氣溫度進行PID 調節（溫度信號由業主方提供接入點）；出水口設置手動閥門，可以根據需要隨時進行換熱器切斷。（4）上升管換熱器保證其環保性、安全性、節能性，材料采用耐高溫性能的材料，具備耐熱防漏水、防結石墨及防掛焦油3 重功能。（5）自動測溫系統，是上升管余熱回收的重要組成部分，監控上升管的工作狀態，通過上升管的表面溫度的測量來判斷上升管是否缺水，保障上升管安全、平穩地運行，延長上升管的使用壽命。（6）系統設計對上升管換熱器的安全性具有可靠的保證性。①為防止由于布水不均勻導致上升管干燒情況的發生，系統管道采用梯級布置?？紤]到焦爐運行的情況，采取4 個上升管換熱器為一供水分管，3 個分管并為1 個支管，總管采用變徑的方法，有效保證每個上升管換熱器的進水量相對均勻，并在每個支管與總管連接處安裝閥門，保證特殊情況下可以停止單根或1組上升管的運行，不影響整個系統的運行。②通過強制循環泵、大流量低揚程、分段的管網布局，充分保證每個上升管換熱器的進水相對均勻。③考慮焦爐停電可能造成的換熱裝置斷水干燒，采用兩路電源自動切換供電。該新型上升管換熱器具有耐高溫性能，上升管連續干燒時間為1 個月以上，但考慮到上升管器干燒時間過長再進水，溫差比較大，影響上升管使用壽命，故干燒時間盡可能短[4]。

2 上升管余熱荒煤氣余熱回收建議

焦爐荒煤氣的余熱回收利用歷來都是焦爐能源回收利用的主要關注點，荒煤氣余熱利用技術是對于占焦爐支出熱的36%中的溫余熱進行利用的技術。目前焦化行業傳統的方法是噴灑大量70 ～75℃循環氨水，其在吸收荒煤氣熱量后蒸發，使荒煤氣溫度得以降低，但如此會造成荒煤氣的熱量白白浪費；而焦爐上升管余熱回收利用系統既通過與循環除氧水的熱交換達到了降低荒煤氣溫度的目的，又使除氧水換熱后轉換為蒸汽，使能源得到了充分的利用。回收蒸汽效果明顯，荒煤氣溫度下降明顯，上升管氨水噴灑大幅降低。作業環境明顯改善，上升管余熱回收系統的應用對改善爐頂作業環境起到至關重要的作用。不僅具有較好的經濟效益，而且具有較顯著的環境效益和社會效益。