夹套式焦炉上升管荒煤气余热回收工艺技术的改进与完善
焦炉荒煤气余热回收技术应用分析
第６期 收稿日期：２０１８－０２－０２作者简介：姜 崴（１９７３—），山东乳山人，本科，高级工程师，１９９７年毕业于太原理工大学精细化工专业，目前从事工艺设计方面的工作。
焦炉荒煤气余热回收技术应用分析姜 崴（山西国控环球工程有限公司，山西太原 ０３００２４）摘要：焦炉荒煤气含有大量的焦炉热量。
纵观传统焦化工艺，处于集气管内的焦炉荒煤气需要利用喷氨水的手段将其冷却降温，这种做法既会损耗多量的电能，还会导致荒煤气热量的浪费。
本文将结合焦炉荒煤气的特点，分析和探讨焦炉荒煤气余热回收技术。
关键词：荒煤气；余热回收；应用分析中图分类号：ＴＱ０８３．４；ＴＱ５２０．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）０６－０１０９－０１ 我国焦炭产量在世界范围内处于前列，然而整体科技水平不高，许多焦化企业面临着亏损。
我国焦炭大部分被用来炼铁。
焦炉荒煤气携带着大量的热量，不合理利用的话会造成巨大的损耗。
鉴于这一现实情况，焦化企业要积极调整工艺结构，优化和完善焦炉荒煤气余热回收技术。
１ 焦炉荒煤气以及煤焦油结焦的特征荒煤气内含有多种成分，不仅含有净煤气，还含有硫化氢、煤焦油、水分等成分。
硫化氢作为荒煤气中的成分之一，在干燥状态下不会对金属造成腐蚀和破坏。
然而，当焦化企业利用换热器回收荒煤气时，由于换热器壁面与荒煤气之间的温度差异，会导致水蒸气凝结或煤焦油凝结，使得可融入水的硫化氢在水蒸气或煤焦油之中溶解，进而对换热器的金属壁面造成严重的腐蚀破坏，对设备的安全使用造成威胁，可能导致严重的安全隐患。
煤焦油内含有多种成分，根据沸点的高低可分为沥青、蒽油、洗油等成分。
实践证明，煤焦油的凝结温度为４５０℃，凝结之后的煤焦油会顺着换热器的避免往下流动，当流动到换热器的底部时，凝结后的煤焦油在炭化室的高温辐射下得到再一次分解，其中煤焦油中的固体成分将在换热器表面附着，导致积碳现象。
当换热器避免的温度远远低于煤焦油的温度时，煤焦油会迅速冷凝成为结焦，这些现象都是制约焦炉荒煤气余热回收技术发展的难题，攻克焦炉上升管换热器运行问题有助于促进荒煤气余热回收技术的发展。
荒煤气带出热的回收和利用技术
焦炉输出热量的充分利用
高效回收利用在炼焦过程中产生的余热资源是资 高效回收利用在炼焦过程中产生的余热资源是资 源节约、环境友好的绿色焦化厂节能的主要方向和潜 源节约、环境友好的绿色焦化厂节能的主要方向和潜 力所在， 效率的主要途径之一。 力所在，也是提高 效率的主要途径之一。通过对炼 焦过程输入端和输出端能量流分析得出： 焦过程输入端和输出端能量流分析得出： □出炉红焦显热约占焦炉输出热的37％——CDQ 出炉红焦显热约占焦炉输出热的37％ 焦炉输出热 CDQ
日本煤炭能源中心（简称JCOAL） 日本煤炭能源中心（简称JCOAL）在焦炉旁安装 JCOAL 一个COG重整装置， 1200～1250℃高温下对COG进 一个COG重整装置，在1200～1250℃高温下对COG进 COG重整装置 高温下 行重整，生成合成气。目前已在日本三井矿山焦化 行重整，生成合成气。 厂的焦炉间台进行了一孔炭化室无催化转化技术实 厂的焦炉间台进行了一孔炭化室无催化转化技术实 验，正在建设三孔炭化室试验装置。 正在建设三孔炭化室试验装置。
上 升 管
热管换热器
750℃ 锅炉给水
用锅炉回收荒煤气热量
750℃荒煤气 750℃荒煤气
xMPa
锅
300～ 300～500℃ 荒煤气去净化车间
上 升 管
锅炉给水
用半导体温差发电回收荒煤气热量
荒煤气去净化车间 温 差 发 电 机 发 电 模 块 热 发电
焦 炉
过去用水套管回收荒煤气热量
上升管 荒煤气去净化车间 冷水 水夹 套式 上升管
1.1 回收焦炉荒煤气带出热 出热占焦炉总热量36％ 出热占焦炉总热量36％。 36 为了冷却高温的荒煤气必须喷洒大量70℃～ 为了冷却高温的荒煤气必须喷洒大量70℃～75℃ 70℃ 循环氨水， 循环氨水，高温荒煤气因循环氨水的大量蒸发而被冷 却至82℃～85℃，再经初冷器冷却至22℃～35℃， 却至82℃～85℃，再经初冷器冷却至22℃～35℃，荒 82℃ 22℃ 煤气带出热量被白白浪费。 煤气带出热量被白白浪费。 煤气在集气管冷却时所放出的热量中约有75～ 煤气在集气管冷却时所放出的热量中约有75～80 75 用于蒸发氨水、10～15％使氨水升温， ％用于蒸发氨水、10～15％使氨水升温，而集气管的 散热损失约占10％ 散热损失约占10％。 10
焦炉用上升管换热器余热回收中试研究
焦炉用上升管换热器余热回收中试
研究
焦炉是一个重要的钢铁生产设备，它能够将粗铁矿石通过高温反应转化为高品质的铁合金。
这是一个极为能源密集型的过程，需要大量燃料来维持高温反应。
然而，同时也会产生大量的余热，如果这些余热不能被恰当地回收利用，将会浪费大量能源并加重环境负担。
为了解决这个问题，研究人员开始探索焦炉上升管换热器的余热回收利用。
研究表明，焦炉上升管换热器的余热可用于供热、热水和发电等领域。
但是，在实际应用中，由于技术难度和成本等问题，这种方法并未得到广泛的应用。
为了进一步探究这种余热回收利用的可行性，一些研究人员进行了中试研究。
他们设计了一套焦炉上升管换热器的余热回收系统，并对其进行了实际操作和数据分析。
通过对系统的操作和数据分析，研究人员得到了以下结论：
