150万吨焦炉烟气回收项目经济可研分析及锅炉开车操作规程
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150 万吨焦炉烟气回收可研分析 新型/高效/节能焦炉余热回收项目
经济可研分析 及焦炉余热锅炉开车 操作规程
天津华能能源设备有限公司 二〇一二年 三 月
2012 最新型热管余热回收装置
焦炉烟气回收利用项目经济分析报告
天津华能
成功实施案例：
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 使用单位 唐山达丰焦化有限公司一期 唐山达丰焦化有限公司二期 太原化工股份有限公司焦化厂 唐山滦南东方焦化公司 江西景德镇黑猫焦化集团公司 山西光大焦化气源有限公司 山东新矿内蒙古能源有限公司 山西永鑫煤焦有限公司 内蒙古赤峰九联煤化有限公司 河南利源煤焦集团公司 陕西黄陵煤化工有限公司 山东万山集团公司 天钢集团焦化公司 山东荣信煤化有限公司 山西高义焦化有限公司 四川圣达焦化有限公司 山西立恒钢铁焦化公司 焦碳产量 70 万吨/年 120 万吨/年 80 万吨/年 100 万吨/年 60 万吨/年 80 万吨/年 130 万吨/年 120 万吨/年 100 万吨/年 60 万吨/年 2×130 万吨/年 80 万吨/年 2×60 万吨/年 60 万吨/年 60 万吨/年 50 万吨/年 150 万吨/年 蒸汽产量 8 吨/小时(0.8MPa) 14 吨/小时(0.8MPa) 8 吨/小时(0.8MPa) 10 吨/小时(0.8MPa) 8 吨/小时(0.8MPa) 8 吨/小时(0.8MPa) 15 吨/小时(0.8MPa) 12 吨/小时(0.8MPa) 9 吨/小时(0.8MPa) 7 吨/小时(0.8MPa) 15 吨/小时(0.8MPa) 8 吨/小时(0.8MPa) 6 吨/小时(0.8MPa) 6 吨/小时(0.8MPa) 6 吨/小时(0.8MPa) 5 吨/小时(0.8MPa) 15 吨/小时(0.8MPa)
SYSTEM：天津华能能源设备有限公司
蓟县渔阳南路 119 号
邮箱：tjhnhl@
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பைடு நூலகம்
（2）省煤器的工作原理为：热流体的热量由翅片热管传给放热端水套管内 的水，水吸收热量，使热流体降温，使套管内的水由欠饱和态达到相 应压力下的饱和态，再进入汽包内参与自然循环过程。 （3）低温蒸汽发生器的工作原理为：热流体的热量由热管传给水套管内的 水(水由下降管输入)，并使其汽化，所产汽、水混合物经蒸汽上升管到 达低压汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不 断将热量输入水套管内的水，并通过外部汽——水管道的上升及下降 完成基本的汽——水循环，达到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。 其低压饱和蒸汽主要应用于系统的热力除氧。 三、余热回收设备主要特点： （1）热管工作原理：（如图 1） 典型的重力热管如图所示， 在密闭 的管内先抽成真空， 在此状态下充入适 量工质，工质吸热后以蒸发与沸腾的形 式转变为蒸汽，在压差作用下，在升至 热管放热段结成液体， 其热量传递给放 热冷流体。冷凝液在重力的作用下，沿 热管内壁返回到受热段，并再次受热汽 化，如此循环往复，连续不断的将热量由一端传向另一端。由于是相变传 热，因此热管内热阻很小，热管的高导热能力与银、铜、铝等金属相比，
4、余热回收的主要原理： （1）蒸汽发生器的原理为：热流体的热量由热管传给放热端水套管内的水 (水由下降管输入)，并使其汽化，所产汽、水混合物经蒸汽上升管到达 汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不断将热 量输入水套管内的水，并通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本 的汽—水循环，达到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。
