焦炉煤气的余热利用_刘兴立

1 焦炉煤气初冷过程分析
炼焦煤在焦炉炭化室内高温干馏 ,发生一系 列物理化学变化 ,形成了 650～800 ℃的高温煤气 自上升管逸出 ,其带出的物理热占焦炉总热量的 35 %左右 。为了减少输送煤气的体积 ,回收煤气 中的化学产品 ,使煤气得以净化 ,必须对高温煤气 进行初步冷却 。用循环液的煤气直接冷却器和管 式间接冷却器仍在世界范围内广泛运行 。现行的 煤气初步冷却总体上分两步进行 。第一步是用循 环氨水在集气管内喷洒 , 将煤气温度降至 80～ 82 ℃,第二步是煤气进入初冷器中 ,用冷却水间接 或直接冷却至 25～35 ℃[1] 。
■谭志宣
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[4 ] 杨世铭. 传热学[M] . 北京 :高等教育出版社 ,1987. [5 ] 王光华. 焦化工程设计概论 [M] . 北京 :冶金工业出
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3 结 论
焦炭在钢铁工业以及化工 、机械等部门发挥
着非常重要的作用 ,但象其它的原材料工业一样 , 它同样也带来相应的环境问题 。有些发达国家通 过进口焦炭将污染转嫁到发展中国家 。但这种方 式在我们国家行不通 ,因此 ,我们必须自行解决由 此带来的环境和能源浪费问题 。在焦炉煤气冷却 工艺上应该尽早抛弃既浪费能源又污染环境的喷 淋式冷却方式 ,而采取既回收余热又有利于保护 环境的间接冷却方式 。
高温煤气第一步冷却是靠在集气管内喷洒大 量循环氨水实现的 。因为煤气温度大大高于氨水 温度 ,氨水吸收 煤气的显热而蒸发 ,煤气温度降 低 ,湿度升高 。煤气在集气管中的冷却过程是传 热 、传质同时进行的过程 ,但传热和传质的方向是 相反的 ,总的结果是 :煤气的温度虽然降低了 ,但 以单位质量干煤气为基准的焓值变化不大或稍有 增加[3] 。也就是说 ,现实生产中真正的煤气携带
参考文献 :
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实用节能技术
焦炉煤气的余热利用
刘兴立 ,肖 波 ,杨家宽
(华中科技大学 环境科学与工程学院 , 湖北 武汉 430074)
摘 要 :通过对焦炉煤气初冷过程的理论分析 ,指出焦化厂现行的单靠循环氨水喷洒集气管加初冷器的冷却 过程中 ,能量利用的不合理 。着重介绍了一项值得推广的煤气初冷余热利用系统 。 关键词 :焦炉煤气 ;余热利用 ;技术 ;分析 中图分类号 : F71912 文献标识码 :A 文章编号 :1004 - 3950 (2002) 02 - 0037 - 03
2 焦炉煤气的氮气 —水联合冷却技术
2. 1 技术简介 该方案工艺流程如图 1 。
图 1 工艺流程示意
该系统通过用分阶段冷却和除尘来替代传统 焦化系统中直接用氨水喷淋荒煤气 ,这样可以回 收大量的能量 ,又由于采取间接冷却方案 ,消灭了 直接冷却中废水的排放 。氮气是焦化厂干法熄焦 的常用冷却介质 ,因此本系统也采用氮气作为主 要的冷却介质 ,以便在工程设计中与干法熄焦中 的氮气共用余热锅炉及其它辅助设备 。加热后的 高温氮气可用于产生蒸汽 ,这样就给焦化厂带来 了巨大的经济环保效益 。另外 ,本系统高温冷却 器采用新型高效高温喷流式换热器 ,有利于提高 高温条件下的热交换器的使用寿命和工况适用能 力 。该换热器利用喷流换热原理 (见图 2) 。换热 器热侧为热煤气通过对流加热换热管管壁 ,冷侧 为高压力冷氮气通过内管壁上的小孔高速喷流到 换热管管壁 ,并冷却换热管 ,高温煤气在管外横向 冲刷换热管管壁 ,这样热量通过换热管管壁由煤 气传递到氮气 。由于高温煤气中含有不少灰尘 , 为防止积灰堵塞 ,并增大热侧的换热面积 ,在换热
管的外壁增加了密集的钉头 ,这不但增加了热侧 的换热面积 ,还因为钉头的扰流作用 ,使灰尘无法 积累 。一个换热管和内管就组成了一个换热单 元 ,高温冷却器由将近 10 排这样的换热单元组 成 。该冷却器可使氮气升温到近 400 ℃。
从高温冷却器出来并经除尘后 ,煤气温度降 到 500 ℃左右 ,再进入低温冷却器 ,在低温冷却器 中 ,随着温度的降低 ,有焦油开始析出 ,因此必须 考虑除焦油装置 。该系统低温冷却器采用的冷却 元件是带肋片蛇形管 (结构见图 3) 。换热器结构 简图见图 4 ,蛇形管在冷却器中垂直排列 ,这样有 利于冷凝焦油的下流 ,并流入冷却器下部的焦油 收集格槽 ,然后送去集中处理 。冷却器底部水槽 中装有撇萘器 ,以便从水面除去萘 。几十个蛇形 管冷却片组成一个冷却片组 ,冷却片组分成了几 段 ,这样 ,可以根据水的不同用途或冬夏季的不同 温度而采用不同的冷却水管路连接方式 ,以保证 冷却器的稳定运行 。同其它间接式冷却器一样 , 该设备同样需考虑沉积萘清扫的问题 ,因为本设 备的储水量很少 ,所以可考虑采用热煤气作为清 洁剂 ,将设备内水放干后用现成的热焦炉煤气清 扫。
煤气的第二步冷却是在初冷器中 ,用冷却水 冷却至 30 ℃左右 。一般的初冷器冷却方法通常 有间接式 、直接式 、间 ———直结合式 3 种 。由于这
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实用节能技术
一温度段温度较低 ,而且温降小 ,因此有好多单位 没有考虑对这一部分余热进行回收 。其实 ,这一 部分的热量也是非常巨大的 ,因此有些单位利用 来采暖或给锅炉预热给水 ,也取得了一定的经济 效益 ,并减少了冷却水的用量 。
