摘要：本文主要對(duì)焦?fàn)t上升管余熱回收利用系統(tǒng)的工藝組成與上升管、汽包、除氧器、除氧泵、循環(huán)泵的構(gòu)造及運(yùn)行后的蒸汽回收、荒煤氣溫度、上升管筒體溫度變化、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及運(yùn)行過(guò)程中問(wèn)題的改進(jìn)進(jìn)行闡述。

　　關(guān)鍵詞：焦?fàn)t荒煤氣;上升管換熱器;余熱利用

　　引言

　　焦?fàn)t荒煤氣主要通過(guò)噴灑循環(huán)氨水(約70℃)將顯熱帶走，而此會(huì)造成能量的巨大浪費(fèi)。焦?fàn)t上升管余熱回收系統(tǒng)主要利用上升管換熱器，將荒煤氣余熱與熱力系統(tǒng)除氧后的低溫水換熱，得到大量的汽水混合物，經(jīng)汽包分離器將汽水分離，產(chǎn)生低壓飽和或過(guò)熱蒸汽，既可以提高焦化廠的能源利用率，也可帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)榻範(fàn)t上升管余熱回收系統(tǒng)爐頂上升管換熱器很多，水力平衡較為復(fù)雜，若采用汽水簡(jiǎn)單回路，容易造成水力失調(diào)等嚴(yán)重現(xiàn)象。

　　近日，國(guó)內(nèi)某工程6.78m搗固焦?fàn)t上升管余熱回收項(xiàng)目順利竣工投產(chǎn)，其采用了“一拖二”汽、水系統(tǒng)復(fù)雜回路布置，即“一級(jí)進(jìn)水+二級(jí)出汽”方式。本文結(jié)合該工程焦?fàn)t上升管余熱回收工程的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)其汽水系統(tǒng)進(jìn)行水力工況分析，研究其系統(tǒng)回路水力平衡性。

　　1荒煤氣余熱利用技術(shù)簡(jiǎn)介

　　荒煤氣余熱利用技術(shù)是對(duì)于占焦?fàn)t支出熱的36%的中溫余熱進(jìn)行利用的技術(shù)。利用上升管換熱器回收荒煤氣中的余熱加熱水，從換熱裝置出來(lái)的汽水混合物通過(guò)汽包進(jìn)行汽水分離，產(chǎn)生蒸汽產(chǎn)品。作為鋼鐵企業(yè)中的一個(gè)重要生產(chǎn)工序，焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中能源消耗占鋼鐵總能耗的7%～8%，焦化過(guò)程中每噸焦有50千克標(biāo)煤可以進(jìn)行回收利用。上升管荒煤氣余熱在焦?fàn)t生產(chǎn)中熱量支出排第二位，該余熱資源進(jìn)行回收后，可產(chǎn)生低壓飽和蒸汽11.45萬(wàn)噸/a，同時(shí)，可節(jié)約氨水用電量96×104kWh/a。

　　目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家焦化廠采用了上升管荒煤氣余熱利用技術(shù)，河北某大型鋼鐵企業(yè)焦化廠2x45孔6米焦?fàn)t采用上升管荒煤氣余熱利用技術(shù)生產(chǎn)壓力0.8MPa，溫度175℃的飽和蒸汽供廠區(qū)自用;江西某鋼鐵焦化廠2x63孔6米焦?fàn)t采用上升管荒煤氣余熱利用技術(shù)后，產(chǎn)生0.5~0.7MPa飽和蒸汽進(jìn)行蒸汽并網(wǎng);河南某焦化2x55孔6米焦?fàn)t采用上升管荒煤氣余熱利用技術(shù)生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽，每年可可產(chǎn)蒸汽約8.8萬(wàn)噸。除此之外，還有多家焦化廠正在進(jìn)行改造，上升管荒煤氣余熱利用技術(shù)已經(jīng)成為一種相對(duì)成熟的技術(shù)，應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中也達(dá)到了很好的效果。

