余熱回收裝置在焦爐上的應用

　　近年來，焦化企業(yè)不斷研究開發(fā)余熱余能的回收利用，其中，焦爐荒煤氣余熱回收利用就是一大亮點。馬鋼煤焦化公司5號焦爐第一套荒煤氣余熱回收利用裝置，于2016年7月22日投入運行。該裝置從可行性研究到投產(chǎn)運行，要制定完整、科學的方案，才能確保其質(zhì)量、功能達到相關技術要求。

　　1概述

　　1.1焦爐上升管余熱概述

　　焦化行業(yè)要堅持綠色發(fā)展，有效降低能耗、物耗和污染物排放量，進一步發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，重點是加強節(jié)能環(huán)保關鍵技術、工藝、裝備研發(fā)和推廣應用，構建高效、清潔、低碳、循環(huán)的綠色發(fā)展體系。焦爐荒煤氣余熱回收利用裝置的應用就是一大亮點，是焦化企業(yè)節(jié)能減排新舉措之一。因為焦爐荒煤氣帶走的熱量占煉焦過程中熱量損失總量的36%。

　　1.2焦爐荒煤氣余熱回收技術的應用實踐

　　20世紀90年代初，已有焦化企業(yè)采用上升管汽化冷卻裝置來冷卻荒煤氣溫度，它的應用經(jīng)歷了發(fā)展、停滯、再研發(fā)、再停滯的過程。此后，國內(nèi)相關研究院所、焦化企業(yè)在總結水套上升管教訓的基礎上，做了大量探索研究。目前進入工業(yè)化，運行較為成功的案例如下：

　　福建三鋼焦化廠2×65孔4.3m搗固焦爐上升管換熱器技術，于2014年11月投產(chǎn)，產(chǎn)生飽和蒸汽(平均產(chǎn)汽量7.2t/h、壓力0.6MPa、溫度165℃;荒煤氣溫度由770-550℃降到560-450℃，降幅200℃左右;上升管外殼表面溫度由原來170-230℃降低到50-80℃)。

　　邯鋼焦化廠2×45孔6m頂裝焦爐上升管換熱器技術，5號焦爐于2015年11月投產(chǎn)，6號焦爐于2015年底投產(chǎn)，產(chǎn)生飽和蒸汽(噸焦可回收0.6MPa蒸汽100kg左右，上升管表面溫度在65℃左右)。

　　馬鋼煤焦化公司5號焦爐50孔6m頂裝焦爐荒煤氣余熱回收技術，于2016年7月投產(chǎn)，產(chǎn)生飽和蒸汽(設計參數(shù)：產(chǎn)汽量3.6-5t/h、產(chǎn)汽壓力0.4-0.8MPa、產(chǎn)汽溫度150-175℃)。

　　截至2016年7月，焦爐荒煤氣余熱回收裝置，國內(nèi)只有三家企業(yè)四座焦爐投用，焦爐荒煤氣余熱回收技術，將成為近期我國煉焦企業(yè)研發(fā)的熱門課題。其建設、開工、運行操作、環(huán)保及效益方面的技術，需要行業(yè)認真總結和研究，不斷優(yōu)化與提高。

　　2馬鋼煤焦化公司5號焦爐荒煤氣余熱回收裝置的配置與技術創(chuàng)新

　　焦爐在煉焦過程中，炭化室產(chǎn)出大量的荒煤氣，經(jīng)過焦爐上升管、橋管、集氣管冷卻集合后，送入化產(chǎn)系統(tǒng)進行凈化處理。在一個結焦周期內(nèi)，單孔炭化室產(chǎn)出的荒煤氣近10000m3，荒煤氣經(jīng)過焦爐上升管時溫度高達650℃以上，含有大量的顯熱并且管壁上結有較多的焦油。為降低焦爐荒煤氣溫度便于后續(xù)焦化工藝處理，現(xiàn)有傳統(tǒng)工藝采用噴氨水急冷的方式，使荒煤氣溫度急劇降至80-85℃。該工藝不僅浪費大量荒煤氣顯熱，而且消耗大量電能冷卻荒煤氣，對焦油石墨化也沒有有效的處理方法和防止手段。

　　2.1配置情況

　　工藝路線包括：荒煤氣路線、給水路線、汽水路線。

　　荒煤氣余熱回收系統(tǒng)由六部分組成：上升管部分、給水部分、強制循環(huán)部分、汽包部分、排污部分、水系統(tǒng)取樣部分。

　　荒煤氣余熱回收系統(tǒng)附屬設備包括：除鹽水箱、汽包給水泵、汽包、強制循環(huán)泵、上升管蒸發(fā)器、定期排污膨脹器、連續(xù)排污膨脹器、取樣冷卻器、電動葫蘆等。