1.焦炉上升管换热器的余热回收利用方案具有可行性。
2.通过数据分析，系统的回收效率表现良好，可达到预期的回收效果。
3.中试结果表明，系统的成本和运营费用较高。
将来需要进一步降低成本和费用才能推广应用。
以上结论表明，焦炉上升管换热器的余热回收利用方案是可行的，但仍需要进一步改进和优化。
随着技术的发展和成本的下降，这种方案将会得到更广泛的应用。
总之，通过中试研究，我们发现焦炉上升管换热器的余热回收利用方案具有广阔的发展前景。
未来，更多的研究人员将会继续探索和完善这种系统的技术，在推广应用上取得更好的成果。
钢铁厂炼焦炉上升管余热回收技术发展及应用
钢铁厂炼焦炉上升管余热回收技术发展及应用摘要传统荒煤气冷却工艺造成大量显热流失浪费，同时消耗淡水资源带来环境压力。
在技术人员的多年努力下，上升管余热回收技术及装置已日臻成熟并得到了推广应用，创造了良好的经济和环保效益。
一、钢铁联合企业炼焦工序余热资源长流程钢铁生产工艺，高炉炼铁工序中作为还原剂的主要原料是焦炭。
用于还原铁矿石中的铁元素，生产出的生铁供给后续炼钢车间炼钢。
高炉内的化学方程式为：Fe0+C=Fe+CO。
钢铁联合企业一般自备炼焦炉系统生产焦炭满足生产需求。
焦炭由炼焦煤在炼焦炉碳化室中，隔绝空气高温干馏去除有机质、挥发分生成。
炼焦生产过程中有三种余热资源产生：红焦显热、烟道废气显热、荒煤气显热。
各自在焦炉总体热量消耗中所占比例分别为：37%、17%、36%本文讨论荒煤气显热的回收----上升管余热回收技术：二、炼焦炉上升管余热（荒煤气显热）回收的必要性红焦炭带出的显热及烟道废气显热，通过采用成熟可靠的干熄焦发电装置和烟道余热锅炉已实现有效回收利用。
但荒煤气的显热由于种种因素一直没有好的办法来回收。
传统工艺为便于后工序的煤气净化与处理，普遍的做法是:先在桥管和集气管喷洒循环氨水与荒煤气直接接触，靠循环氨水大量气化，使荒煤气急剧降温至80～85℃；降温后荒煤气在初冷器中再用冷却水间接冷却至常温。
所得到的效果是:荒煤气被冷却，其中所夹带的粉尘被清洗除去，绝大部分焦油蒸汽冷凝、萘凝华(并溶于焦油)而被脱除，为煤气的输送、深度净化和化学产品回收创造了较好的条件。
上述过程对荒煤气的冷却和初步净化而言是高效的，但在热力学上却是不完善的。
第一、该回收的能量未回收。
荒煤气在桥管和集气管内急剧降温─增湿过程是高度不可逆过程，其物理显热损失达90%以上.第二、冷却水耗量大。
荒煤气从650～850℃降温至常温所放出的热量绝大部分是在初冷器中靠冷却水移除的（以两段循环水一段深冷水的横管初冷器为例，冷却水总比用量约43t/km3）。
焦化厂上升管余热回收利用技术研究
焦化厂上升管余热回收利用技术研究
刘文凯
【期刊名称】《能源科技》
【年(卷),期】2024(22)3
【摘要】传统焦炉生产工艺荒煤气余热没有加以利用,造成能源浪费。
针对120万t/a焦化项目5.5 m捣固焦炉的结构特点,提出了一种“上升管余热回收利用”的改造方案,安装余热回收设备重新回收余热用于生产低压饱及蒸汽及过热蒸汽,并利用蒸汽完全替代粗苯管式炉。
研究结果表明:改造方案可以节省大量煤气,减少冷却水消耗,同时解决了燃烧排放问题和明火燃烧的安全隐患。
用蒸汽替代粗苯管式炉后,不再向空气直接排放氮氧化物和粉尘颗粒物,既是节能项目,又是安全环保项目,可为同类焦化行业提供参考。
【总页数】5页(P68-71)
【作者】刘文凯
【作者单位】国家能源集团煤焦化公司巴彦淖尔水务公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ520.5
【相关文献】
1.上升管余热利用技术在新钢焦化厂的应用
2.焦化厂粗煤气上升管余热利用实验研究
3.上升管余热回收技术在新钢焦化厂的应用前景
4.浅谈广西钢铁焦化厂上升管余热回收利用
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焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果【摘要】焦炉上升管余热回收利用系统是一项重要的能源回收技术，可以有效地提高能源利用效率和降低生产成本。
本文介绍了焦炉上升管余热回收利用系统的工艺原理、系统组成、运行效果评价、应用案例和节能效果分析。
通过对该系统运行效果的评价和应用案例的分析，可以看出该技术在工业生产中具有重要的应用价值。
节能效果分析显示，焦炉上升管余热回收利用系统能够显著减少能源消耗并降低碳排放。
总结了该系统的重要性并展望了未来的发展前景。
焦炉上升管余热回收利用系统的不断完善和推广应用将为工业生产带来更多的节能效益，对于推动可持续发展具有重要意义。
【关键词】焦炉，上升管，余热回收利用系统，应用，运行效果，工艺原理，系统组成，评价，应用案例，节能效果分析，重要性，未来发展前景，总结1. 引言1.1 焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果焦炉上升管余热回收利用系统被广泛应用于焦化行业，其运行效果备受关注。
通过对余热的回收利用，可以有效提高能源利用效率，减少能源消耗，降低生产成本，实现节能减排的目标。
焦炉上升管余热回收利用系统还能改善环境质量，减少对大气环境的污染，符合可持续发展的要求。
在实际应用中，焦炉上升管余热回收利用系统能够有效提高热能的利用率，延长设备的使用寿命，提高生产效率。
