王瑞良 王雅麗
（邯鄲鋼鐵集團有限責(zé)任公司 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(jìn)行冷卻降溫，造成了荒煤氣大量顯熱的白白浪費。文章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，在節(jié)能環(huán)保工作上效益顯著。
關(guān)鍵詞：荒煤氣顯熱；余熱回收；飽和蒸汽
1 項目背景
焦炭生產(chǎn)過程中，配合煤在焦?fàn)t中被隔絕空氣加熱干餾，生成焦炭的同時產(chǎn)生大量的荒煤氣。650 ～ 750℃ 焦?fàn)t荒煤氣帶出熱 (中溫余熱)占焦?fàn)t支出熱的 36% 。
煉焦荒煤氣余熱回收利用經(jīng)濟效益顯著，理論及中試數(shù)據(jù)表明: 每生產(chǎn) 1t 紅焦的高溫荒煤氣余熱回收后至少能產(chǎn)生 0. 8MPa 的蒸汽 0. 1t。目前焦化廠冷卻荒煤氣普遍采用的方法是噴灑大量 70 ～ 75℃ 的循環(huán)氨水，使得荒煤氣溫度降低至 75 ～ 85℃ 左右，進(jìn)入后序煤化工產(chǎn)品回收加工工段。
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)焦化能源資源綜合利用、節(jié)能創(chuàng)效的有效途徑。
2 焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用技術(shù)簡介
焦?fàn)t荒煤氣荒煤氣余熱回收利用技術(shù)采用水套管余熱利用技術(shù)。系統(tǒng)主要設(shè)備有：汽包、除氧器、除氧泵、給水泵、強制循環(huán)泵、上升管換熱器、鋼支架、進(jìn)出水管以及電儀設(shè)備等設(shè)施。
除鹽水經(jīng)除氧泵送至除氧器，后經(jīng)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750℃）的顯熱，產(chǎn)生的汽液混合物再返回汽包，汽包內(nèi)產(chǎn)生的飽和蒸汽通過汽水分離器分離后并入邯寶焦化廠廠區(qū)現(xiàn)有蒸汽管網(wǎng)。
3 焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用技術(shù)特點及創(chuàng)新
3.1 采用新型上升管換熱裝置，具有不結(jié)焦、不漏水等特點
應(yīng)用的新型荒煤氣余熱回收裝置由江蘇省常州江南冶金科技有限公司開發(fā)的，該上升管換熱器由內(nèi)、中、外三部分組成，內(nèi)層為耐高溫抗腐蝕材質(zhì)，抗氧化、滲碳、滲氮，最大程度地改變了在正常運行環(huán)境下，不可避免地產(chǎn)生焦油存積和積碳現(xiàn)象。中間層為換熱交換層，高溫?zé)煔馀c除氧水在這部分進(jìn)行充分的熱交換，既利用了上升管的余熱，又保證了利用余熱后的荒煤氣溫度不致降低過快而造成煤焦油的凝結(jié)和積碳的產(chǎn)生，換熱管道為合金材質(zhì)。外層為隔熱和保護層，通過特殊保溫材料的運用，改善了原有上升管表面溫度過高的現(xiàn)象，同時對中間層的換熱核心部分進(jìn)行保護。
3.1.1 采用新型水套管換熱裝置，解決上升管漏水問題
(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(jìn)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。
3.1.2 采用新材質(zhì)，提高換熱效率，有效預(yù)防處理上升管內(nèi)筒結(jié)焦問題
(1)新型上升管換熱器的內(nèi)壁采用耐高溫進(jìn)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)焦也易于清除。
(2)通過進(jìn)水流量的控制，一定程度上控制了上升管的進(jìn)出口溫度差 ，從而盡可能地減少內(nèi)壁的結(jié)焦。
(3)合理的換熱型式選擇和設(shè)計，合理控制（不低于450℃）出口荒煤氣溫度，減緩石墨形成 、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)焦層并將結(jié)焦燒掉 。
(5)納米導(dǎo)熱材料極大改善了換熱效率，納米保溫材料最大限度地減少輻射熱，降低了爐頂環(huán)境溫度。
新型上升管換熱裝置結(jié)構(gòu)圖
3.2 優(yōu)化生產(chǎn)操作，消除上升管出爐時冒黃煙問題
荒煤氣余熱回收系統(tǒng)剛投用時，按出爐標(biāo)準(zhǔn)操作上升管打蓋后會跑冒大量黃煙，面對當(dāng)前異常嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，如何盡快解決上升管筒體的冒煙問題成為當(dāng)時急需解決的首要生產(chǎn)課題。
3.2.1 優(yōu)化上升管換熱器操作
為了盡快解決上升管筒體的冒煙問題，首先需對進(jìn)水量進(jìn)行控制，一方面既要保證蒸汽發(fā)生量，另一方面又要避免筒體由于換熱量降低導(dǎo)致過熱現(xiàn)象.所以控制進(jìn)水量的多少成了問題的關(guān)鍵所在。通過與廠家及時對參數(shù)控制、工藝操作可行性方面的溝通及實際生產(chǎn)操作中的摸索與總結(jié)，最后將每個上升管筒體的進(jìn)水量由之前的40%控制在10~15%左右?？刂七M(jìn)水量后，上升管內(nèi)壁焦油粘結(jié)量明顯減少，蒸汽產(chǎn)量平穩(wěn)保持在9~11t/h左右，集氣管溫度穩(wěn)定在85℃左右，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
3.2.2 優(yōu)化焦?fàn)t出爐操作
控制進(jìn)水量后雖然能顯著減少焦油凝結(jié)量，但少量的焦油還是會存在黃煙問題。為了徹底解決這個問題，技術(shù)人員又優(yōu)化了出爐操作方法，通過對出爐操作進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)，有效解決了上升管筒體的冒黃煙問題。
4 焦?fàn)t荒煤氣余熱回收運行效果
4.1 回收蒸汽效果明顯
荒煤氣余熱回收：荒煤氣溫度由750℃冷卻至450~500℃左右，每個系統(tǒng)每小時可回收0.6~0.8MPa、175℃的飽和蒸汽約 9~11t。
4.2 荒煤氣溫度下降明顯，化產(chǎn)品質(zhì)量改善
通過荒煤氣余熱回收對荒煤氣“預(yù)冷卻”，荒煤氣溫度由原來800℃左右降低至480℃左右，氨水噴灑量降低30～35%；制冷季制冷機技術(shù)又降低了循環(huán)氨水的溫度，荒煤氣集氣管溫度穩(wěn)定在80℃以下，減少煤氣初冷器熱負(fù)荷 35～40%，有效降低氣態(tài)焦油及輕苯等化產(chǎn)品的裂解 ，提高化產(chǎn)品產(chǎn)率。
4.3 回收蒸汽效果明顯
上升管余熱的投用對改善爐頂作業(yè)環(huán)境起到至關(guān)重要的作用，據(jù)測量，舊上升管筒體外壁的溫度均在200℃以上，新筒體外壁溫度由上升管下段底部的100℃左右向上逐漸降低至上段頂部40~50℃，爐頂作業(yè)環(huán)境溫度可降低20 ℃左右，大大改善了爐頂作業(yè)環(huán)境。上升管更換前后上升管外壁上、下部溫度。
5 總體評價
回收焦?fàn)t上升管荒煤氣顯熱方面，特殊結(jié)構(gòu)水套管荒煤氣余熱回收技術(shù)，充分利用焦?fàn)t荒煤氣顯熱，極大提升了荒煤氣顯熱利用率，具有顯著的環(huán)境效益、社會效益，是焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用的大膽嘗試和技術(shù)突破。