王瑞良  安占來   許寶先

（河鋼邯鋼環(huán)保能源部 河北邯鄲 056015）

摘要:焦?fàn)t荒煤氣帶走的熱量占焦?fàn)t總輸出熱量的36%，僅次于紅焦顯熱所占的37%。目前焦化工藝是依靠噴灑低壓氨水對荒煤氣進行冷卻降溫，造成了荒煤氣大量顯熱的白白浪費。本文介紹一種較為有效和可靠的上升管余熱回收工藝裝置，可較好地回收荒煤氣顯熱生產(chǎn)低壓飽和蒸汽，節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞：荒煤氣顯熱；余熱回收；飽和蒸汽  

1  概述

焦?fàn)t連續(xù)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的荒煤氣溫度平均在750℃左右，其帶走的熱量占焦?fàn)t總輸出熱量的36%，僅次于紅焦顯熱所占的37%。目前國內(nèi)大部分焦化廠并沒有對荒煤氣熱能利用采取有效的技術(shù)手段，長久以來還是依靠噴灑低壓氨水對荒煤氣進行冷卻降溫，造成了荒煤氣大量顯熱的白白浪費，所以有效回收荒煤氣顯熱是焦化行業(yè)共同面臨的現(xiàn)實課題，同時也是實現(xiàn)焦化資源合理利用、節(jié)能創(chuàng)效的有效途徑。

國內(nèi)曾經(jīng)研發(fā)和嘗試過的上升管余熱回收技術(shù)有導(dǎo)熱油夾套管、熱管、鍋爐、特殊水套管和半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)等，其中特殊結(jié)構(gòu)水套管回收荒煤氣熱量技術(shù)作為一種較為有效和可靠的上升管余熱回收技術(shù)，受到較大的關(guān)注，其優(yōu)勢在于：

1、采用納米導(dǎo)熱層，可以有效避免筒壁大面積結(jié)焦石墨。

2、采用耐磨耐腐蝕合金材料，減緩設(shè)備燒損腐蝕程度，延長其使用壽命。

3、無縫鋼管形式的金屬導(dǎo)熱體保證了無水滲漏。

4、特殊結(jié)構(gòu)水套管保證換熱效果的穩(wěn)定可靠。

5、納米保溫層提高了熱交換效率，同時降低了環(huán)境溫度。

6、可以實現(xiàn)根據(jù)用戶需要產(chǎn)生相應(yīng)的過熱蒸汽。

邯鋼焦化廠5#、6#爐為45孔6m焦?fàn)t，年產(chǎn)荒煤氣約1600萬立方米，目前兩座焦?fàn)t90根上升管全部改為水套管上升管換熱器，吸收上升管荒煤氣的余熱，產(chǎn)生飽和蒸汽（壓力0.8MPa，溫度175℃）供焦化生產(chǎn)使用，荒煤氣經(jīng)上升管換熱后，溫度由700℃降至450—500℃，之后再由低壓氨水冷卻降溫至70℃左右。

2  項目簡介

2.1概況

該焦?fàn)t荒煤氣水套管余熱利用技術(shù)設(shè)計有汽包、給水泵、強制循環(huán)泵、上升管換熱器、鋼支架、進出水管以及電儀設(shè)備等設(shè)施。利用送2#干熄焦除鹽水作為汽包進水，通過除氧泵把除鹽水經(jīng)除氧器、汽包給水泵送入汽包，汽包內(nèi)的水由強制循環(huán)泵壓入上升管換熱器吸收高溫荒煤氣（約850℃）的熱能，汽水混合物再返回汽包，汽包內(nèi)產(chǎn)生的飽和蒸汽通過汽水分離器分離后并入焦化廠現(xiàn)有蒸汽管網(wǎng)。

2.2  工藝流程

本系統(tǒng)采用水—蒸汽—水封閉循環(huán),原料為干熄焦除氧水或除鹽水，通過利用上升管換熱器及配套系統(tǒng)，吸收荒煤氣的顯熱產(chǎn)生0.6～0.8MPa（表壓）的飽和蒸汽來進行蒸汽并網(wǎng)。工藝流程為：將從干熄焦除氧器后送來的除氧水（或從除鹽水槽送來的除鹽水）由除氧泵送至除氧器進行除氧處理，然后經(jīng)過補水泵送入緩沖水槽，再經(jīng)給水泵送到汽包，之后通過強制循環(huán)泵進入5、6#焦?fàn)t90組上升管換熱裝置。通過換熱裝置利用焦?fàn)t荒煤氣顯熱加熱循環(huán)水，由上升管換熱后產(chǎn)生的汽水混合物返回汽包進行汽水分離，蒸汽直接并入焦化現(xiàn)有低壓蒸汽管網(wǎng)，冷凝液則通過熱水循環(huán)泵返回焦?fàn)t上升管循環(huán)使用，具體工藝流程圖間圖1。

