焦爐上升管余熱回收系統的運行效果與實踐應用

李巖 鄭璇

南京華電節能環保設備有限公司 江蘇南京 210000

1 焦爐上升管余熱回收系統概述

上升管余熱回收系統是通過熱交換將荒煤氣降溫，且在此過程中可以形成1.6MPa-2.5MPa 飽和蒸汽、高溫水或過熱蒸汽，使余熱得到充分的利用。當前絕大多數焦化廠都以循環氨水進行降溫，但這卻不利于荒煤氣余熱的回收和利用，因此應用上升管余熱回收技術，以減少能耗。

2 焦爐上升管余熱回收系統的工藝組成

上升管余熱回收系統通過干熄焦的除氧水作為汽包給水，汽包中的水經循環泵輸送到上升管中換熱，生成汽水混合物將會送回汽包，再利用汽水分離器，產生1.6MPa-2.5MPa 飽和蒸汽、高溫水，高溫水可用于代替化產區域管式爐系統，飽和蒸汽可并入廠區管網，具體如下。

焦爐上升管余熱回收系統內部，換熱器并聯設計，汽包內產生的高溫飽和水經循環泵輸送至每根上升管，通過選擇合理給水母管、回水母管及各上升管分配支管管徑，并在給水母管與回水母管之間設置差壓監測裝置及調節閥，控制進出母管之間壓差，使高溫飽和水均勻分配至每個上升管，荒煤氣的流向由下至上，與進水形成順流換熱，飽和水被加熱成汽水混合物被送回汽包內后產生飽和汽[1]。

管式爐替代原理（加熱富油，過熱低壓蒸汽）：

新建富油換熱器，高溫循環水（204-226℃）與富油進行換熱，使富油溫度自130℃加熱至180℃，并入原系統使用，

原脫苯用的低壓過熱蒸汽，可在焦爐上升管中單設幾臺上升管過熱器，飽和蒸汽由就近低壓管網引入上升管過熱器，低壓飽和汽被加熱到350℃后送至脫苯系統，

化產檢修時，低壓過熱蒸汽放散，短路富油換熱器，使上升管蒸發器的全部熱量用于產飽和汽。

加藥系統：汽包設置加藥口，系統配備加藥裝置，可滿足汽包內水質要求。

放空、放散、放凈等系統：系統最高點設置排氣點，系統上水和啟動時，排去蒸發器內空氣及不凝性氣體；

汽包設置安全閥，供事故狀態泄壓；過熱蒸汽在脫苯區域設置放散閥，確保系統平穩開車運行；

3 焦爐上升管余熱回收系統的運行效果

某廠5#、6# 焦爐荒煤氣回收系統的總體運行狀態良好，外部沒有出現腐蝕情況，且蒸汽產量穩定。下面以該廠為例淺談焦爐上升管余熱回收系統的運行。

3.1 蒸汽回收情況

5#、6# 焦爐 每小時可產蒸汽4.5 噸（替代管式爐后富裕產汽量），如化產檢修，系統熱量全部用于產汽時，可外供0.6MPa蒸汽約17t/h。該廠120 個上升管（其中110 根蒸發器上升管，10 根過熱器上升管）從投運至今，5#、6# 焦爐的焦炭產量為2312000 噸，共計產出0.6 兆帕蒸汽39420 噸（替代管式爐后富裕產汽量）。

3.2 荒煤氣溫度情況

該廠在相關項目實施前，荒煤氣進出口的溫差不大，溫降約在10℃左右。隨后該廠開展了余熱回收利用項目，有效應用焦爐上升管余熱回收系統，進口溫度在800-850℃，出口溫度控制在450-480℃。

3.3 管式爐代替情況

通過富油換熱器，將190m3/h 富油自130℃加熱至180℃，同時10 根上升管過熱器將4.5t/h 低壓飽和汽（0.6MPa、165℃）過熱至450℃，用于替代原化產管式爐，原管式爐在加熱同等量富油及飽和蒸汽時，需消耗煤氣量為600m3/h，自運行至今，上升管余熱回收系統替代管式爐節約煤氣量約520 萬立方，對于節能減排、環境治理有顯著效果。

4 焦爐上升管余熱回收系統的實踐應用

4.1 循環泵后給水母管壓力報警

循環泵作為整個余熱回收系統的動力輸出和心臟，在系統運行中起至關重要作用，如果循環泵故障，會引發上升管干燒，出現安全事故。為了能夠保證焦爐的安全運作，該系統配備2 臺循環泵，一用一備，故障自動切換，且設置雙電源供電，同時設置泵后總管壓力報警裝置，確保循環泵正常運轉，如出現任何異常情況，系統將會觸發警報。報警后及時檢修、恢復[2]。

4.2 配置蒸發器

該廠所有上升管都處于一種單獨運作的狀態，上升管蒸發器進出口閥門均選用2 道雙密封焊接式截止閥，保證閥門質量，在上升管出水支管頂部設置放空口，便于單根上升管更換檢修。上升管系統對循環水質要求比較高，該廠給水設置反滲透裝置，達到二級除鹽水水質標準，盡量規避汽包、上升管盤管內壁結垢等現象，截止至目前未出現異常現象。

4.3 完善蒸發器的結構

近年來有多家企業進行焦爐荒煤氣余熱回收的試驗研究，上升管結構多為水夾套結構，該結構存在熱應力集中，不能高壓運行，易爆管，壁溫不好控制等弊端，易出現上升管內壁結焦、冒黑煙現象[3]。

該廠通過配置新焦爐上升管余熱回收裝置，其特點：①采用專有盤管復合結構、內筒不承壓，禁絕炭化室進水確保焦爐安全；②換熱器內的固體浴結構技術、強化傳熱技術、阻熱劑控制技術；③換熱器內荒煤氣流通壁面溫度調控技術；④換熱器的耐高溫、抗腐蝕技術；⑤回收系統的均流技術；⑥系統的緊急事故（停水、停電）技術；⑦換熱器的極端工況抗干燒技術；獨特的的隔熱保溫技術；⑧整套余熱回收系統采用集散控制系統（PLC）對裝置進行自動控制，實線系統平穩運行，在業界得到一致認可好評。

5 結語

隨著我國科學技術的不斷發展，余熱回收系統也在不斷改進，有效應用可以進一步提高經濟效益。因此，在焦爐荒煤氣余熱回收方面，需要對該技術加強關注力度，避免能源浪費等現象，發揮該技術的經濟及社會效益，需要將該技術在焦爐荒煤氣領域進行推廣，為該行業實現綠色可持續發展提高推動力。