通过科学设计和优化操作，系统可以实现较高的热效率，达到节能减排的效果。
系统运行稳定可靠，保障了工业生产的正常进行，为企业创造了经济效益和环境效益。
焦炉上升管余热回收利用系统在实际应用中取得了显著效果，有利于提高工业生产的可持续发展水平，实现经济效益和环境效益的双赢。
未来，随着技术的不断进步和应用经验的积累，焦炉上升管余热回收利用系统的应用前景将更加广阔，为推动工业节能减排、实现可持续发展作出更大贡献。
2. 正文2.1 工艺原理焦炉上升管余热回收利用系统的工艺原理主要是通过将焦炉排放的高温废热经过余热回收系统进行回收利用。
科技成果——焦炉荒煤气显热回收利用技术
科技成果——焦炉荒煤气显热回收利用技术适用范围钢铁、焦化行业焦炉荒煤气余热回收行业现状据统计，在我区钢铁和焦化行业，从焦炉炭化室出来的650℃-800℃荒煤气带出的余热约占焦炉热量损失的36%，相当于39kgce/吨焦。
目前，传统的焦炉荒煤气冷却工艺采用喷洒大量70℃-75℃的循环氨水冷却高温荒煤气，荒煤气温度降低后，进入煤气初冷器，再由循环水和低温冷却水进一步降低温度到21℃左右，而高温荒煤气带出的余热无法利用。
该工艺流程不仅浪费了大量的荒煤气余热，而且消耗大量氨水，浪费大量的水资源和电力。
成果简介1、技术原理通过上升管换热器结构设计，采用纳米导热材料起导热作用，并防止荒煤气腐蚀和焦油附着，采用耐高温耐腐蚀合金材料最大限度地适应了荒煤气运行的恶劣工况。
特殊的几何态构体结构，合理地将换热和稳定运行有机结合，将焦炉荒煤气利用上升管换热器和除盐水进行热交换，产生饱和蒸汽，将荒煤气的部分显热回收利用，实现节能。
2、关键技术（1）换热器防漏水技术采用纳米导热层、耐磨耐腐耐高温合金层、金属导热层（无缝钢管）的三层保护结构材料，与荒煤气接触部分无任何焊缝，保证换热水不会漏入上升管内部，确保工艺安全。
换热器换热结构采用自行研发的几何态换热结构形式，将水封闭在三层以外的密闭空间进行换热。
（2）换热器防堵塞技术在结焦过程中，特别是存在大量荒煤气的阶段，可实现荒煤气出口温度与进水流量的全自动控制调节，将荒煤气出口温度控制在450℃以上。
同时，上升管换热器的内壁采用耐高温进口纳米导热材料，耐热温度为1800℃，经过500℃高温后内表面形成均匀光滑而又坚固的釉面，不易造成焦油凝结，即使结焦也不易附着，便于清除。
3、工艺流程除盐水经过除氧后通过给水泵送入汽包，汽包底部的强制循环水泵将一定压力的除氧水送入上升管换热器，在上升管换热器内的除氧水经换热后，返回汽包，在汽包内进行汽液分离，饱和蒸汽根据用户需求条件，通过管道供给用户。
焦炉上升管余热回收技术
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｏ ｆ ｒ ａ ｗ ｇ ａ ｓ ｈ ｅ ａ ｔ —ｒ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｓ ｔ ｅ ａ ｍ
焦炭 生产 过 程 中 ，配合 煤 在 焦炉 中被 隔绝 空
前焦化 工艺 是依靠 喷洒低 压氨水对荒煤气进行 冷却降温 ，造成 了荒煤气大 量显热 的 白白浪 费。 文章介 绍一 种较为 有效和可靠的上升管余 热 回收工艺 装置 ，可较好 地回收荒 煤气 显热生 产低
压饱 和 蒸 汽 ，节 约 能 源 。 关键 词 荒煤气显热 余 热 回收 饱 和蒸 汽
气加热 于 馏 ，生 成 焦 炭 的 同 时 产 生 大 量 的 荒 煤
１ 项 目简 介
１ ． １ 工 艺 流程
气 。６ ５ ０～ ７ ５ ０ ￣ （ ２ 焦炉 荒 煤 气 带 出 热 （ 中温 余 热 ）
占焦 炉支 出热 的 ３ ６ ％。
该焦 炉 荒煤气 水 套 管余 热 利用技 术设 计 有汽
Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ ｃ ｏ ｋｅ ｏ ｖ ｅ ｎ ｒ ｉ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｕｂ ｅ ｈｅ ａ ｔ— — ｒ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｚｈ ａ ｎ ｇ ｈ ｕａ ｉ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｘｕ ｂ ａ ｏ ｘ ｉ ａ ｎ Ａｎ ｚ ｈ ａ ｎｌ ａ ｉ
后经过补水泵送人缓冲水槽 ，再经给水泵送到汽
包 ，之后 通 过 强制循 环 泵进 入 ５ 、６号焦 炉 ９ ０组 上升 管换 热装 置 。通过 换 热装 置利 用焦 炉荒 煤 气 显 热加 热循 环水 ，由上 升 管换 热后 产生 的汽水 混 合物 返 回汽 包进 行 汽水 分离 ，蒸汽直 接 并 人焦 化 现有 低压 蒸 汽 管 网 ，冷 凝 液则 通过 热水 循环 泵 返
焦化工艺中荒煤气余热回收系统设计研究
优点： ①安全 可靠性好 。 由于氮气 在换 热器夹套 内部 未发生相变 ， 压力 变化不 大， 可视为常压操 作 。②可 避免换热装
会造成浪费。
上升 管换 热装 置 中冷 却介 质 的选 择也 是荒 煤气余 热 回收 的关 键之一 。 传统 的上升管换热装置用 水作 为换热工质 ， 在装 置中受热变
为 蒸 汽 ， 生 了 相 变 ， 统 装 置 要 发 系
