焦炉荒煤气余热回收技术概述

莱钢科技2011年2月

作者简介:孙业新(1972-),男,2005年毕业于鞍山科技大学化学工业专业,硕士。工程师,首席研究员,主要从事焦化工业技术研究工作。

焦炉荒煤气余热回收技术概述

孙业新(技术中心)

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热技术是最合理的技术,值得推广和应用。关键词:荒煤气 余热回收 热管

0 前言

焦炉炼焦所耗热量约70%被成熟焦炭和高温干馏产生的荒煤气带走,随着国内外干熄焦(CDQ)技术的发展和普及,红热焦炭所含余热已有了成熟的回收途径,但荒煤气热能回收技术目前尚处于探索阶段,除不回收化产品的热回收焦炉外,其它形式的焦炉荒煤气携带的热能大部分至今未得到有效回收利用。

从焦炉炭化室经上升管逸出的650~750e 荒煤气带出的热量占炼焦耗热总量的32%左右。常规工艺下为冷却高温荒煤气必须在连接上升管与集气管的桥管处喷洒大量70~75e 的循环氨水,而且最终还要在初冷器中利用大量循环水冷却。长期以来,针对荒煤气余热利用,国内外研究人员均作了大量工作,形成了多项技术。

1 上升管汽化冷却技术

上升管汽化冷却技术(简称JSQ ),为中国首创技术,于上世纪70年代初首先在首钢、太钢的71孔、65孔单集气管焦炉上使用,后经历了近30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、本钢一铁、平顶山焦化厂等多家企业得到应用,但大多数企业因种种原因在运行一段时间后就拆除了,据悉国内运行时间最长的本钢一铁也由于2008年4米3焦炉的拆除而中止了该技术的使用。上升管汽化冷却技术为:在于上升管外壁上焊接一环形夹套,在夹套下部通入软水,在夹套内水

与热荒煤气换热,煤气温度降到450~500e ,水则吸热变成汽水混合物,在夹套上部排出并通过管道送至汽包,汽包内经过汽水分离后,低压饱和蒸汽(一般为014~017M Pa )外供,而饱和水通过管道自流送入上升管夹套下部循环使用,并按实际情况向汽包内补充水和排污。

汽化上升管先后经历了四种形式,如图1所

示。

图1 各种汽化上升管结构示意

技术优点:投资少,运行费用低。技术缺点:

1)回收的热量仅为荒煤气部分余热,且在上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,均会对焦炉造成很大的危害。

3)若不采用新的工艺技术匹配,回收热量产生的低压饱和蒸汽利用途径受到极大限制。

2 导热油夹套技术

日本新日铁公司于1982年开发了利用导热油(联苯醚)回收焦炉荒煤气余热的技术,并利用回收的热量用于炼焦煤的干燥,形成了第一代炼焦煤调湿技术,在日本大分厂投入使用,上升管夹套结构与我国的汽化上升管相似,区别在于吸收上升管

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孙业新:焦炉荒煤气余热回收技术概述

第1期(总第151期)

荒煤气余热的介质是导热油而不是水,导热油通过泵送循环使用。

2006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术开发迈出了开创性的第一步。回收荒煤气热量的上升管结构如图2

所示。

1-夹套外层;2-夹套内层;3-进油口;4-出油口;

5-泄油管;6-换热绕带

图2 济钢导热油回收荒煤气余热上升管结构

技术优点:安全性高,回收热量可在一定范围内精确调整,上升管结石墨现象较汽化冷却方式为轻。

技术缺点:

1)导热油在使用过程中难免会发生热变质现象,从而影响系统的操作运行;

2)导热油的循环需要消耗一定电能,因此会使收益降低。

3)导热油泄漏会造成较严重的污染。4)投资和运行费用较高。

3 热管式换热技术

2008年,南京圣诺热管有限公司开发出了利用分离式热管回收上升管荒煤气热量的技术,并在上海梅山钢铁股份有限公司的4米3焦炉的一个上升管上进行了连续性试验。其技术流程如图3所示,上联箱和下联箱分别将排列于上升管耐火层内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116MPa 以上,热管放热端内的蒸汽与汽包内的水换热后凝结成水,送回下联箱,分配给各根热管吸热端循环,根据实

际情况向汽包内补充水。

1-上升管;2-分离式热管吸热端;3-上联箱;4-下联箱;5-汽包;6-分离式热管放热端;7-出汽管;

8-补水管;

9-安全阀;

10-上长管外壳;

11-耐火砖层

图3 南京圣诺热管回收荒煤气余热流程示意

技术优点:

1)安全性高,即使热管破损,流出的水只有分离式热管内注的水,其量很小,因而避免了汽化

冷却工艺汽包内的水进入炭化室损坏焦炉的现象发生。

2)汽包相当于锅炉,外供蒸汽压力可调,当为116M Pa 时,热管内压力不到2M Pa ,而普通材质的热管就可轻易实现耐压10MPa 的要求,因此调整范围宽且安全。

3)结石墨现象得到有效缓解,当外供蒸汽压力为116M Pa 时,回热管吸热端的水温超过200e ,因而可避免汽化冷却工艺中荒煤气的聚冷现象,南京圣诺在梅钢的工业小试表明,当吸收500e 以上荒煤气余热时,上升管内的结石墨现象

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