焦炉煤气初冷系统余热利用

世界金属导报/2006年/6月/6日/第A06版

科技

焦炉煤气初冷系统余热利用

胡新亮

炼焦工业既是重要的能源生产部门，又是耗能大户。

中国焦化生产工序能耗为180～200kg标煤／t。在大型焦化厂的焦化工序能耗中，备煤约占5%～10%，炼焦占70%～80%，化产回收占15%～20%。就焦炉产物带出的热量而言，赤热焦炭的显热居第一位，荒煤气的显热居第二位，两者合计占焦炉总输出热量的65%～75%。荒煤气带出显热的回收，对焦化厂节能降耗、提高经济具有非常重要的作用。

1工艺简介

荒煤气以650～700℃温度离开焦炉，经上升管至桥管，在集气管内用氨水喷洒降至80～85℃，然后经初冷器将煤气冷却至21～35℃。氨水经冷却和除焦油后循环使用。荒煤气带出的有效能占焦炉总输出有效能的18%，大部分在此过程中转移到循环氨水和初冷器的冷却水中，因此，对煤气初冷系统的余热回收主要是回收利用循环氨水和初冷器循环水的热量，同时要注意回收高温位的热能。

2余热利用技术

2.1上升管汽化冷却器

在上升管外安装汽化冷却器，利用650～700℃的高温荒煤气显热副产蒸汽。每吨焦可发生0.5MPa饱和蒸汽0.1～0.12t，相当于每千克入炉煤回收余热270kJ。采用上升管汽化冷却装置不仅可降低能耗，而且可解决荒煤气高温裂解后在上升管根部结成难以清除的石墨问题，减少喷洒氨水消耗量，降低上升管外壁温度，改善炉顶操作条件。

2.2上升管热管回收余热

随着热管技术的发展，采用热管技术回收高温荒煤气显热的技术也被提出。采用热管技术可回收荒煤气500℃以上的显热。热管安装在荒煤气上升管内，整个装置包括热管换热器、热风引入设备、氨水喷淋器、气液分离罐以及循环水罐和水泵等。荒煤气仍由上升管下部引入，通过热管换热器换热降温至500℃，然后用喷洒氨水冷却至80～85℃。根据余热回收装置的工作温度范围，选用金属钾为工质，采取不锈钢丝网吸液芯附于热管内壁。热管的蒸发段安装在上升管内，冷凝段安装在废热锅炉内，其位置略高于蒸发段。

热管余热回收装置与上升管汽化冷却器比较，有以下优点：

①热管传热效率高，并可使上升管内外壁温差相对较小；

②热管可采用分体式，不受焦炉结构影响，尤其适于节能改造。

2.3初冷器余热回收利用

煤气初冷器大多为一段冷却，出口水温只有55℃左右。济钢焦化厂将其改为二段冷却，一段(高温段)余热出口水温度60～65℃，可供采暖；二段(低温段)用低温循环水冷却，煤气出口温度为25～35℃，达到进入冷凝鼓风机的要求。济钢焦化厂在煤气处理量7.6万m3／h情况下，供热量达100～124GJ／h，余热水温度为60℃，用于冬季采暖，室温可达16±2℃。

2.4循环氨水余热回收

循环氨水喷洒荒煤气后，氨水温度升至80～83℃，蕴含着大量的余热资源。

在日本，氨水的余热也被用于发电，该技术主要是借助低拂点有机热媒进行的。其过程是将集气管返回的高温氨水送到低沸点有机热媒蒸发器，蒸发器中蒸发出的有机热媒用以驱动发电装置的透平，而后将其冷凝成液体，再返回蒸发器继续使用。离开蒸发器的氨水则降至60～65℃，