４上升管换热器热平衡Байду номын сангаас算 ． （） １换热器热平衡体 系的建立 。
以一 个上 升管 换 热装 置 为研 究对
象， 按照 图 ３建立热平衡体 系。 由图 ３可得热量平衡 方程式 ， 中 式 ∑ｐ误 为计算过程 中不可避免的误差 ， 要 求误差率 △误 ±５ ％：
∑Ｑ ＝ ∑Ｑ氯＋ ∑Ｑ误 （） １
受 到汽化上 限压力 的限制 ， 并且存 在诸多安全 隐患 ； 用有机物作 为换 热介 质时 ， 系统较复 杂 ， 且受 上 并 限使用温度 和使用成本的限制。如
２ 夹套 内径 ； 一 上 升 管 直 管段 一 ｈ
图 ２ 膜 式 上 升 管 受热 面 布 置
（） ２ 荒煤气参数的选择及计算 。
４３ 焦 炉 上 升 管 荒 煤 气 出 口温 度 ．ｍ 约 为 ６ ０Ｃ，考 虑 到 上 升 管 内壁 焦 油 冷 ５￣
热 管 换 热 技 术 以金 属 钾 作 为 换 热
结 构 ， 套 厚 度 与原 上 升 管 耐 火 材 夹
复杂 ； 用导 热油 作为换 热工 质 ， 热油 导 容易发 生变质 、 泄露 ， 投资 运行 费用 较 高。 因此 ， 本文在分 析总结现有上 升管 余热 回收装置 利弊的基础 上 ， 提出采用 氮气作为 回收荒煤气显热 的介质 。
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果焦炉上升管余热回收利用系统是一种有效的能源利用技术，它可以将焦炉产生的高温废热转化为电能或蒸汽，用于生产过程中的加热或发电，从而提高能源利用效率，减少能源消耗和环境污染。
近年来，随着环保和节能政策的不断加强，焦炉上升管余热回收利用系统在钢铁行业得到了广泛应用，并取得了显著的经济和环保效果。
焦炉上升管是焦炉的一个重要组成部分，其主要作用是输送高温煤气和焦炉煤气，供给焦炉顶喷嘴进行煤气加热和焦炭干馏。
在这个过程中，焦炉上升管会产生大量的高温废热，如果这部分废热得不到有效利用，不仅会造成能源的浪费，还会对环境造成一定的影响。
1. 提高能源利用效率2. 减少环境污染焦炉上升管余热回收利用系统不仅可以减少能源的消耗，还可以减少对环境的污染。
通过有效的能源回收利用，系统可以减少焦炉废气的排放，降低大气污染物的排放量，减少了对大气环境的影响，有利于改善环境质量，保护生态环境。
3. 经济效益显著焦炉上升管余热回收利用系统的建设和运行成本相对较低，而且能够实现能源的再生，大大节省了生产成本。
通过发电和蒸汽的产生，系统还可以实现能源的自给自足，为企业创造了可观的经济效益。
三、焦炉上升管余热回收利用系统的发展前景未来，随着焦炉上升管余热回收利用技术的不断进步和成熟，系统的运行效率将进一步提高，应用范围将进一步扩大，将成为工业企业进行节能减排的重要手段之一。
政府和行业协会应加大对焦炉上升管余热回收利用技术的推广力度，加强政策引导和资金扶持，推动相关企业不断提高技术创新，提高系统的运行效率，促进清洁生产和可持续发展。
焦炉上升管余热回收利用系统是一种具有良好应用前景和广泛推广价值的能源利用技术，它可以为工业企业提供可观的经济效益，减少环境污染，有利于提高资源利用效率和环境保护水平。
希望通过各方的共同努力，焦炉上升管余热回收利用技术在我国得到进一步推广和应用，为工业企业的可持续发展和社会经济的可持续发展做出更大的贡献。
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果随着工业化的发展，能源的需求越来越大，而能源资源的有限性也使得各行业开始尝试寻找更加环保和节能的解决方案。
在焦化工业中，焦炉是常用的设备之一，而在焦炉的运行过程中会产生大量的余热，如果能够将这些余热有效地回收利用，不仅可以降低能源消耗，还可以减少对环境的影响。
焦炉上升管余热回收利用系统的应用越来越受到焦化企业的重视。
焦炉上升管是焦炉中的一个关键部件，它承载着焦炉的炉内煤气和焦气，同时也会在运行过程中产生大量的余热。
传统的焦炉上升管余热是通过烟气排放的形式散失掉的，但是现在可以通过余热回收系统对这部分余热进行回收和利用，减少能源消耗，降低焦化企业的生产成本。
焦炉上升管余热回收利用系统的应用主要分为两个方面：一是直接用于提高水蒸汽的温度和压力，产生高温高压蒸汽用于汽轮机发电，将余热转化为电能；二是间接利用余热提高空气和水的温度，提高了焦炉内部的热效率，从而减少了对燃料的消耗。
为了更好地使用焦炉上升管余热，焦化企业通常会对系统进行优化设计，包括加装余热回收设备、调整管道布局和提高回收设备的效率等。
通过这些措施，可以大大提高焦炉上升管余热的回收利用率，实现能源高效利用和节能减排的目标。
焦炉上升管余热回收利用系统的运行效果直接关系到焦化企业的生产成本和环保效益。
通过对焦炉上升管余热的有效回收利用，焦化企业可以获得一系列的运行效果。
焦炉上升管余热回收利用系统可以显著降低焦炉的能源消耗。
由于余热回收系统可以将大量的余热转化为实际可用的能源，因此可以减少焦化企业在燃料消耗上的支出。
这对于提高企业的竞争力和盈利能力具有重要意义。
据统计，通过焦炉上升管余热回收利用系统，可以降低焦炉的标准煤耗量，降低运行成本。
焦炉上升管余热回收利用系统可以提高焦炉的生产效率。
余热回收系统可以有效提高焦炉内部的热效率，使得焦炉的生产能力得到提升。
通过提高焦炉内部的热效率，焦炉的生产效率得到提高，减少了烟气的排放，减少了对环境的影响。