假设低温冷却器的间接换热是用来预热锅炉 给水 ,该工艺可使高温煤气由 650 ～ 800 ℃降至 50 ℃左右 (不包括喷淋冷却) ,每生产一吨焦炭可 回收热量超过 200kJ 。一座年产焦炭 20 万 t 的焦 炉 ,每年回收的热量折合标准煤为 5000t ,节能效 果显著 。本系统由于绝大部分热量是采用间接换 热方式取走 ,因此大大减少了水处理量 ,由此而节 省的水费 、水处理费 、设备费也非常可观 ,可以看 到仅节能和节水这两方面所带来的经济效益就非 常显著 。当然 ,本系统设备的一次性投入较大 ,但 巨大的经济效益使得使用单位短时间内就能回收 增加的投资 。当今社会越来越重视环境的保护 , 本系统由于大大减少了废水的排放 ,因此带来的 环境效益也非常显著 ,特别是缺水地区 。
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因此完全可通过增大鼓风机负荷解决 。另外 ,与 塔式直接冷却器相比 ,本系统避免了绝大多数直 接式冷却器必须遇到的诸如循环氨水中焦油分离 不彻底等问题 。由于本系统还改善了萘堵塞而引 起高压降的问题 ,从而免除了因萘堵塞而经常停 炉清洗 。因此本系统大大增加了运行可靠性 。 2. 3 与传统冷却方式在经济和环境方面的比较
The unilization of surplus heat of coke oven gas
L U Xing2li , XIAO Bo , YANG Jia2kuang
( Environmental Scionce & Engineering Institute Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074 , China) Abstract :In this paper ,the process of cooling coke oven gas was analyzed. It is known that the energy of the process for cool2 ing the coke oven gas was not sufficiently utilized ,which the collecting gas is cooled by circular aqueous ammonia and the indi2 rect chiller is used. The paper enthusiastically introduces a new system for cooling coke oven gas ,which is worth of being widely used. Key words :coke oven gas ; surplus heat utilization ; technique ; analysis
收稿日期 :2002 - 03 - 08 作者简介 :刘兴立 (1969 - ) ,男 ,工程师 ,硕士 。
热量需在下一步初冷器冷却中靠冷却水带走 。一 边是能量的浪费 ,另一边是浪费的热量需靠大量 消耗水来冷却 。显而易见 ,如果不从高温煤气初 步冷却过程中取出部分热能加以利用 ,从能量的 角度看是不合理的 。喷淋式初冷器之所以在焦化 厂得到广泛采用 ,主要在于其低压降和无堵塞等 优点 。由于焦炉煤气在 500 ℃以上时没有焦油凝 集 ,因此 ,在风机压力足够的情况下 ,可以认为在 500 ℃以上采用喷淋式初冷器是没有必要的 。因 此 ,本文推荐在这一温度段只需重点进行余热回 收 ,另外可适当考虑低压降方式除尘 ,比如旋风除 尘 。据报道有一种初冷余热利用节能技术就是将 上升管改为无缝钢管制成水夹套 ,水在夹套内吸 收由管壁传来的自炭化室经上升管内通过的高温 煤气的热量并不断汽化 ,产生一定温度和压力的 汽化混合物 ,经汽包汽水分离后 ,蒸汽并入低压管 网或直接用于其它工序 。该工艺可使高温煤气由 650～800 ℃降至 430 ℃左右[1] 。
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报 道
“十五”期间国家重点发展的能源技术和节能工程
根据《能源节约与资源综合利用“十五”规划》,国家确定以下重点发展技术和重大示范工程 ,作为近 五年能源工作重点 。
● 重点发展技术 1. 节约和替代石油技术 ;2. 洁净煤技术 ;3. 节电技术 ;4. 多联供技术 ;5. 余热余压回收技术 ;6. 建筑 节能技术 ;7.“三废”综合利用技术 ;8. 共伴生矿产资源综合回收利用技术 ;9. 再生能源回收利用技术 。 ● 重大示范工程 1. 节代油示范工程 ;2. 洁净煤示范工程 ;3. 电机调速示范工程 ;4. 绿色照明示范工程 ;5. 煤层气资源 综合利用示范工程 ;6. 矿区煤石千石综合利用示范工程 ;7. 共伴生矿资源综合利用示范工程 ;8. 再生资源 回收利用产业化示范工程 ;9. 节约型清洁型企业示范工程 ;10. 节能技术服务体系市场化示范工程 。
中的节能降耗[J ] . 山东冶金 ,2000 , (4) :6 - 7. [8 ] Bisio G, Rubatto G. Energy saving and some environment
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图 3 带肋片蛇形管
图 2 换热原理示意
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图 4 换热器结构示意
2. 2 系统的可靠性 为尽量多的回收余热 ,本系统付出的最大的
代价就是增加了整个冷却系统的煤气流动阻力 。 由于本系统采用了有效的换热方式 ,整个系统的 阻力增加是有限的 ,估计可控制在 1000Pa 以下 ,