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2011 年 5 月 3 日，山西省独立焦化企业首个焦炉烟气余热回收利用 项目在太化集团公司焦化厂实现并网供汽投入生产。该项目的投产为山西 省焦化行业进一步降低能耗起到了示范作用。 太化焦化厂现有 4.3 米捣固焦炉两座，年生产能力 90 万吨，烟气排 放量每小时约 14 万标准立方米，烟气排放温度约 280℃。一直以来太化 焦化厂同国内大多数焦化企业一样，焦炉烟气均为直接排放，热量浪费严 重。2010 年 10 月，太化焦化厂为进一步挖掘节能潜力，与天津华能能源 设备有限公司合作正式立项实施焦炉烟气余热回收项目，采用热管锅炉回 收焦炉烟气余热生产过热蒸汽，代替煤气锅炉生产蒸汽。2011 年 4 月 28 日，该项目完成施工和设备安装，提前竣工。 据了解，太化焦化厂焦炉烟道废气余热回收项目投产后，每年可利用 焦炉烟道废气余热副产 0.8MPa 过热蒸汽 6.9 万吨。按目前蒸汽市场价格 计算，可降低生产成本 70 余元，节约锅炉加热用煤气 1100 万立方米，吨 焦综合能耗降低 10 千克标准煤，同时二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮排放 量明显减少，达到了减少废气排放，改善大气环境，降低能源消耗，提高 经济效益的目标。(中国化工报)
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该项目是 130 万吨焦化炉，为节能环保，达到节能降耗的目的，拟利 用热管余热回收装置对冷却烟气进行余热回收。 从焦炉来的 280℃的循环冷 却气经过余热锅炉温度降至 170℃以下，同时产出 0.8MPa 蒸汽与外部蒸汽 管网并网，实现对废热烟气的余热利用，废热烟气通过引风机引出入大气。 对于其中经总烟道进入烟囱热烟气的仍有较大的余热回收价值。该方 案就是为回收这一部分烟气的余热而设计。 二、焦化余热回收工艺流程图 1、烟气流程： 在地下主烟道 翻板阀前开孔， 别分 将两个主烟道热烟 气从地下主烟道路 合并引出， 经余热回 收系统换热降温后， 将热烟气降至约 170℃，经锅炉引风 机再排入主烟道翻 阀后的地下烟道，经烟囱排空。 2、余热回收系统的组成： 该系统由软化水处理装置、除氧器、水箱、除氧给水泵、锅炉给水泵、 中温热管蒸气发生器、软水预热器、低温热管蒸气发生器、汽包、上升管、 下降管、外连管路和控制仪表、锅炉引风机等组成，并且互相独立。
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⑥ 热管与换热器单支点焊接，避免由热帐冷缩造成的应力。 （3）根据热管特点，综合热管式余热锅炉的特点： ① 传热系数高：废气和水及水蒸气的换热均在热管的外表面进行，而 且废气热管外侧为翅片，这样换热面积增大，传热得到强化，因而 使换热系数得到了很大的提高。 ② 彻底解决泄漏问题：热管单管作业，冷热流体完全隔开，有效防止 水汽系统的泄漏。在运行时，废气的大量冲刷，即使管子一端被腐 蚀传，只能使该热管失效，而管子另一端是完好的，不会造成冷侧 的汽水泄漏到热侧，确保了系统的安全运行，彻底解决了设备泄漏 问题。这也是该设备有别于一般烟道中余变回收设备的最大特点。 ③ 减轻露点腐蚀：热管余热锅炉每一根管子的壁温是一个值，这就使 相当一批热管在酸露点以上工作，当壁温比酸露点高 1℃以上时， 就可以避免露点腐蚀。 通过调节热管冷热段受热表面的比例来调整 管壁温度，避开最大腐蚀区。 ④ 减轻积灰及灰堵问题：热管余热锅炉避开了露点，管壁不结露，就 大大减少了灰的附着力，而且热管余热锅炉从设计上更科学合理， 使其本身就具有一定的自吹灰能力。 ⑤ 阻力损失小，可以适用于老机组的改造。一般情况下，增加了余热 回收设备，热废气的阻力增加在 800Pa 左右。 ⑥ 单根或多根热管的损坏不影响设备整体使用。