焦炉上升管荒煤气显热回收节能技术改造案例-焦炉上升管荒煤气高温显热高效高品位回收技术2019年
焦炉上升管荒煤气高温显热高效高品位回收技术技术适用范围适用于冶金、焦化等行业的焦炉上升管荒煤气显热回收领域。
技术原理及工艺采用无应力复合间壁式螺旋盘管上升管换热器结构，对焦炉上升管内排出的800℃高温荒煤气进行高效高品位显热回收，降温幅度150～200℃，回收热量可用于产生≥1.6MPa饱和蒸汽、或对蒸汽加热至400℃以上、或产生≥260℃的高温导热油，可替代脱苯管式加热炉。
系统原理图如下：技术指标（1）产汽压力：≤5.0MPa；（2）吨焦产汽量：≥120kg（6m顶装焦炉）；（3）过热蒸汽温度：≥400℃。
技术功能特性（1）可直接产中低压饱和蒸汽；（2）可产生高温导热油；（3）加热过热蒸汽。
应用案例徐州华裕煤气公司改造项目。
技术提供单位为南京华电节能环保设备有限公司。
（1）用户用能情况简单说明徐州华裕煤气公司年产130万吨焦炭的5.5m高捣固焦炉上投运了1年半，产生的≤2.5MPa、≤250℃过热蒸汽用于发电。
（2）实施内容与周期改造了1座焦炉的65孔上升管。
将原焦炉的上升管更换为上升管换热器。
采用导热油强制循环系统，回收上升管内荒煤气热量，采用导热油蒸发器产生2.5MPa、250℃高品质过热蒸汽用于发电。
降低荒煤气的排出温度，实现荒煤气余热回收的目的。
主要设备包括上升管换热器、导热油蒸发器、导热油过热器、导热油强制循环泵、给水泵等。
实施周期2个月。
（3）节能减排效果及投资回收期项目改造后，平均产汽量为10t/h，按年运行8760小时计算，年产蒸汽87600吨。
按蒸汽价格110元/吨计（未扣除减少喷氨增效部分），则65孔的预期年效益（年运行以8760小时计）为（平均）963.6万元/年，折合节约标煤9636tce/a。
投资回收期18个月。
未来五年推广前景及节能减排潜力预计未来5年，推广应用比例可达到15%，可形成节能4.82万tce/a，减排CO213.01万t/a。
科技成果——焦炉上升管荒煤气余热利用技术
科技成果——焦炉上升管荒煤气余热利用技术所属行业焦化适用范围钢铁企业焦炉炼焦工序成果简介1、技术原理焦炉煤气流经上升管时，大量显热放散到空气中，因此在这一环节回收余热，效果将相当明显。
目前国内现有焦炉的焦化工艺流程基本相同，煤在碳化室内干馏过程所产生的高温荒煤气汇集到碳化室顶部空间，先通过上升管，然后经过桥管氨水喷洒进行汽化冷却，使得冷却后的煤气进入到集气管内，然后进入化产回收工段。
焦炉荒煤气的温度将在450℃-850℃左右变化，这个温度足以使水变成蒸汽，因此我们利用上升外围把水加热，再经过汽水分离装置将蒸汽排出，排出的蒸汽可直接利用。
2、关键技术与装备（1）热交换技术；（2）自动控制技术；（3）汽水分离技术。
主要技术指标1、焦炉煤气经上升管后温度：450-650℃；2、蒸汽产量：80kg/t焦；3、蒸汽温度：≥150；4、蒸汽压力：≥0.6MPa；5、节约资源（折合合成标准煤）：10242tce/a。
技术水平产品获得专利授权3项：（1）“一种焦炉上升管换热热能回收装置”，201520115255.2；（2）“一种密筋螺旋式焦炉上升管余热回收装置”，201520329570.5；（3）“一种焦炉上升管水封阀控制结构”，201520571671.3。
典型案例以本钢集团北营焦化厂三区8号焦炉为例。
自2015年8月初，本钢集团北营焦化厂三区8号焦炉的1、2号上升管更换为我公司的专利产品“具有换热功能的上升管”，经历两个月的实验以及零下25℃的寒冷运行考验，由我公司生产具有换热功能的上升管在此实验期间运行良好。
在实验至一个月时，进行了长达48h的干烧破坏性实验，破坏后再通水运行正常，蒸汽产量无变化，也无漏水至碳化室现象。
实验结束后，开始对焦化三区的4.3m×2焦炉的144根上升管进行施工更换，包括所用除盐水、上升管循环装置、上升管本体、阀门管道及相应的仪表。
此项目总额5000万元，目前推广比例1%，结合设计及实验数据，每炼1吨焦产生蒸汽80kg，折合10.08kgce（0.6MPa表压饱和蒸汽），结合本钢北营焦化厂实际焦炭产量为90万t/a，故该项目产生蒸汽7.2万t/a（0.6MPa饱和蒸汽）。
焦炉上升管荒煤气余热利用技术
摘要：在焦炭的生产过程中，煤被焦炉中的隔离空气加热和蒸馏，产生焦炭并产生大量废气，这部分废气即荒煤气。
650℃～800℃荒煤气蕴含大量的余热资源。
本文介绍了焦炉荒煤气余热利用技术，以及两种上升管换热装置。
将荒煤气的显热利用起来用于生产饱和蒸汽、过热蒸汽等，既实现了节能减排，又进一步提高了能源利用率，不仅为环境保护做出了贡献而且创造了可观的经济效益，符合国家的节能政策。
关键词：焦炉荒煤气；上升管换热器；余热利用引言随着我国能源供求矛盾的日趋突出和能源结构不合理问题的严重困扰，除广开能源供应渠道、大力开发利用新能源等措施外，节能新技术、新工艺和节能设备的开发和应用，对于提高我国能源利用效率、促进“十三五”节能减排目标的实现，也具有十分重要的现实意义[1]。
炼焦化学工业是我国国民经济的重要组成部分，焦炭的生产过程为：配合煤在焦炉里隔绝空气的条件下加热干馏，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等过程制成焦炭，过程中产生大量荒煤气。
焦炉荒煤气的温度650℃～800℃，这一部分热量属于中温余热，占焦炉支出热的36％[2]。