　　2上升管分組及汽、水系統(tǒng)布置

　　2.1上升管分組

　　焦?fàn)t荒煤氣溫度很高，通常介于450～850℃，焦?fàn)t裝煤推焦時(shí)荒煤氣溫度是變量。裝煤初始時(shí)刻荒煤氣溫度較高，可達(dá)1000℃左右，推焦階段荒煤氣溫度下降至450℃左右，由此可以看出焦?fàn)t的推焦串序?qū)�焦�(fàn)t爐頂上升管產(chǎn)汽有一定影響。焦?fàn)t串序通常表示為m-n串序，其中m代表焦?fàn)t所有炭化室劃分的組數(shù)(簽號(hào))，即相鄰2次推焦間隔的爐孔數(shù);n代表2趟簽號(hào)對(duì)應(yīng)炭化室相隔的爐孔數(shù)，生產(chǎn)上常用的串序有9-2串序、5-2串序、2-1串序等。該工程6.78m搗固焦?fàn)t采用5-2串序，即按照1#、6#、11#等依次推焦和上一炭化室的平煤。

　　為保證每次推焦產(chǎn)生的荒煤氣溫度變化對(duì)上升管產(chǎn)汽的影響較為均衡，采用5個(gè)上升管為1組的汽化系統(tǒng)分組方法，保證每組上升管在1個(gè)時(shí)間序列有1孔炭化室處于推焦?fàn)顟B(tài)。該工程采用2×62孔搗固焦?fàn)t，將每座焦?fàn)t分為5×10+6×2組，共計(jì)12組，這樣的上升管分組可以盡最大可能保證進(jìn)水、產(chǎn)汽的均衡性。圖2為上升管汽、水系統(tǒng)分組及布置情況。

　　2.2汽包部分由汽包本體、放散消音器、定期排污擴(kuò)容器、汽水取樣器、循環(huán)泵和給水泵等設(shè)備組成額定蒸發(fā)量為18t/h，在30%～110%負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)實(shí)際焦?fàn)t運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)并保證能達(dá)到額定設(shè)計(jì)參數(shù)。為利于汽包的熱效率，汽包及上升管和下降管均采用保溫設(shè)計(jì)。對(duì)于汽包本體，汽水混合物通過(guò)橫向布置的管座進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)部，汽水混合物受到擋板阻隔折流以利于水位的穩(wěn)定并使汽水更好地進(jìn)行分離，飽和蒸汽由汽包上部的管座引出汽包，為了最大程度上獲得干燥的飽和蒸汽，在出口管子前的蒸汽空間裝有一只汽水分離器，以分離蒸汽中剩余的水分，循環(huán)水通過(guò)汽包底部的下降管管座流出。

　　2.3技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　采用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，所選導(dǎo)熱油最高操作溫度高達(dá)345℃，導(dǎo)熱油經(jīng)上升管取熱裝置吸熱升溫后，送至導(dǎo)熱油過(guò)熱器、導(dǎo)熱油蒸發(fā)器與汽水系統(tǒng)換熱，降溫后的導(dǎo)熱油通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)泵再回到上升管取熱裝置再次吸熱，實(shí)現(xiàn)密閉循環(huán)。相對(duì)于常規(guī)直接汽化冷卻式焦?fàn)t上升管余熱回收技術(shù)，恒壁溫焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱回收技術(shù)在長(zhǎng)期運(yùn)行安全性、蒸汽品質(zhì)方面具有如下優(yōu)勢(shì):(1)導(dǎo)熱油最高操作溫度高達(dá)345℃，導(dǎo)熱油過(guò)熱器、導(dǎo)熱油蒸發(fā)器等設(shè)備按壓力4.0MPa及以上設(shè)計(jì)制造，因此可產(chǎn)3.82MPa、300℃以下品質(zhì)蒸汽，蒸汽品質(zhì)高，用途更廣泛;常規(guī)汽化冷卻式焦?fàn)t上升管余熱回收技術(shù)，由于受上升管取熱裝置承壓限制，一般只產(chǎn)0.8MPa以下飽和蒸汽。(2)無(wú)論產(chǎn)何種壓力的蒸汽，上升管取熱裝置內(nèi)、外筒均為常壓條件工作，內(nèi)筒僅承受荒煤氣壓力，外筒工作壓力為大氣壓，上升管取熱裝置中導(dǎo)熱油傳熱管的工作壓力只需克服導(dǎo)熱油循環(huán)阻力，正常工作壓力小于0.5MPa，壓力較低，進(jìn)一步降低了泄漏風(fēng)險(xiǎn);常規(guī)汽化冷卻式焦?fàn)t上升管余熱回收技術(shù)，上升管取熱裝置承壓取決于汽包蒸汽壓力。