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单位重量的热管可多传递几个数量级的热量，所以能以较小的温差获得较 大的传热率，且结构简单，具有单向导热的特点，特别是由于热管的特有 机理使冷热流体间的热交换均在管外进行，这就可以方便地进行强化传热。 此外，由于热管内部一般抽成真空，工质极易沸腾与蒸发，热管启动非常 迅速。 热管这种传热元件，可以单根使用，也可以组合使用，根据用户现场 的条件，配以相应的流通结构组合成各种形式换热，热管换热器具有传热 效率高、阻力损失小、结构紧凑、工作可靠和维护费用少等多种优点。 （2）热管特点： ① 极高的传热性能 随管内工质的不同，传热系数达 107W/m2.℃,是
普通碳钢的数万倍。 ② 低温差下高传输热量能力 一根直径 12.7mm， 1000mm 的紫铜 长
棒，两端温差 100℃时传输 30W 的热量；而一根直径、长度的热 管传输 100W 的热量，两端温差只需几度； ③ 换热两流体均走管外，可以翅片化以强化传热； ④ 单管作业性：由热管组成的换热设备单根热管损坏对设备的换热影 响不大，即使部分热管损坏也不会影响的政正常运行； ⑤ 热源分汇：在设计可以随意调整热管冷却段和蒸汽段的换热长度， 以控制热管的壁温，因此可以使热管换热器避开露点。这样就可避 开露点腐蚀、不易积灰；
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（4）采用热管余热锅炉安全可靠： 由于热管余热锅炉解决管子的磨损、腐蚀，设备的积灰、灰堵，延长 了设备使用寿命，所以选用此设备安全可靠。 四、主要技术经济指标： 1、烟气参数： 烟道气流量：230000 Nm3/h 烟道气温度：280～300℃ 烟道气压力：- 350Pa 烟道气成份如下： 焦炉废烟气成分组成（%） CO2 6.41% H2O 20.06% O2 3.68% N2 69.85%
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一、焦化工艺概述： 煤车间送来的配合煤装入煤塔，装煤车按作业计划从煤塔取煤，经计 量后装入炭化室内。煤料在炭化室内经过一个结焦周期的高温干馏制成焦 炭并产生荒煤气。 炭化室内的焦炭 成熟后，用推焦车推 出，经拦焦车导入熄 焦车内，并由电机车 牵引熄焦车到熄焦 塔内进行喷水熄焦。 熄焦后的焦炭卸至 凉焦台上，冷却一定 时间后送往筛焦工段，经筛分按级别贮存待运。 煤在炭化室干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化室顶部空间， 经过上升 管、桥管进入集气管。约 700℃左右的荒煤气在桥管内被氨水喷洒冷却至 90℃左右。荒煤气中的焦油等同时被冷凝下来。煤气和冷凝下来的焦油等 同氨水一起经过吸煤气管送入煤气净化车间。 焦炉加热用的焦炉煤气，由外部管道架空引入。焦炉煤气经预热后送 到焦炉地下室，通过下喷管把煤气送入燃烧室立火道底部与由废气交换开 闭器进入的空气汇合燃烧。燃烧后的废气经过立火道顶部跨越孔进入下降 气流的立火道，再经蓄热室，又格子砖把废气的部分显热回收后，经过小 烟道、废气交换开闭器、分烟道、总烟道、烟囱排入大气。
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3、汽水流程： 工业软化水经过软水泵进入热力除氧器除氧，除氧水一部分由给水泵 输入热管软水预热器预热到后进入汽包，水通过下降管进入中温热管蒸汽 发生器，水吸收热量变成饱和水，饱和水再经上升管进入汽包，在汽包里 进行水汽分离，形成 0.8MPa 的饱和蒸汽，送至蒸汽总管或用户；除氧水 另一部分由给水泵输入低温热管蒸发器，经加热后进入低压汽包，在汽包 内进行汽水分离，形成 0.3MPa 的饱和蒸汽，送至除氧器除氧或给用户。