圖1 上升管余熱回收工藝流程圖

2.3、原始設(shè)計參數(shù)

2.4  方案實施要點

2.4.1  上升管漏水問題的解決措施

1、整個換熱器為一個整體結(jié)構(gòu)的無縫鋼管，內(nèi)筒內(nèi)壁為納米導(dǎo)熱層，導(dǎo)熱層耐磨耐熱，是防止漏水的第一層保護。

2、在納米導(dǎo)熱層的外側(cè)是耐磨耐腐耐高溫的合金材料，經(jīng)過2600℃以上高溫熔化成型的一種無縫管結(jié)構(gòu)型式，是防止漏水的第二層保護。

3、在合金材料層的外側(cè)是金屬導(dǎo)熱體材料，也就是無縫鋼管，是防止漏水的第三層保護。

4、水-汽換熱在封閉空間內(nèi)進行，封閉空間在上升管內(nèi)筒外側(cè)，經(jīng)過三層保護，水汽不會滲漏至炭化室。

2.4.2  上升管內(nèi)筒結(jié)焦問題的預(yù)防和處理

1、新上升管換熱器的內(nèi)壁采用耐高溫進口納米導(dǎo)熱材料，耐熱溫度為1800℃，經(jīng)過500℃的高溫后內(nèi)表面形成均勻光滑而又堅固的釉面，無死角，不易造成結(jié)焦，即使結(jié)焦也不易附著，易于清除。

2、通過進水流量的控制，一定程度上控制了上升管的進出口溫度差，從而盡可能的減少了內(nèi)壁的結(jié)焦。

3、合理的換熱型式選擇和設(shè)計，合理的導(dǎo)熱系數(shù)的選擇，出口荒煤氣溫度的合理控制（不低于450℃）減緩石墨的形成、焦油及其他成分的附積。

4、加裝空氣助燃系統(tǒng)，一旦結(jié)焦通入高壓空氣，利用高壓產(chǎn)生高速離心旋轉(zhuǎn)，松動結(jié)焦層并利用高溫將結(jié)焦燃燒掉。

2.4.3  上升管換熱器材質(zhì)的選擇

1、新型的耐高溫耐磨合金材料：通過對傳統(tǒng)材料的生產(chǎn)工藝和配方進行改良，從而解決了在正常運行工況下必須面對的問題：高溫、溫度變化區(qū)間大、腐蝕（氧化、還原、H2S等）。充分利用了特殊材料的耐磨和耐高溫性，又利用了鋼管的強度，二者有機結(jié)合。

2、納米導(dǎo)熱材料的選擇最大限度合理的調(diào)節(jié)了換熱效果。

3、納米保溫材料的選擇最大限度的保護了熱量不外散，使得換熱在有限的封閉空間進行，同時降低了環(huán)境溫度。

4、換熱器外壁采用抗氧化和腐蝕的不銹鋼材質(zhì)，最大程度的適應(yīng)了焦?fàn)t的運行環(huán)境。

2.4.4  換熱效果的加強 換熱效果的加強

1、換熱器內(nèi)部通過科學(xué)的結(jié)構(gòu)排列以及合理換熱材料的選擇，最大程度的獲取換熱效果，特別是納米導(dǎo)熱材料的應(yīng)用，很好的調(diào)節(jié)了換熱器的導(dǎo)熱系數(shù)。

2、通過強制循環(huán)泵，大流量低揚程，充分保證了每個上升管換熱器的進水相對平均。

3、通過對上升管換熱器的進水管路進行合理梯級管徑配置，再一步保證了每個上升管換熱器的進水出水相對平均。

4、特殊的隔熱保溫納米技術(shù)材料，確保了換熱效果和降低了環(huán)境溫度。

3  技術(shù)參數(shù)

3.1  系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

3.2  汽包容量及主要參數(shù)

4  效果分析

（1）余熱蒸汽

按噸焦產(chǎn)飽和蒸汽按100kg計算，每年可產(chǎn)0.8MPa、175℃飽和蒸汽90萬噸，創(chuàng)效約10000萬元；同時降低焦化工序能耗10kgce。

（2）節(jié)省氨水用量

采用此技術(shù)后可以節(jié)省氨水用量15—20%，每年減少氨水系統(tǒng)電費20萬元。

5  結(jié)論

特殊結(jié)構(gòu)水套管回收荒煤氣熱量技術(shù)作為一種較為有效和可靠的荒煤氣顯熱回收技術(shù)，是焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收利用的大膽嘗試和技術(shù)突破，具有較強的示范意義。