臨渙焦化有限公司焦爐上升管荒煤氣余熱利用方案

臨渙焦化有限公司焦爐上升管荒煤氣余熱利用方案

一、煉焦過程中熱量損失及余熱回收利用情況煉焦生產(chǎn)是典型的能源再加工和熱能的再回收利用過程，焦炭和煉焦煤氣是其主要的能源產(chǎn)品。在焦炭生產(chǎn)過程中，配合煤在焦爐中被隔絕空氣加熱干餾，生成焦炭的同時產(chǎn)生大量的荒煤氣。從煉焦生產(chǎn)過程熱平衡分布看，從焦爐炭化室推出的950℃～1050℃紅焦帶出的顯熱（高溫余熱）占焦爐支出熱的37％，650℃～750℃焦爐荒煤氣帶出熱（中溫余熱）占焦爐支出熱的36％，180℃～230℃焦爐煙道廢氣帶出熱（低溫余熱）占焦爐支出熱的16％，爐體表面熱損失（低溫余熱）占焦爐支出熱的11％。在占焦爐支出熱最多的兩項中，對焦炭帶出的顯熱．目前已有成熟的干熄焦裝置回收并發(fā)電，而對焦化荒煤氣帶出的顯熱，雖然從上世紀70年代末期國內(nèi)就開始回收嘗試，但至今未形成成熟、可靠、高效的回收利用技術(shù)。二、目前焦爐荒煤氣回收利用技術(shù)方案情況目前世界焦化業(yè)傳統(tǒng)的方法是噴灑大量70℃～75℃的循環(huán)氨水，循環(huán)氨水吸熱而大量蒸發(fā)，使荒煤氣溫度得以降低，進入后序煤化工產(chǎn)品回收加工工段。這樣荒煤氣帶出的熱量被白白浪費掉，既流失了荒煤氣熱能，還增加了水資源的消耗?；拿簹鈳С鲲@熱的回收，對焦化廠節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟具有非常重要的作用。因此，各種焦爐上升管余熱回收利用技術(shù)先后嘗試應用于工程案列中。該裝置在生產(chǎn)過程中應注意以下問題及具有的優(yōu)勢：（a）在荒煤氣溫度不低于500℃的情況下回收其余熱，若保持上升管內(nèi)表面光滑，是能夠避免焦油析出粘附在壁面并發(fā)生結(jié)焦反應的；（b）在回收荒煤氣余熱過程中，在結(jié)焦后期或延遲推焦時，荒煤氣生成量減少，溫度較低，為了避免管壁溫度過低導致焦油蒸汽受冷析出發(fā)生結(jié)焦反應，需適當降低換熱工質(zhì)氮氣流量，控制換熱后荒煤氣溫度不低于450℃左右；（c）采用氮氣作為工質(zhì)來回收荒煤氣余熱，具有較高的工藝靈活性和安全性：產(chǎn)生的高溫氮氣，不僅可以使用余熱鍋爐來產(chǎn)生蒸汽供生產(chǎn)工藝使用，也可以用作干熄焦或者煤調(diào)濕的部分熱源；若設(shè)備在運行中發(fā)生泄漏導致氮氣進入上升管，將會會進入集氣管排出，不會影響下部炭化室的正常工作。缺點：改造工藝較為復雜，氮氣流速較高，管內(nèi)壓損較大。4）高溫熱管荒煤氣余熱回收裝置本裝置應用高溫熱管技術(shù)回收焦爐荒煤氣余熱，從炭化室出來出來的700℃左右的荒煤氣進入上升管，通過輻射換熱將熱量傳給高溫鉀熱管，溫度降至500℃左右離開上升管，上升管內(nèi)的鉀熱管吸收輻射熱，并將熱量傳給上升管外部的冷凝端，使聯(lián)箱中的水汽化并放出熱量。聯(lián)箱中的水汽化后通過汽水上升管進入鍋爐，進行汽水分離，滿足用戶需求。5）分離式熱管荒煤氣余熱回收方案本方案應用分離式熱管技術(shù)回收焦爐荒煤氣余熱，從炭化室出來的700℃左右的荒煤氣進入上升管，通過輻射換熱將熱量傳給碳鋼-水熱管，溫度降至500℃左右離開上升管，上升管內(nèi)的數(shù)根熱管吸收輻射熱，熱管內(nèi)的水蒸發(fā)成蒸汽，沿熱管上升至上聯(lián)箱匯集，然后一起通過汽水上升管送入汽包進行汽水分離，滿足用戶需求。給水通過下降管送入下聯(lián)箱，分配給各個熱管。