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成功实施案例：
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 使用单位 唐山达丰焦化有限公司一期 唐山达丰焦化有限公司二期 太原化工股份有限公司焦化厂 唐山滦南东方焦化公司 江西景德镇黑猫焦化集团公司 山西光大焦化气源有限公司 山东新矿内蒙古能源有限公司 山西永鑫煤焦有限公司 内蒙古赤峰九联煤化有限公司 河南利源煤焦集团公司 陕西黄陵煤化工有限公司 山东万山集团公司 天钢集团焦化公司 山东荣信煤化有限公司 山西高义焦化有限公司 四川圣达焦化有限公司 山西立恒钢铁焦化公司 焦碳产量 70 万吨/年 120 万吨/年 80 万吨/年 100 万吨/年 60 万吨/年 80 万吨/年 130 万吨/年 120 万吨/年 100 万吨/年 60 万吨/年 2×130 万吨/年 80 万吨/年 2×60 万吨/年 60 万吨/年 60 万吨/年 50 万吨/年 150 万吨/年 蒸汽产量 8 吨/小时(0.8MPa) 14 吨/小时(0.8MPa) 8 吨/小时(0.8MPa) 10 吨/小时(0.8MPa) 8 吨/小时(0.8MPa) 8 吨/小时(0.8MPa) 15 吨/小时(0.8MPa) 12 吨/小时(0.8MPa) 9 吨/小时(0.8MPa) 7 吨/小时(0.8MPa) 15 吨/小时(0.8MPa) 8 吨/小时(0.8MPa) 6 吨/小时(0.8MPa) 6 吨/小时(0.8MPa) 6 吨/小时(0.8MPa) 5 吨/小时(0.8MPa) 15 吨/小时(0.8MPa)
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（2）省煤器的工作原理为：热流体的热量由翅片热管传给放热端水套管内 的水，水吸收热量，使热流体降温，使套管内的水由欠饱和态达到相 应压力下的饱和态，再进入汽包内参与自然循环过程。 （3）低温蒸汽发生器的工作原理为：热流体的热量由热管传给水套管内的 水(水由下降管输入)，并使其汽化，所产汽、水混合物经蒸汽上升管到 达低压汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不 断将热量输入水套管内的水，并通过外部汽——水管道的上升及下降 完成基本的汽——水循环，达到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。 其低压饱和蒸汽主要应用于系统的热力除氧。 三、余热回收设备主要特点： （1）热管工作原理：（如图 1） 典型的重力热管如图所示， 在密闭 的管内先抽成真空， 在此状态下充入适 量工质，工质吸热后以蒸发与沸腾的形 式转变为蒸汽，在压差作用下，在升至 热管放热段结成液体， 其热量传递给放 热冷流体。冷凝液在重力的作用下，沿 热管内壁返回到受热段，并再次受热汽 化，如此循环往复，连续不断的将热量由一端传向另一端。由于是相变传 热，因此热管内热阻很小，热管的高导热能力与银、铜、铝等金属相比，
4、余热回收的主要原理： （1）蒸汽发生器的原理为：热流体的热量由热管传给放热端水套管内的水 (水由下降管输入)，并使其汽化，所产汽、水混合物经蒸汽上升管到达 汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不断将热 量输入水套管内的水，并通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本 的汽—水循环，达到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。