从80年代初期国内就开始尝试回收焦化荒煤气带出的这部分显热，但至今未形成成熟、可靠、高效的回收利用技术，焦炉荒煤气余热资源没有得到有效回收利用的现象，造成大量能源浪费[3]。
1荒煤气余热利用技术简介荒煤气余热利用技术是对于占焦炉支出热的36%的中温余热进行利用的技术（见表1）。
利用上升管换热器回收荒煤气中的余热加热水，从换热装置出来的汽水混合物通过汽包进行汽水分离，产生蒸汽产品。
作为钢铁企业中的一个重要生产工序，焦炉生产过程中能源消耗占钢铁总能耗的7%～8%，焦化过程中每吨焦有50千克标煤可以进行回收利用。
上升管荒煤气余热在焦炉生产中热量支出排第二位，该余热资源进行回收后，可产生低压饱和蒸汽11.45万吨/a ，同时，可节约氨水用电量96×104kWh/a 。
目前，国内已经有多家焦化厂采用了上升管荒煤气余热利用技术，河北某大型钢铁企业焦化厂2x45孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术生产压力0.8MPa ，温度175℃的饱和蒸汽供厂区自用；江西某钢铁焦化厂2x63孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术后，产生0.5~0.7MPa 饱和蒸汽进行蒸汽并网；河南某焦化2x55孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术生产过热蒸汽，每年可可产蒸汽约8.8万吨。
关于焦炉荒煤气显热的余热利用
关于焦炉荒煤气显热的余热利用1焦化厂焦炉上升管荒煤气余热回收利用的必要性焦化厂从加煤开始到推焦，从焦炉炭化室推出的950℃～1050℃红焦带出的显热(高温余热)占焦炉支出热的37%(此部分已经由干熄焦得以解决)，650℃～850℃焦炉上升管荒煤气带出热(中温余热)占焦炉支出热的36%(此部分热量一直没有得到有效解决和利用)，180℃～230℃焦炉烟道废气带出热(低温余热)占焦炉支出热的16%(此部分已经由烟道气余热锅炉解决并利用)，炉体表面热损失(低温余热)占焦炉支出热的11%。
我们经过理论计算及中试数据(三钢集团4.3m焦炉)测试表明，焦炉上升管高温荒煤气余热回收后至少能产生0.6MPa饱和蒸汽0.08吨/吨焦，沙钢集团6.0m焦炉测试表明，焦炉上升管高温荒煤气余热回收后至少能产生0.6MPa饱和蒸汽0.12吨/吨焦，唐山达丰5.5m焦炉测试表明，焦炉上升管高温荒煤气余热回收后至少能产生0.6MPa 饱和蒸汽约0.1吨/吨焦，2014年数据统计，我国焦炭产量约4.3亿吨，如将上升管全面改造，测算下来至少可回收3870万吨的0.6MPa 饱和蒸汽，折合标煤约355万吨，年可减排二氧化碳量885万吨，二氧化硫26万吨，氮氧化物13万吨，节能又减排。
焦炉荒煤气的余热利用得以实施和推广，目前对治理雾霾天气和环境污染治理具有广阔前景。
2焦化厂焦炉上升管荒煤气显热余热回收利用的进程目前世界焦化业传统的方法是喷洒大量70℃～75℃的循环氨水，循环氨水吸热而大量蒸发，使荒煤气温度得以降低，进入后序煤化工产品回收加工工段。
这样的结果是，荒煤气带出的热量被白白浪费掉，既浪费了荒煤气热能，还增加了水资源的消耗和电力的消耗，上升管荒煤气余热回收技术尚未取得实质性突破。
1970年开始，国内外都对上升管荒煤气的余热利用进行了多项次的研究和试验，夹套上升管、导热油、热管技术的应用，最终不能完全解决上升管的简体焊缝拉裂、漏水、漏汽等问题，以及上升管内部焦油和石墨的吸附问题，未及深入开发研究和使用，而搁置下来近30多年。
焦炉上升管荒煤气余热回收利用的相关技术分析
圆园20年第7期焦炉荒煤气是一种具有很大回收和利用价值的炼焦生产副产品,其成分中不仅包含有焦油、粗苯等化工产品可供回收,而且还具有很高的热能。
炼焦生产中约有70%的热量被成熟焦炭和高温荒煤气带走,而其中荒煤气所含有的热能与红焦显热基本相当,由此可见高温荒煤气热量之高。
目前,炼焦生产中对于红焦显热可通过干熄焦技术进行回收利用,其应用已非常广泛,但对于荒煤气余热的回收利用却相对较少。
目前,很多国内焦化企业都采用氨水喷洒的方式来吸收荒煤气热量并给集气管降温,而这部分热量则被循环氨水系统带走后白白浪费了。
随着炼焦热能回收技术的发展,上升管荒煤气余热回收的相关技术也已趋于成熟,在当前倡导节能减排和高质量发展的形势下,为了实现对能源的高效利用,各焦化企业纷纷开始加强对荒煤气余热回收相关技术的研究和应用。
邯钢公司焦化厂通过采用换热器的方式实现了对上升管荒煤气余热的回收利用,为企业带来了良好的经济效益和环境效益。
本文对焦炉上升管荒煤气余热回收利用的好处以及相关技术的应用进行了分析。
一、上升管荒煤气余热回收的好处在焦炭高温干馏过程中,其热量损失主要来自于红焦显热、荒煤气余热、烟道废气热、焦炉炉体表面散热这几部分。
其中红焦显热、荒煤气余热是热量损失的主要部分,两者同属高温余热,分别占到了炼焦过程中热量损失的37%和36%,具有可观的回收利用价值。
红焦显热主要通过干熄焦进行回收,而荒煤气余热主要通过余热锅炉进行回收。
上升管荒煤气余热回收的好处主要有以下几点:1.促进能源高效利用。
碳化室焦炭在高温干馏下产生的荒煤气,由上升管逸出,经集气管送至化产鼓冷工段。
上升管荒煤气余热所携带的热量最多可达到焦炉输出总热量的近40%,与红焦显热基本相当,如果不加以回收利用显然是比较大的能源浪费。