本方案優(yōu)點：采用分離式熱管，布置方便，通過提高產(chǎn)汽壓力，可以保證熱管壁溫在荒煤氣焦油露點之上，不會產(chǎn)生結(jié)焦問題；分離式熱管同高溫熱管一樣，即使熱管破壞，水蒸汽量小，不會像水夾套那樣導致整個汽包中的汽水混合物漏入炭化室，不會造成安全事故，能夠保證焦爐的安全運行。此外，造價相對較低，經(jīng)濟合理。本方案缺點：由于要防止荒煤氣結(jié)焦，必須提高熱管管壁溫度和熱管管內(nèi)工作溫度，這就必須提高熱管管內(nèi)蒸汽壓力，而碳鋼-水熱管最高工作溫度和承壓能力都有一定限制，因此對于熱管安全運行提出的條件較高。綜合以上幾種方案可以看出目前焦爐上升管余熱利用技術(shù)上存在以下制約：（1）焦油粘結(jié)問題：控制荒煤氣余熱利用后的溫度在450～500℃之間，此時焦油附著量少，且結(jié)焦物柔軟松散多孔，容易除去，可以在推焦之后采取措施將換熱管表面的附著物清除；同時可以在上升管內(nèi)設(shè)置焦油導流裝置將冷凝的焦油直接引導流淌到爐頂空間的煤料或焦餅上，同時還有增強管內(nèi)擾動的功能；加強保溫措施，加強上升管保溫不僅可以提高上升管內(nèi)壁溫度，同時也有利于改善焦爐爐頂?shù)牟僮鳝h(huán)境；尋找能夠控制焦油粘結(jié)的高效導熱介質(zhì)。因此在荒煤氣余熱回收時，企業(yè)要根據(jù)實際情況來規(guī)定荒煤氣冷卻的下限溫度，在保證不析出焦油或焦油少析出的前提下，盡可能多的回收荒煤氣顯熱，以提高熱回收效率。（2）設(shè)備耐高溫、腐蝕問題：焦爐焦爐煤氣富含氨、硫等腐蝕性介質(zhì)，使用環(huán)境惡劣，尋求適合耐高溫、耐焦爐煤氣腐蝕的特殊材質(zhì)。（3）消除關(guān)鍵取熱部件上的膨脹應力：上升管每個操作周期溫度變化從200～1100℃左右，溫差大，對設(shè)備材質(zhì)損害大，特別是取熱部件徑向熱脹冷縮量達50mm，在高溫下極易損壞。三．示范工程應用情況及效益指標示范工程應用情況該技術(shù)已在大型焦爐改造工程成功投產(chǎn)使用，正式投產(chǎn)至今，焦爐上升管荒煤氣顯熱回收利用系統(tǒng)及配套的熱力循環(huán)系統(tǒng)等表現(xiàn)出良好的操作和使用性能，各項運行參數(shù)合理，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。焦爐單孔上升管產(chǎn)荒煤氣量480Nm3/h（平均），荒煤氣溫度650~800℃，焦爐上升管蒸發(fā)器換熱后出口~470℃，實現(xiàn)噸焦產(chǎn)飽和蒸汽量約80kg，徹底解決了換熱器內(nèi)壁結(jié)焦、積碳、腐蝕等行業(yè)普遍存在的世界性難題。經(jīng)濟效益1）以本廠4×55孔6m焦爐為例，年產(chǎn)焦炭約220萬噸，上升管余熱回收年產(chǎn)飽和蒸汽約17.6萬噸。采用焦爐上升管荒煤氣顯熱回收利用技術(shù)，總投資約4400萬元，蒸汽價暫按100元/t計算，年凈利潤可達1760萬元，投資回收期約2.5年，收益高，投資回報期短，經(jīng)濟效益十分可觀。社會效益2）本項目創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益的同時，也創(chuàng)造了巨大的社會效益：1）通過該技術(shù)將荒煤氣顯熱進行回收發(fā)電、化產(chǎn)或供暖等，相當于噸焦節(jié)約標煤10.2kg，減少CO2排放26.7kg；2）該技術(shù)投入使用后，可有效防止上升管內(nèi)荒煤氣中焦油蒸汽結(jié)焦、石墨化，顯著減少日常清爐工作量，降低工人勞動強度；3