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2011 年 5 月 3 日，山西省独立焦化企业首个焦炉烟气余热回收利用 项目在太化集团公司焦化厂实现并网供汽投入生产。该项目的投产为山西 省焦化行业进一步降低能耗起到了示范作用。 太化焦化厂现有 4.3 米捣固焦炉两座，年生产能力 90 万吨，烟气排 放量每小时约 14 万标准立方米，烟气排放温度约 280℃。一直以来太化 焦化厂同国内大多数焦化企业一样，焦炉烟气均为直接排放，热量浪费严 重。2010 年 10 月，太化焦化厂为进一步挖掘节能潜力，与天津华能能源 设备有限公司合作正式立项实施焦炉烟气余热回收项目，采用热管锅炉回 收焦炉烟气余热生产过热蒸汽，代替煤气锅炉生产蒸汽。2011 年 4 月 28 日，该项目完成施工和设备安装，提前竣工。 据了解，太化焦化厂焦炉烟道废气余热回收项目投产后，每年可利用 焦炉烟道废气余热副产 0.8MPa 过热蒸汽 6.9 万吨。按目前蒸汽市场价格 计算，可降低生产成本 70 余元，节约锅炉加热用煤气 1100 万立方米，吨 焦综合能耗降低 10 千克标准煤，同时二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮排放 量明显减少，达到了减少废气排放，改善大气环境，降低能源消耗，提高 经济效益的目标。(中国化工报)
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该项目是 130 万吨焦化炉，为节能环保，达到节能降耗的目的，拟利 用热管余热回收装置对冷却烟气进行余热回收。 从焦炉来的 280℃的循环冷 却气经过余热锅炉温度降至 170℃以下，同时产出 0.8MPa 蒸汽与外部蒸汽 管网并网，实现对废热烟气的余热利用，废热烟气通过引风机引出入大气。 对于其中经总烟道进入烟囱热烟气的仍有较大的余热回收价值。该方 案就是为回收这一部分烟气的余热而设计。 二、焦化余热回收工艺流程图 1、烟气流程： 在地下主烟道 翻板阀前开孔， 别分 将两个主烟道热烟 气从地下主烟道路 合并引出， 经余热回 收系统换热降温后， 将热烟气降至约 170℃，经锅炉引风 机再排入主烟道翻 阀后的地下烟道，经烟囱排空。 2、余热回收系统的组成： 该系统由软化水处理装置、除氧器、水箱、除氧给水泵、锅炉给水泵、 中温热管蒸气发生器、软水预热器、低温热管蒸气发生器、汽包、上升管、 下降管、外连管路和控制仪表、锅炉引风机等组成，并且互相独立。
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⑥ 热管与换热器单支点焊接，避免由热帐冷缩造成的应力。 （3）根据热管特点，综合热管式余热锅炉的特点： ① 传热系数高：废气和水及水蒸气的换热均在热管的外表面进行，而 且废气热管外侧为翅片，这样换热面积增大，传热得到强化，因而 使换热系数得到了很大的提高。 ② 彻底解决泄漏问题：热管单管作业，冷热流体完全隔开，有效防止 水汽系统的泄漏。在运行时，废气的大量冲刷，即使管子一端被腐 蚀传，只能使该热管失效，而管子另一端是完好的，不会造成冷侧 的汽水泄漏到热侧，确保了系统的安全运行，彻底解决了设备泄漏 问题。这也是该设备有别于一般烟道中余变回收设备的最大特点。 ③ 减轻露点腐蚀：热管余热锅炉每一根管子的壁温是一个值，这就使 相当一批热管在酸露点以上工作，当壁温比酸露点高 1℃以上时， 就可以避免露点腐蚀。 通过调节热管冷热段受热表面的比例来调整 管壁温度，避开最大腐蚀区。 ④ 减轻积灰及灰堵问题：热管余热锅炉避开了露点，管壁不结露，就 大大减少了灰的附着力，而且热管余热锅炉从设计上更科学合理， 使其本身就具有一定的自吹灰能力。 ⑤ 阻力损失小，可以适用于老机组的改造。一般情况下，增加了余热 回收设备，热废气的阻力增加在 800Pa 左右。 ⑥ 单根或多根热管的损坏不影响设备整体使用。
