橫管初冷器上段循環(huán)水余熱利用技術(shù)在6.25 m焦?fàn)t的應(yīng)用

陳 淼，邵振強(qiáng)，李慶生，李俊玲，李朝維

（1山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2河南利源新能科技有限公司，河南 安陽 455000）

1 前言

河南利源新能科技有限公司原有4座4.3 m焦?fàn)t，屬《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》規(guī)定的限制類項(xiàng)目，服役期已達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，存在較大的安全環(huán)保生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)《安陽市人民政府辦公室文件關(guān)于印發(fā)安陽市焦化行業(yè)資源整合實(shí)施方案的通知》要求，淘汰原有4.3 m焦?fàn)t，并同步實(shí)施6.25 m新焦?fàn)t及配套工程。

公司擬新建年產(chǎn)128萬t焦化及煤氣綜合利用項(xiàng)目，項(xiàng)目占地600余畝，主要建設(shè)2×60孔SWDJ625-1型搗固焦?fàn)t，以及相配套的備煤系統(tǒng)、焦處理系統(tǒng)、干熄焦及發(fā)電系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)、乙醇系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)等生產(chǎn)、環(huán)保及輔助設(shè)施等。

該項(xiàng)目采用山冶設(shè)計(jì)與意大利Paul Wurth公司合作的大型焦?fàn)t技術(shù)，焦?fàn)t采用了世界最先進(jìn)的空氣兩段助燃+大廢氣循環(huán)量控硝燃燒技術(shù)、高效薄爐墻技術(shù)、非對(duì)稱式煙道技術(shù)、爐體嚴(yán)密長壽化技術(shù)、抗形變多段式保護(hù)板技術(shù)、SOPRECO○R單孔調(diào)壓技術(shù)等一系列先進(jìn)特色節(jié)能環(huán)保技術(shù)［1］，具有氮氧化物產(chǎn)污量低、煉焦能耗低、爐頂空間溫度低、砌體結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、設(shè)備維護(hù)量小、化產(chǎn)品收率高等特點(diǎn)，是代表世界一流工藝水平的大型化、綠色化、智能化焦?fàn)t。同時(shí)煤氣凈化采用了初冷器熱水余熱利用、循環(huán)氨水余熱制冷、上升管余熱利用，以及相分離器除油，盤式干燥機(jī)、德國KK&K鼓風(fēng)機(jī)前導(dǎo)向調(diào)節(jié)集氣管壓力等一系列先進(jìn)技術(shù)。

2 工藝概況

2.1 工藝原理

焦?fàn)t煤氣冷卻工藝的主要設(shè)備是煤氣橫管冷卻器，目前最常用的橫管式初冷器可分兩段或三段供水［2］。兩段供水是供低溫水和循環(huán)水，沒有余熱利用。三段供水則供低溫水、循環(huán)水和低溫?zé)崴陙硇陆ㄒ约案臄U(kuò)建項(xiàng)目主要采用三段供水。橫管初冷器低溫?zé)崴窝h(huán)水量大，溫度不高，水的品位低。以前僅有少量項(xiàng)目回收此部分余熱用于供暖和制冷。但供暖及制冷用循環(huán)水量不能調(diào)節(jié)，供暖及制冷時(shí)初冷器上部采用軟化水或除鹽水，但既不供暖也不制冷用的季節(jié)循環(huán)水采用開式冷卻塔進(jìn)行冷卻循環(huán)利用。此部分回水溫度較高，容易導(dǎo)致橫管初冷器結(jié)垢，影響煤氣冷卻效果，同時(shí)增加了設(shè)備清洗維護(hù)費(fèi)用，而且需操作人員在不同季節(jié)切換閥門，實(shí)現(xiàn)不同溫度、不同冷卻方式冷卻水的切換，操作繁瑣而復(fù)雜。

河南利源煤氣凈化工程設(shè)計(jì)了一種高效、環(huán)保、節(jié)能的焦?fàn)t橫管初冷器上段循環(huán)水余熱利用工藝，既可以在冬季供暖，又可以在夏季及其他季節(jié)制冷，熱源存在富裕時(shí)采用空冷器冷卻循環(huán)水，實(shí)現(xiàn)橫管初冷器煤氣上段循環(huán)冷卻水全年閉路循環(huán)，既能保證循環(huán)水余熱被充分利用，又能保證循環(huán)水水質(zhì)不被污染，減少設(shè)備清洗維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)又降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.2 工藝流程