通过在上升管设置余热回收装置,可使大部分荒煤气余热热量得到回收利用,产生的蒸汽可送至蒸汽管网用于工业生产和冬季取暖。
理论数据和相关的试验数据表明,按照50%的回收率计算,每生产1吨成熟焦炭,上升管荒煤气余热回收后至少能产生0.1吨0.8MPa 的饱和蒸汽。
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果焦炉是冶金行业中重要的生产设备，它用于将煤焦化成焦炭和其他副产品。
在焦炉生产过程中会产生大量余热，这些余热如果能够有效回收利用，不仅可以提高能源利用率，还可以减少对环境的影响。
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果备受关注。
一、系统原理焦炉上升管余热回收利用系统是利用焦炉上升管所产生的高温烟气中的余热，通过热交换器和其他设备将其回收并利用。
具体的原理是，在焦炉生产过程中，焦炉上升管所产生的烟气温度通常在1000℃以上，这些高温烟气中蕴含着大量的热能，如果能够将其有效回收利用，就能够为生产过程提供稳定的热能来源。
系统的运行原理主要分为以下几个步骤：1. 高温烟气通过热交换器，将烟气中的热能传递给工作介质（如水或油），使工作介质升温；2. 升温后的工作介质被输送到其他设备中，用于提供热能或驱动动力设备；3. 冷却后的烟气继续从系统中排出，同时在烟气中蕴含的一部分热能被有效回收利用。
通过这样的系统设计，焦炉上升管所产生的余热能够得到有效的回收利用，为整个冶金生产过程提供了更为稳定和可靠的能源支持。
二、系统应用焦炉上升管余热回收利用系统的应用范围非常广泛，不仅可以应用于焦化厂，还可以应用于其他需要大量热能的工业生产过程。
具体来说，该系统可以应用于以下几个领域：1. 冶金行业：对于需要大量热能的冶金生产过程，如钢铁生产、铝合金生产等，焦炉上升管余热回收利用系统可以大幅提高能源利用率，降低生产成本。
2. 化工行业：在化工生产过程中，往往需要大量热能来进行反应、蒸馏等操作，焦炉上升管余热回收利用系统可以为化工厂提供稳定的热能来源。
3. 热电联产：在一些地区，将焦炉上升管余热回收利用于热电联产系统中，可以同时提供热能和电能，实现能源的多元利用。
以上领域仅仅是焦炉上升管余热回收利用系统的部分应用范围，其实该系统可以在需要大量热能的工业生产过程中得到广泛应用。
三、系统优势焦炉上升管余热回收利用系统具有以下几个显著的优势：1. 提高能源利用率：该系统能够有效回收利用高温烟气中蕴含的大量热能，提高能源利用率，降低生产成本。
科技成果——焦炉上升管荒煤气余热利用技术
科技成果——焦炉上升管荒煤气余热利用技术技术类别减碳技术适用范围焦化行业，适用于各种焦炉炉型，占用土地100m2。
行业现状目前在邯钢运行3套系统，安钢运行2套系统。
国内运行套数约20套，在建项目约30套。
成果简介（1）技术原理根据炼焦生产过程热平衡，650℃-750℃焦炉荒煤气带出热（中温余热）占焦炉支出热的36%，焦炉荒煤气带出的显热，采用新型上升管换热器，吸收上升管荒煤气的余热，使荒煤气温度由750℃左右降至450℃后进桥管，实现生产饱和或过热蒸汽供生产使用。
（2）关键技术1、采用新型上升管换热器新型上升管换热器采用纳米氮化铝导热涂层，防止高温荒煤气腐蚀、凝结焦油，内衬防腐材料适应1000℃的高温环境；几何态无缝构体上升管换热器阻止换热水漏入炭化室等。
2、采用变频控制温水强制循环泵为调节控制循环水量，控制焦炉上升管出口荒煤气温度，避免结焦及方便调试，强制循环泵采用变频电机、变频控制，实现流量的实时控制。
3、系统换热计算90根上升管换热器分支的阻力平衡和流量分配，以及该系统各种热介质管道、设备的应力计算采用相应的计算软件ARROW和CAESARⅡ。
（3）工艺流程该项目设施主要分为三大部分：除氧给水泵房、汽包及附近设施、热力管道外线。
焦炉上升管荒煤气余热利用技术工艺流程图除氧给水泵房的流程：根据水质分析和汽包的水质标准，设计采用“外网除盐水——除盐水箱——除氧泵——除氧器——汽包给水泵——汽包”的给水流程。
汽包及附件设施：循环热水分两路自汽包下降管分别流入热水循环泵，再分别进入焦炉下降集管中，经各自的焦炉上升管换热器，变为汽水混合物后，沿上升集管进汽包，完成一个循环。
循环倍率取4-8倍。
主要技术指标荒煤气温度：500-1050℃；资源（能源）条件：软化水或除盐水、循环冷却水、工业用电；吨焦回收热量230-330MJ。
技术水平该技术授权发明专利1项，实用新型专利9项。
该技术于2016年通过了河北省焦化行业协会的技术鉴定会，鉴定结果为该技术节能减排效果显著，整体达到国内外领先水平，在焦化行业具有广阔推广应用前景。
焦炉荒煤气余热回收技术概述
壁 上 的一 组 分 离 式 热 管 的 吸热 端 的 上 、下 两 端 汇
集 ，并分 别 通 过 耐 压 管 路 与 分 离 式 热 管放 热 端 相 联 ，构成 了一 密闭 的循环通 道 ，热 管 内抽真空 注入
一
２０ ０ ６年 ，济钢和 济南冶 金设备 公 司在济钢 ６ｍ
焦 炉的 ５个上升 管上进行 了导热油 回收荒 煤气 热量 的生产试 验 ，利 用新 型结构 的绕带 式换热 器 ，以导 热 油为热 介质 ，回收上 升管 中荒煤 气 的热 量 ，取得 了较 好 的效果 ，为我 国导热 油 回收 荒煤气 热量 的技