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单位重量的热管可多传递几个数量级的热量，所以能以较小的温差获得较 大的传热率，且结构简单，具有单向导热的特点，特别是由于热管的特有 机理使冷热流体间的热交换均在管外进行，这就可以方便地进行强化传热。 此外，由于热管内部一般抽成真空，工质极易沸腾与蒸发，热管启动非常 迅速。 热管这种传热元件，可以单根使用，也可以组合使用，根据用户现场 的条件，配以相应的流通结构组合成各种形式换热，热管换热器具有传热 效率高、阻力损失小、结构紧凑、工作可靠和维护费用少等多种优点。 （2）热管特点： ① 极高的传热性能 随管内工质的不同，传热系数达 107W/m2.℃,是
普通碳钢的数万倍。 ② 低温差下高传输热量能力 一根直径 12.7mm， 1000mm 的紫铜 长
棒，两端温差 100℃时传输 30W 的热量；而一根直径、长度的热 管传输 100W 的热量，两端温差只需几度； ③ 换热两流体均走管外，可以翅片化以强化传热； ④ 单管作业性：由热管组成的换热设备单根热管损坏对设备的换热影 响不大，即使部分热管损坏也不会影响的政正常运行； ⑤ 热源分汇：在设计可以随意调整热管冷却段和蒸汽段的换热长度， 以控制热管的壁温，因此可以使热管换热器避开露点。这样就可避 开露点腐蚀、不易积灰；
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（4）采用热管余热锅炉安全可靠： 由于热管余热锅炉解决管子的磨损、腐蚀，设备的积灰、灰堵，延长 了设备使用寿命，所以选用此设备安全可靠。 四、主要技术经济指标： 1、烟气参数： 烟道气流量：230000 Nm3/h 烟道气温度：280～300℃ 烟道气压力：- 350Pa 烟道气成份如下： 焦炉废烟气成分组成（%） CO2 6.41% H2O 20.06% O2 3.68% N2 69.85%
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一、焦化工艺概述： 煤车间送来的配合煤装入煤塔，装煤车按作业计划从煤塔取煤，经计 量后装入炭化室内。煤料在炭化室内经过一个结焦周期的高温干馏制成焦 炭并产生荒煤气。 炭化室内的焦炭 成熟后，用推焦车推 出，经拦焦车导入熄 焦车内，并由电机车 牵引熄焦车到熄焦 塔内进行喷水熄焦。 熄焦后的焦炭卸至 凉焦台上，冷却一定 时间后送往筛焦工段，经筛分按级别贮存待运。 煤在炭化室干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化室顶部空间， 经过上升 管、桥管进入集气管。约 700℃左右的荒煤气在桥管内被氨水喷洒冷却至 90℃左右。荒煤气中的焦油等同时被冷凝下来。煤气和冷凝下来的焦油等 同氨水一起经过吸煤气管送入煤气净化车间。 焦炉加热用的焦炉煤气，由外部管道架空引入。焦炉煤气经预热后送 到焦炉地下室，通过下喷管把煤气送入燃烧室立火道底部与由废气交换开 闭器进入的空气汇合燃烧。燃烧后的废气经过立火道顶部跨越孔进入下降 气流的立火道，再经蓄热室，又格子砖把废气的部分显热回收后，经过小 烟道、废气交换开闭器、分烟道、总烟道、烟囱排入大气。
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3、汽水流程： 工业软化水经过软水泵进入热力除氧器除氧，除氧水一部分由给水泵 输入热管软水预热器预热到后进入汽包，水通过下降管进入中温热管蒸汽 发生器，水吸收热量变成饱和水，饱和水再经上升管进入汽包，在汽包里 进行水汽分离，形成 0.8MPa 的饱和蒸汽，送至蒸汽总管或用户；除氧水 另一部分由给水泵输入低温热管蒸发器，经加热后进入低压汽包，在汽包 内进行汽水分离，形成 0.3MPa 的饱和蒸汽，送至除氧器除氧或给用户。