然后再送去喷洒高温煤气。

循环氨水也可代替蒸汽用于保温和清扫。煤气初冷器、捕焦油器、鼓风机等的冷凝液排出管、水封槽等经常被焦油和萘堵塞。尤其在气温低时，需经常用蒸汽清扫和保温。据新日铁广畑厂统计，处理6万m3／h煤气的鼓风冷凝工段，每月耗汽达475t。为此，广烟厂用77℃左右的循环氨水代替蒸汽。具体做法是：切断原有蒸汽清扫管的汽源，同循环氨水泵的压出管道上接出一支管，并利用原有的蒸汽管线，将热氨水送入煤气初冷器气室底部、捕焦油器底部及水封槽入口管、鼓风机排液管等处。根据具体情况，可以长期通氨水，也可以临时送氨水。清洗效果优于蒸汽，每月可节约蒸汽362t，占原有用量的85%。

循环氨水还被用于预热锅炉给水。广烟厂成功地解决了二项关键技术，从而实现了循环氨水预热锅炉给水。

①选择恰当结构的换热器，使其既有高的传热系数，又不易被氨水污染。最后选择了螺旋板换热器。

②能及时发现泄漏。利用纯水与氨水导电率不同的特点，连续测纯水导电率的变化情况，从而可以及时发现换热器有无泄漏。该换热器投入使用后，脱气器入口水温由50～60℃提高到85～90℃，蒸汽用量同4.43t／h下降到1.71t／h，回收能量约84MJ／t焦。

2.5循环氨水余热采暖

喷洒氨水前的煤气露点温度为65～70℃，由于喷洒氨水温度应比煤矿气露点温度高5℃以上，喷洒氨水温度在70～75℃。可利用的余热资源为5.4Gcal／h，按冬季供暖100Gcal／m2h标准，可供采暖面积为54000m2。 2.6循环氨水用于溴化锂制冷

溴化锂吸收式制冷机在我国已得到广泛应用和发展，在余热回收方面也起着非常重要的作用。适用于余热回收的制冷机有单效机、双效机和两级机。两级溴化锂吸收式制冷机适合于回收67～90℃的低温余热。

初冷系统循环氨水余热冬季用于采暖，回收部分余热。但在非采暖季节，这部分余热没有加以利用，使集气管喷洒氨水温度较高。循环氨水在集气管中冷却高温荒煤气时有大量水蒸发，蒸发的水蒸汽随荒煤气带入初冷器，造成初冷器热负荷增大。如果对循环氨水余热加以回收利用，使高温荒煤气的热量更多地被循环氨带走，这样就可以降低初冷器的负荷。由此可见，回收氨水余热具有很高的工艺价值。

荒煤气在初冷器中需冷至21.5℃才能出初冷器，为达到这一温度指标，仅采用循环冷却是不可能达到的，因此必须使用冷冻水。现在使用的15.8℃冷冻水系使用溴化锂制冷机制取的，所用的热源是过热蒸汽。若能用工艺过程中的低温余热，尤其是位于夹点温度以下的低温余热制取冷冻水，无论从节能角度，还是从经济效益进行夹点分析，都有是很有吸引力的。通过对煤气初冷系统的物流进行夹点分析发现，循环氨水温度位于夹点以下，能够加以利用代替制冷机所用的蒸汽。

循环氨水的腐蚀性很强，不宜直接送入溴化锂制冷机，需进行一次换热。首先利用冬季采暖使用的换热器将中间介质－循环软水加热到70℃，然后由循环软水采用溴化锂吸收式制冷机制取16℃冷冻水。

2.7初冷器Ⅲ段热水余热利用

根据平衡计算，初冷器Ⅲ段循环软水有大量低温余热未被利用，操作中依靠空冷器将其冷却。在循环氨水余热被回收5.4Gcal／h后，初冷器Ⅲ段仍可回收余热2.45Gcal／h。

锅炉给水预热用的是蒸汽，从常温一直加热到104℃。这是穿越夹点的一股物流，尤其是位于夹点温度(冷物流对应夹点处温度71℃)以下时也用热公用工程(蒸汽)加热，而系统中有大量低温余热未被利用，按其温度品位完全可用于预热锅炉给水，因此提出用离开初冷器Ⅲ段的循环软水预热锅炉给水。为保证锅炉给水不被污染，宜选用热管换热器。

初冷器Ⅲ段循环软水流量400m3／h，可回收余热2.45Gcal／h。按锅炉发汽量75t／h计，可