定数 量的水 作为传 热介质 ，液 态水在 热管 吸热 端 吸收荒煤 气热 量后变 成蒸 汽 ，沿 管路上 升送入 汽 包
内的分离 式热 管放热 端 ，与汽包 内的水 进行 间接换
热 ，使 汽包产 生蒸 汽 ，可根 据需 要 设 定 排 汽 压力 ， 产 生 的饱 和蒸 汽压力 可调节 高至 １ ６Ｍ ａ以上 ，热 ． Ｐ
年 发展 、提 高 、停滞 及坚 持 的过程 ，并 在武 钢 、马
钢 、鞍 钢 、涟钢 、北 京焦 化厂 、沈 阳煤 气 二厂 、本
升 管根部 由于煤气 聚 冷 易造成 焦 油析 出 ，最 终 引起
结 石墨严 重 。
２ 尽管 国 内对该 技 术 进 行 了不 断 完 善 ，可 靠 ） 性 已较 高 ，但 仍存 在极 大 的管理 风 险 ，易发生 如 上 升管 夹套 内压 过大 或漏 水等 突发 情况 ，均会 对 焦 炉
莱钢 科技
２１ ０ １年 ２月
焦 炉 荒 煤 气 余 热 回收 技 术 概 述
孙 业 新
（ 术 中心） 技
摘 要 ：详 细介绍 了几种 焦炉上 升 管荒煤 气余 热 回收技 术 ，通过 分析 对 比认 为分 离式 热管换 余热 回收 热 管
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夹套式焦炉上升管荒煤气余热回收工艺技术的改进与完善
发表时间：2019-08-27T11:37:26.887Z 来源：《工程管理前沿》2019年第12期作者：左国辉韩雷雷[导读] 阐述了焦炉荒煤气余热回收运行过程中的常见问题及难点。
河北汉尧环保工程有限公司河北石家庄 050031 摘要：本文阐述了焦炉荒煤气余热回收运行过程中的常见问题及难点，通过对工艺装置进行技术改进和完善，有效解决易腐蚀、易析碳
结、换热效率低、水利分布不均、冒黑烟等问题，实现了装置安全、稳定、高效运行，效益明显，对同类项目实施具有一定的参考和借鉴意义。
关键词：余热回收荒煤气上升管
概述
2018年9月底，由我公司设计、实施、调试的宣钢5#、6#焦炉荒煤气显热回收利用改造工程正式完工投运，实现了产生0.5~0.8公斤饱和蒸汽12t/h以上的良好节能效果。
经过历时10个月的生产跟踪和调试改进，掌握和完善了一系列施工和调试过程中的技术提升和工艺优化，在安全生产、环境保护、节能效果等方面得到进一步保障，为今后同类项目设计实施提供了技术积累和经验借鉴。
实施方案及组成
焦化厂2×50孔6米焦炉年产焦炭100万吨，建于2008年，从炭化室经上升管逸出的750℃~850℃荒煤气通过喷洒大量70℃~75℃循环氨水将高温荒煤气冷却至82℃~85℃，再经初冷器冷却到22℃~35℃，荒煤气带出的热量被白白浪费。
针对这一现状，公司通对焦炉及荒煤气参数进行计算，设计一套由补水泵、缓冲水箱、加药装置、给水泵、汽包、强制循环泵、上升管换热器、调节阀组、管网及相关附属设施构成余热回收系统。
整个方案从设计到施工到投运计划总工期5个月，在保证不影响焦化正常生产的情况下进行节能改造。
工艺流程
工艺过程是除盐水通过补水泵进入缓冲水箱，再经给水泵至汽包。
然后水从汽包通过下降管经强制循环泵至上升管换热器，吸热后的汽水混合物再经上升管至汽包，经汽水分离后，饱和蒸汽供入蒸汽管网，未汽化的水重新进入下一个循环。
换热器另一侧从炭化室逸出的750℃～850℃荒煤气经过本换热装置温度降至450℃～500℃后，经桥管、集气管进入化产车间。
工艺流程图如下：
运行期间出现的问题和解决方案
（1）当停电或强制循环泵停运后，二次恢复供水过程中，在管道末端上升管换热器易出现过热干烧和气阻现象。
分析：末端换热器从给水角度讲位置处于最远端，水克服管道阻力损失，因此末端换热器进口压力Pn进低于其它换热器进口压力；从汽水混合物角度讲位置也是处于最远端，汽水混合物要流回汽包也要克服沿途管道阻力损失，因此末端换热器出口压力Pn出要高于其它换热器出口压力；这样就造成末端换热器介质流动性很差，在流动状态被破坏之后易形成气阻，造成设备过热干烧。
解决方法：①.短时间出现过热和气阻现象，可以短期提高强制循环泵出力，使系统建立新的平衡；②.长时间出现过热和气阻现象，需先对过热换热器进行蒸汽冷却，在提高强制循环泵出力，建立新平衡；③.总之系统庞大，重在优化单体设备的自动化和调控水平。
效果：不良现象消除，系统运行稳定，总产气量指标有所提升。
（2）近汽包端个别上升管底部有结焦现象，开盖有冒黑烟现象。
分析：①.近端换热器水量过大，取热过多，造成上升管直管段荒煤气温降过大，出现析碳结焦现象，进而开盖有黑烟冒出。
②.各企业操作过程控制碳化室顶部温度不一，总体780±20℃，再加上单孔碳化室结焦过程荒煤气温度类似正弦曲线波动，结焦末期开盖本身荒煤气正处于温度偏低阶段。
解决办法：①.轻微现象可以通过及时清理换热器内壁和短时间开盖焚烧处理。
②.严重现象需控制近端换热器进水量，控制出汽口蒸汽的饱和度。
③.经过调整摸索和精确计算对近端换热器进口增加节流孔板精准控制单体设备进水量，同时强制内循环系统增加精确插入式流量测量装置，精准调节内系统循环流量。
设计改进及施工优化
经过整个项目从设计到实施到调试到运营全流程跟踪和试验，并结合实际实施效果和生产数据对比得出如下结论：
1.设计方面优化提升
①.采用树状网络布管技术(见下图), 通过强制循环泵变频、大流量高扬程、分段的管网布局、节流调节等手段保证每个上升管换热器的进水相对均匀，保证整个系统各单体设备水量均匀。