焦炉上升管荒煤气余热利用技术

焦炉上升管荒煤气余热利用技术

文章介绍了焦炉上升管荒煤气余热利用技术的发展历程，提出了一种新型的利用技术，并就具体应用工程进行了工艺流程、主要设备、投资等介绍。希望通过文章的分析，能够对相关工作提供参考。

标签：焦炉上升管；荒煤气；余热利用

炼焦生产是典型的能源再加工和热能的再回收利用过程，焦炭和炼焦煤气是其主要的能源产品。表1为炼焦过程中热量损失分布及相应的主要回收利用技术。

随着干熄焦和焦炉烟道废气余热锅炉技术的成熟，煤在干馏过程中产生的高温荒煤气的余热回收与利用就成为历来是焦化行业节能关注的焦点。

理论计算和各种试验装置的试验数据均表明，每生产1吨红焦焦炉上升管段的高温荒煤气余热回收后至少能产生0.8MPa蒸汽0.1吨，2015年我国生产焦炭4.48亿吨，如其荒煤气余热全部得到回收利用，则至少可回收4480万吨0.8MPa 蒸汽，折合标煤约424万吨，年可减排二氧化碳量1102万吨，二氧化硫量10.2万吨，氮氧化物量3.0万吨，节能减排潜力巨大。

1 我国焦炉上升管荒煤气余热利用的进程

目前世界焦化行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，既流失了荒煤气热能，还增加了水资源的消耗。

早在上世纪70年代，首钢、太钢采用夹套上升管，夹套内冷却水吸收荒煤气所携带的热量而汽化，产生蒸汽，实现热能的回收利用，简称为“焦炉上升管汽化冷却装置”，并相继在武钢、马钢、鞍钢、涟钢、北京焦化厂、沈阳煤气二厂、本钢一铁和平顶山焦化厂等多家企业得到应用。北京焦化在上升管体卷边结构、焊接方法方面进行了多项改进，仍不能完全解决上升管的筒体焊缝拉裂、漏水、漏汽等问题，运行几年后终因系统安全稳定性、运行成本等方面原因纷纷停用。据悉国内运行时间最长的本钢一铁也由于2008年4.3m焦炉的拆除而中止了该技术的使用。焦炉上升管汽化冷却装置在我国的应用经历了发展、停滞、再研发、再停滞的过程。研究的技术主要集中在导热油夹套管、热管、锅炉和半导体温差发电等技术。但这些技术均不能满足现场工况要求，效率低、寿命短、易结焦积碳。

2 一种新的焦炉上升管换煤气余热利用技术

江南电力集团2009年组织有关单位及科技人员进行上升管荒煤气余热利用

技术研究。通过三年多的研究，取得了一系列进展和技术突破。通过分析原有装置所有弊病的前提下，另辟它途，对材料、结构、工艺上作系统研发，在高效率、长寿命、高稳定、高可靠、低成本上取得了突破，目前已经完成了前期研发、方案的审查、导热方式的选择、导热材料的选择、换热装置的研发与制作，已经开发出新型的余热回收装置。并且在福建三钢经过多次中试，取得一定成功经验后，对其4.3米焦炉实施了全面改造，并且取得了比较满意的效果。2014年3月，成立常州江南冶金科技有限公司，开展冶金行业业务。

该公司研究开发的余热利用装置在结构形式、汽化导热装置及固态导热介质等方面与过去的技术有根本性的区别，属国内首创，技术领域无国内外相关专利，目前已申报成功多项专利。