　　(3)除可間接產(chǎn)高品質(zhì)蒸汽外，高溫導(dǎo)熱油可遠(yuǎn)距離輸送，直接用于煤調(diào)濕或蒸氨等焦化工序，實(shí)現(xiàn)熱量直接高效利用。(4)不同于汽化冷卻，導(dǎo)熱油在循環(huán)過(guò)程中始終穩(wěn)定為液態(tài)，不發(fā)生汽化，不結(jié)垢，不存在局部汽堵，不會(huì)因受熱不均發(fā)生管道爆裂;常規(guī)汽化冷卻式焦?fàn)t上升管余熱回收技術(shù)，取熱裝置內(nèi)污垢沉淀較多，且單個(gè)取熱裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線排污，影響設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性。

　　(5)汽水排污集中在導(dǎo)熱油過(guò)熱器和導(dǎo)熱油蒸發(fā)器內(nèi)，對(duì)給水水質(zhì)要求低，可采用軟化水作為系統(tǒng)補(bǔ)給水水源;常規(guī)汽化冷卻式焦?fàn)t上升管余熱回收技術(shù)，為減少取熱裝置內(nèi)結(jié)垢，對(duì)給水水質(zhì)要求高，必須采用除鹽水。(6)導(dǎo)熱油的導(dǎo)熱系數(shù)低，約為水導(dǎo)熱系數(shù)的15%～20%，且其可操作溫度高，上升管取熱裝置干燒后，無(wú)需降溫或更換，可立刻再次投入使用，不會(huì)發(fā)生爆管。

　　2.4汽水系統(tǒng)

　　接自除鹽水站的除鹽水，通過(guò)除氧水泵將除鹽水送入熱力除氧器進(jìn)行除氧，然后通過(guò)汽包給水泵將水送入汽包。水在汽包與上升管余熱回收利用裝置之間通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)換熱，之后進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)進(jìn)行汽水分離，蒸汽從汽包輸出，輸送到廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)，水繼續(xù)循環(huán)進(jìn)入上升管余熱回收利用裝置進(jìn)行再次熱交換。汽水系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)汽包，一備一用;四臺(tái)強(qiáng)制循環(huán)泵，兩用兩備。此外，每套汽水系統(tǒng)需設(shè)置三臺(tái)取樣冷卻器，分別用于汽包水取樣、除氧水取樣和飽和蒸汽取樣。

　　結(jié)語(yǔ)

　　近幾年國(guó)內(nèi)焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱回收利用進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)入快速發(fā)展期，采用導(dǎo)熱油作為媒介取熱的恒壁溫焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱回收技術(shù)可降低焦化工序能耗約11kgce/t，并在長(zhǎng)期運(yùn)行安全性、蒸汽品質(zhì)和產(chǎn)汽品質(zhì)指標(biāo)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，為焦化廠焦?fàn)t上升管余熱回收提供了一種更高效、安全可靠的解決方案。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]張欣欣，張安強(qiáng)，馮研卉等.焦?fàn)t能耗分析與余熱利用技術(shù)[J].鋼鐵，2012，47(8):1-4，12.

　　[2]孫寶東，線葵娟，李明珠.煉焦余熱資源回收利用技術(shù)研究[J].冶金能源，2015，34(5):24-27.

　　[3]曹先常，程樂(lè)意，劉詠梅.焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收現(xiàn)狀分析及試驗(yàn)研究[J].冶金能源，2017，36(1):11-13.

　　能源論文投稿刊物：《南方能源建設(shè)》Southern Energy Construction(季刊)2014年創(chuàng)刊，辦刊宗旨立足于為能源行業(yè)尤其是電力行業(yè)工程建設(shè)提供技術(shù)支持和信息服務(wù)，推廣新理論、新技術(shù)的工程應(yīng)用，提高我國(guó)能源建設(shè)質(zhì)量的技術(shù)水平。主要面向全國(guó)能源行業(yè)尤其是電力行業(yè)設(shè)計(jì)、建設(shè)、制造等企業(yè)、以及相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)和高等院校的廣大工程技術(shù)人員、管理人員、專家學(xué)者等。