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一、炼焦过程中热量损失及余热回收利用情况
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。在焦炭生产过程中，配合煤在焦炉中被隔绝空气加热干馏，生成焦炭的同时产生大量的荒煤气。从炼焦生产过程热平衡分布看，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％，650℃～750℃焦炉荒煤气带出热（中温余热）占焦炉支出热的36％，180℃～230℃焦炉烟道废气带出热（低温余热）占焦炉支出热的16％，炉体表面热损失（低温余热）占焦炉支出热的11％。在占焦炉支出热最多的两项中，对焦炭带出的显热．目前已有成熟的干熄焦装置回收并发电，而对焦化荒煤气带出的显热，虽然从上世纪70年代末期国内就开始回收尝试，但至今未形成成熟、可靠、高效的回收利用技术。
二、目前焦炉荒煤气回收利用技术方案情况
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。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。因此，各种焦炉上升管余热回收利用技术先后尝试应用于工程案列中。
该装置在生产过程中应注意以下问题及具有的优势：
（a）在荒煤气温度不低于500℃的情况下回收其余热，若保持上升管内表面光滑，是能够避免焦油析出粘附在壁面并发生结焦反应的；
（b）在回收荒煤气余热过程中，在结焦后期或延迟推焦时，荒煤气生成量减少，温度较低，为了避免管壁温度过低导致焦油蒸汽受冷析出发生结焦反应，需适当降低换热工质氮气流量，控制换热后荒煤气温度不低于450℃左右；
（c）采用氮气作为工质来回收荒煤气余热，具有较高的工艺灵活性和安全性：产生的高温氮气，不仅可以使用余热锅炉来产生蒸汽供生产工艺使用，也可以用作干熄焦或者煤调湿的部分热源；若设备在运行中发生泄漏导致氮气进入上升管，将会会进入集气管排出，不会影响下部炭化室的正常工作。
缺点：改造工艺较为复杂，氮气流速较高，管内压损较大。
4）高温热管荒煤气余热回收装置
本装置应用高温热管技术回收焦炉荒煤气余热，从炭化室出来出来的700℃左右的荒煤气进入上升管，通过辐射换热将热量传给高温钾热管，温度降至500℃左右离开上升管，上升管内的钾热管吸收辐射热，并将热量传给上升管外部的冷凝端，使联箱中的水汽化并放出热量。联箱中的水汽化后通过汽水上升管进入锅炉，进行汽水分离，满足用户需求。
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5）分离式热管荒煤气余热回收方案
本方案应用分离式热管技术回收焦炉荒煤气余热，从炭化室出来的700℃左右的荒煤气进入上升管，通过辐射换热将热量传给碳钢-水热管，温度降至500℃左右离开上升管，上升管内的数根热管吸收辐射热，热管内的水蒸发成蒸汽，沿热管上升至上联箱汇集，然后一起通过汽水上升管送入汽包进行汽水分离，满足用户需求。给水通过下降管送入下联箱，分配给各个热管。本方案优点：采用分离式热管，布置方便，通过提高产汽压力，可以保证热管壁温在荒煤气焦油露点之上，不会产生结焦问题；分离式热管同高温热管一样，即使热管破坏，水蒸汽量小，不会像水夹套那样导致整个汽包中的汽水混合物漏入炭化室，不会造成安全事故，能够保证焦炉的安全运行。此外，造价相对较低，经济合理。本方案缺点：由于要防止荒煤气结焦，必须提高热管管壁温度和热管管内工作温度，这就必须提高热管管内蒸汽压力，而碳钢-水热管最高工作温度和承压能力都有一定限制，因此对于热管安全运行提出的条件较高。
综合以上几种方案可以看出目前焦炉上升管余热利用技术上存在以下制约：（1）焦油粘结问题：控制荒煤气余热利用后的温度在450～500℃之间，此时焦油附着量少，且结焦物柔软松散多孔，容易除去，可以在推焦之后采取措施将换热管表面的附着物清除；同时可以在上升管内设置焦油导流装置将冷凝的焦油直接引导流淌到炉顶空间的煤料或焦饼上，同时还有增强管内扰动的功能；加强保温措施，加强上升管保温不仅可以提高上升管内壁温度，同时也有利于改善焦炉炉顶的操作环境；寻找能够控制焦油粘结的高效导热介质。因此在荒煤气余热回收时，企业要根据实际情况来规定荒煤气冷却的下限温度，在保证不析出焦油或焦油少析出的前提下，尽可能多的回收荒煤气显热，以提高热回收效率。
（2）设备耐高温、腐蚀问题：焦炉焦炉煤气富 含氨、硫等腐蚀性介质，使用环境恶劣，寻求适合耐高温、耐焦炉煤气腐蚀的特殊材质。
（3）消除关键取热部件上的膨胀应力：上升管每个操作周期温度变化从200～1100℃左右，温差大，对设备材质损害大，特别是取热部件径向热胀冷缩量达50mm，在高温下极易损坏。
三．示范工程应用情况及效益指标示范工程应用情况
该技术已在大型焦炉改造工程成功投产使用，正式投产至今，焦炉上升管荒煤气显热回收利用系统及配套的热力循环系统等表现出良好的操作和使用性能，各项运行参数合理，系统运行稳定。
焦炉单孔上升管产荒煤气量480Nm3/h（平均），荒煤气温度650~800℃，焦炉上升管蒸发器换热后出口~470℃，实现吨焦产饱和蒸汽量约80kg，彻底解决了换热器内壁结焦、积碳、腐蚀等行业普遍存在的世界性难题。
经济效益
1） 以本厂4×55孔6m焦炉为例，年产焦炭约220万吨，上升管余热回收年产饱和蒸汽约17.6万吨。采用焦炉上升管荒煤气显热回收利用技术，总投资约4400万元，蒸汽价暂按100元/t计算，年净利润可达1760万元，投资回收期约2.5年，收益高，投资回报期短，经济效益十分可观。
社会效益
2） 本项目创造可观的经济效益的同时，也创造了巨大的社会效益：
1）通过该技术将荒煤气显热进行回收发电、化产或供暖等，相当于吨焦节约标煤10.2kg，减少CO2排放26.7kg；
2）该技术投入使用后，可有效防止上升管内荒煤气中焦油蒸汽结焦、石墨化，显著减少日常清炉工作量，降低工人劳动强度；
3）提供就业岗位。本项目全部投入运营后，增加多个就业岗位，为促进地方稳定和谐发展，创造了有利条件；
4）带动节能环保相关产业发展。换热器、不粘涂层、发电机组等与之相配套的节能环保系列产品，将带动地区节能环保产业的设计、生产和销售，成为新的经济增长点。
论文作者:刘晓勇
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第7期
论文发表时间:2018/10/29
标签：焦炉论文; 煤气论文; 余热论文; 热管论文; 焦油论文; 结焦论文; 温度论文; 《建筑细部》2018年第7期论文;