核心技术在上升管换热器装置上，重点在于如何克服上升管堵塞、结焦等现象，以及如何防止上升管漏水等问题。其余余热锅炉系统为成熟技术的专项应用。

该上升管换热器由内、中、外三部分组成，内层为耐高温抗腐蚀材质，抗氧化、渗碳、渗氮，最大程度地改变了在正常运行环境下，不可避免地产生焦油存积和积碳现象。中间层为换热交换层，高温烟气与除氧水在这部分进行充分的热交换，既利用了上升管的余热，又保证了利用余热后的荒煤气温度不致降低过快而造成煤焦油的凝结和积碳的产生，换热管道为合金材质。外层为隔热和保护层，通过特殊保温材料的运用，改善了原有上升管表面温度过高的现象，同时对中间层的换热核心部分进行保护。此结构形式不同以往任何换热装置，克服了以往换热装置的弊病。换热装置的专利结构形式消除了周期性热应力破坏情况。

利用焦炉上升管荒煤气余热回收利用装置生产0.8MPa饱和蒸汽（也可生产过热蒸汽），此蒸汽可应用于低压蒸汽发电，煤调湿、供暖、工厂其他能源利用。

3 6m焦炉上升管荒煤气余热利用系统

我院与常州江南冶金科技有限公司合作，在河北钢铁股份有限公司邯郸分公司焦化厂5#、6#焦炉上升管荒煤气余热利用工程中开发了在6m焦炉上应用的系统。两座45孔焦炉年产焦90万吨、90根上升管全部改为上升管换热器，吸收上升管荒煤气的余热，使荒煤气温度由750℃左右降至450℃后进去桥管，实现生产饱和蒸汽10t/h（压力0.8MPa，温度175℃）供焦化生产使用的目标，该项目2014年4月开始考察、研究、设计、优化，于2015年2月开始建设，2015年12月15日达产后，年回收8.76万吨0.8MPa蒸汽，折合标煤约0.829万吨。

焦炉上升管荒煤气余热利用工程包括上升管换热器、汽包、热水循环泵、除盐水箱、除氧泵、除氧器、汽包给水泵等以及电气仪控设备。该工程将外网来的除盐水作为汽包进水，利用除氧泵将除盐水经除氧器、汽包给水泵送入汽包，汽包内的水由热水循环泵压入上升管换热器吸收高温荒煤气（约850℃）的热能，汽水混合物再返回汽包。汽包内产生的饱和蒸汽通过汽水分离器分离后并入焦化厂现有蒸汽管网。

焦炉上升管换热器由内、中、外三部分组成，内层为耐高温抗腐蚀材质，抗氧化、渗碳、渗氮，最大程度避免了在正常运行环境下产生焦油存积和积碳的现象。中间层为换热交换层，高温烟气与除氧水在这部分进行充分的热交换，既利用了上升管的余热，又保证了利用余热后的荒煤气温度不致降低过快而造成煤焦油的凝结和积碳的产生，换热管道为合金材质。外层为隔热和保护层，通过特殊保温材料的运用，改善了原有上升管表面温度过高的现象，同时对中间层的换热核心部分进行保护。此结构形式不同以往任何换热装置，克服了以往换热装置的弊病。换热装置的专利结构形式消除了周期性热应力破坏情况。

该工程热力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。

除氧给水泵房的流程：根据水质分析和汽包的水质标准，本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5#和6#焦炉热水循环泵，再分别进入5#和6#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6～8倍。

整个工程投资概算约3000万元，年创效约900万元，投资回收期3.5年。

4 结束语

近几年来，随着国内企业节能减排意识的提高，建设资源节约、环境友好的绿色焦化厂越来越成为行业共识，这也是经济可持续发展和低碳社会发展的需要。焦炉上升管荒煤气余热利用技术的发展，必将成为实现这一目标的重大助力。

参考文献

[1]张宇晨，孙业新.焦炉上升管荒煤气显热回收技术探讨[J].冶金能源，2011（5）：46-48.

[2]张政，郁鸿凌，杨东伟，等.焦炉上升管中荒煤气余热回收的结焦问题研究[J].洁净煤技术，2012（1）：79-81.

作者简介：陈海生（1979-），男，河北石家庄人，高级工程师，双学士，从事锅炉房、压缩空气站、热电厂、城市供热系统、工业余热回收利用系统等的设计工作。