橫管初冷器上段循環(huán)水余熱利用方式，其主要由制冷機(jī)、低溫?zé)崴h(huán)泵、供暖循環(huán)泵、定壓補(bǔ)水裝置、加藥裝置、空冷器、橫管初冷器、低溫?zé)崴h(huán)總管、供暖循環(huán)管道、空冷器進(jìn)口管道、空冷器出口管道等構(gòu)件組成，保障全年水系閉路循環(huán)，減少能源消耗，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。橫管初冷器上段循環(huán)水余熱利用工藝流程見圖1。

圖1 橫管初冷器上段循環(huán)水余熱利用工藝流程

2.3 工藝特點(diǎn)

（1）橫管初冷器上段循環(huán)水全年閉路循環(huán)，保證水質(zhì)不受污染，減少設(shè)備維護(hù)檢修清洗投入；（2）為橫管初冷器上段循環(huán)水余熱充分利用提供保障；（3）全年可根據(jù)熱量需求調(diào)節(jié)余熱用水量，在總量范圍內(nèi)根據(jù)用戶需求，需要多少取多少；（4）低溫?zé)崴h(huán)泵采用變頻調(diào)速，根據(jù)工藝需要調(diào)節(jié)供水量；（5）供暖循環(huán)泵采用變頻調(diào)速，根據(jù)供暖用戶需求進(jìn)行量調(diào)節(jié)；（6）制冷機(jī)型式為低溫?zé)崴弯寤囄帐街评錂C(jī)，可制取16/23℃冷水供橫管初冷器及其他用戶使用，或制取7/12℃的冷水供空調(diào)用戶使用。

3 工程運(yùn)用

2021年，橫管初冷器上段循環(huán)水余熱利用技術(shù)在河南利源新能科技有限公司建成并投入使用。在制冷季節(jié)，低溫?zé)崴弯寤嚴(yán)渌畽C(jī)組和循環(huán)氨水型溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組共同為整個(gè)煤氣凈化區(qū)域制取低溫水。在采暖季節(jié)，初冷器上段的熱水經(jīng)過供暖熱水循環(huán)泵送至廠區(qū)各個(gè)用戶。主要設(shè)計(jì)參數(shù)：低溫?zé)崴弯寤囍评錂C(jī)熱水進(jìn)口溫度70℃，出口溫度65℃，低溫?zé)崴弯寤囍评錂C(jī)單臺(tái)制冷量500萬kCal，低溫水溫度基本可以穩(wěn)定在16℃以下，初冷器后集合溫度控制在21℃。夏季極端情況下，蒸汽型制冷機(jī)均未開機(jī)。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

若本項(xiàng)目將低溫?zé)崴弯寤嚴(yán)渌畽C(jī)更換為蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)，制冷機(jī)蒸汽耗量約為7.49 t/h，照制冷季周期150 d、蒸汽單價(jià)160元/t進(jìn)行計(jì)算，每年可節(jié)省蒸汽費(fèi)用431.4萬元。增加3臺(tái)空冷器后，每臺(tái)功率為55.5 kW，按照兩開一備，采暖季周期120 d，空冷器運(yùn)行周期90 d，每年空冷器電耗費(fèi)用15.3萬元，全年節(jié)約能耗416.1萬元。

4.2 環(huán)保效益

降低了原蒸汽制冷機(jī)蒸汽耗量的輸入，降低了工序成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。按照1 t蒸汽折合97.14千克標(biāo)準(zhǔn)煤、1 t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒產(chǎn)生2.7 t二氧化碳進(jìn)行核算，全年節(jié)省3 143 t標(biāo)煤，減排二氧化碳8 486 t，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

橫管初冷器上段循環(huán)水余熱利用技術(shù)在河南利源新能科技有限公司建成并投入使用，運(yùn)行比較穩(wěn)定，低溫水溫度基本可以穩(wěn)定在16℃以下。可以看出，焦化廠在使用了以初冷器上段循環(huán)水為熱源的溴化鋰吸收式制冷機(jī)后，大大降低了企業(yè)的蒸汽消耗，確保了橫管初冷器上段冷卻水全年閉路循環(huán)，減少了職工的操作強(qiáng)度。同時(shí)響應(yīng)了國家節(jié)能減排，低碳環(huán)保的號(hào)召，符合T/CCIA 001—2020《焦化示范企業(yè)評(píng)價(jià)規(guī)范》的要求，為企業(yè)今后的健康發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。