　　2.2技術創(chuàng)新

　　上升管蒸發(fā)器結構為夾套型，中心管路為圓柱形荒煤氣通道，管壁夾套為汽水通道，上升管蒸發(fā)器整體是合金無縫鋼管，無焊縫可避免出現(xiàn)事故時水流入炭化室的情況發(fā)生，上升管蒸發(fā)器下部設置除鹽冷卻水進水口和排污口，上部設置汽水出口。

　　上升管換熱器內(nèi)管壁，經(jīng)過特殊工藝處理，涂覆有LED保護層作為主要受熱面，其內(nèi)壁采用耐腐蝕和耐高溫的材料，解決了上升管內(nèi)壁耐腐蝕(氧化、還原、H2S酸化等)和耐高溫的問題。上升管換熱器外壁，采用抗腐蝕和氧化的不銹鋼材質(zhì)，最大程度地適應了焦爐的運行環(huán)境。

　　上升管換熱器進水管路采用分組、梯級管徑配置，保證了每個上升管換熱器進出水量相對平均，一定程度上均衡了上升管進出口荒煤氣的溫差，并且上升管換熱器內(nèi)壁表面均勻光滑，無死角，不易凝結，從而盡可能地降低了焦油在內(nèi)壁的凝結。

　　3方案的制定與實施

　　焦爐荒煤氣余熱回收系統(tǒng)在建設開工前，要制定完整、規(guī)范的崗位技術操作規(guī)程。

　　按照固定式壓力容器使用要求，該系統(tǒng)安裝制件完成，在使用前需進行熱態(tài)調(diào)試，使其汽包、上升管蒸發(fā)器、管道及受壓元件均勻受熱，以保證該系統(tǒng)整體性能達到要求，直到轉入正常生產(chǎn)。

　　蒸發(fā)器裝置及附屬汽水管道安裝結束后，按規(guī)范要求必須通過一次水壓試驗。其目的是檢查系統(tǒng)中熱力設備和管路在冷態(tài)條件下承壓部件是否嚴密(包括全部焊口和法蘭密封面)，剛度及強度是否滿足設計要求。

　　飽和蒸汽并入蒸汽管網(wǎng)之前必須進行吹掃，以清除管道的雜質(zhì)，否則蒸汽運行后，銹皮、焊渣、灰物等雜質(zhì)的存在將影響蒸汽品質(zhì)，并隨蒸汽被帶到各設備，造成閥門堵塞及閥門密封面損壞，影響系統(tǒng)工況正常運行。

　　為確保崗位職工盡快適應新工藝、新設備的崗位需要，保障荒煤氣余熱回收系統(tǒng)安全生產(chǎn)、日常操作、設備維護工作的有效開展，要重視焦爐荒煤氣余熱回收系統(tǒng)崗位人員的培訓。

　　4運行效果

　　馬鋼煤焦化公司5號焦爐荒煤氣余熱回收裝置，于2016年7月22日投入運行。運行后，按照預期效果能夠連續(xù)穩(wěn)定回收荒煤氣顯熱、穩(wěn)定產(chǎn)出蒸汽。

　　具體運行效果如下：

　　5號焦爐配置：6m頂裝焦爐，1×50孔，年產(chǎn)焦46萬噸。該裝置目前平均產(chǎn)生160℃、0.5MPa飽和蒸汽3.8t/h(約合73kg/t焦)。

　　直接效益(蒸汽)：以年產(chǎn)飽和蒸汽約3.4萬噸，公司內(nèi)部價60元/噸計，年產(chǎn)經(jīng)濟效益204萬元，總成本年約4萬元，折合直接效益：200萬元左右。

　　工序能耗效益：降低工序能耗約10kg/t焦。

　　減碳效益：按年產(chǎn)焦46萬噸、可產(chǎn)生0.5MPa飽和蒸汽約3.4萬噸，折合標煤0.11萬噸、減排二氧化碳近0.88萬噸。

　　上升管換熱器出口荒煤氣溫度控制在450℃以上，減緩石墨的形成及其他成分的附積，降低工人勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。

　　目前，國內(nèi)正在應用的荒煤氣余熱回收裝置，尚需要在穩(wěn)定經(jīng)濟運行上進一步優(yōu)化，堅持有效、安全、可靠的原則，提高換熱效率，逐步推廣應用到7m乃至7.63m大型焦爐上，解決大型焦爐上升管集結石墨及清掃的難題。