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2016-11-12 06:02:02徐鴻鈞李國莉姜永濤趙玉良
化工設計通訊 2016年7期
徐鴻鈞，李國莉，姜永濤，趙玉良
（中國重型機械研究院股份公司，陜西西安 710032）
規(guī)模化高溫半焦余熱回收工藝簡述
徐鴻鈞，李國莉，姜永濤，趙玉良
（中國重型機械研究院股份公司，陜西西安 710032）
對規(guī)?；邷胤哿习虢褂酂峄厥障到y(tǒng)中常用的幾種技術方案，進行了詳細的介紹和分析，其中重點闡述了熱泵技術在余熱回收應用中的工藝和參數(shù)。為不同生產(chǎn)規(guī)模、投資等因素下，合理選用余熱回收方案，提供了依據(jù)。
余熱回收；高溫粉料；半焦
1 規(guī)?；勖焊绅s系統(tǒng)簡介
我國能源缺油、少氣、煤炭資源豐富，但低階煤儲量大，低階煤主要包含褐煤和低變質(zhì)煙煤，其中褐煤查明資源儲量1 334.69×108t，低變質(zhì)煙煤查明資源儲量3 330.09×108t，總共占全國煤炭資源總量的45.68%。目前我國資源結(jié)構(gòu)中煤炭約占一次能源的73.4%，到2050年煤炭在我國一次能源生產(chǎn)和消費中仍將處于主導地位，仍將占一次能源的47.7%，直接燃燒的利用方式不僅能源利用率低而且污染環(huán)境。近年來我國東西部大范圍霧霾天氣日益頻繁，人們更加關注煤炭終端產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
煤低溫熱解干餾技術因為方法相對簡單，投資較少，熱能轉(zhuǎn)化效率高，是利用低階煤資源最具競爭力的工藝途徑，煤的低溫熱解干餾工藝可大大改善煤，特別是低階煤的品質(zhì)，提高煤利用率且大大改善環(huán)境，同時可以得到煤焦油和煤氣等副產(chǎn)品。對于高效、經(jīng)濟及規(guī)?；勖旱蜏責峤飧绅s工藝，目前常用的設備為加熱管回轉(zhuǎn)式熱解窯設備。其工藝原理圖如圖1所示。煤經(jīng)過干燥、預熱后進入回轉(zhuǎn)式熱解窯，經(jīng)過低溫干餾后，其主要產(chǎn)物高溫半焦從回轉(zhuǎn)式熱解窯出來后進入半焦冷卻及余熱回收系統(tǒng)，在此將高溫半焦冷卻至可運輸及儲存的溫度。其附屬產(chǎn)物為煤焦油和煤氣混合物，經(jīng)過除塵、凈化、分離，得到純凈的煤焦油和煤氣。
圖1 工藝原理圖
節(jié)約能源，促進能源的合理和有效利用，對提高經(jīng)濟效益、技術進步及減少環(huán)境污染起著重要作用，并且提高能源利用效率的主要途徑是加強余熱回收利用。因此在規(guī)?；勖旱蜏責峤飧绅s工藝中，高溫半焦的余熱回收利用就顯得尤為重要。通常根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、投資、后續(xù)工藝及項目地水資源等對高溫半焦采用不同的冷卻和余熱回收方案，常用的有循環(huán)水、余熱鍋爐、熱泵技術等。下面分別介紹這幾種余熱回收方案。
2 規(guī)?；邷胤哿习虢沟挠酂峄厥?/h2>
2.1 循環(huán)水冷卻及余熱回收
圖2為傳統(tǒng)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，常溫水經(jīng)過半焦冷卻裝置，吸收高溫半焦熱量，將水加熱后排出冷卻半焦，被加熱的冷卻水經(jīng)冷卻塔或冷卻水池降溫后再循環(huán)。該系統(tǒng)最大特點是系統(tǒng)簡單，余熱不可回收，會造成局部熱污染且循環(huán)水有一定損耗，故一般只用于試驗及小規(guī)模的半焦冷卻系統(tǒng)。
圖3為在上述基礎上，將循環(huán)冷卻水通過換熱器換熱，產(chǎn)生低溫熱水，一般采用換熱效能較高的板式換熱器。該系統(tǒng)具有系統(tǒng)、設備簡單，投資少等特點，但最大的不足是提供給熱用戶的介質(zhì)溫度不高，一般為45℃左右，利用價值小。
圖2 傳統(tǒng)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
圖3 增加換熱器的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
2.2 余熱鍋爐
余熱鍋爐是這些年在各行各業(yè)發(fā)展迅猛的高效節(jié)能設備，特別適用于中低溫（介質(zhì)溫度450℃）余熱回收。余熱鍋爐系統(tǒng)一般由吸熱裝置（省煤器、蒸發(fā)器、水冷壁和過熱器）即鍋爐、鍋筒、水汽系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。而其中水汽系統(tǒng)較復雜，由水處理裝置、補水水泵裝置、除氧裝置、加藥裝置、取樣裝置等組成，且設備閥門儀表多。
高溫粉料半焦余熱鍋爐系統(tǒng)如圖4所示。高溫粉料半焦采用余熱鍋爐回收余熱時，省煤器、蒸發(fā)器和水冷壁均設計在半焦余熱回收裝置本體上，并采用自然循環(huán)余熱鍋爐，由于高溫粉料半焦的入口溫度一般為550℃，故設計蒸汽參數(shù)時，一般為0.8MPa（175℃）的飽和蒸汽，如有過熱器，根據(jù)過熱器加熱方式和蒸汽輸送距離，一般過熱溫度不超過30℃。
圖4 高溫粉料半焦余熱鍋爐系統(tǒng)
余熱鍋爐用于高溫粉料半焦余熱利用的特點為：余熱溫度高、可遠距離輸送、耗水量小及系統(tǒng)較復雜。當半焦規(guī)模不小于60萬t/a時，采用余熱鍋爐型式進行余熱回收，經(jīng)濟效益明顯，否則蒸汽產(chǎn)量小，系統(tǒng)復雜且投資較大。
2.3 熱泵技術的應用
熱泵是一個專業(yè)用語，是把處于低溫位的熱量輸送到高溫位的機械，從熱力學原理講，熱泵就是制冷機。在自然狀態(tài)下，水只能從高處向低處流，通過水泵可以把水由低處輸送到高處，根據(jù)熱力學第二定律，同樣在自然狀態(tài)下，熱量只能從高溫傳向低溫，通過熱泵則可以把熱量從低溫傳向高溫。
熱泵的種類很多，其中機械壓縮式熱泵，以其熱效率高，控制方便，技術成熟等優(yōu)點，成為應用最為廣泛的一種，機械壓縮式熱泵遵循熱力學逆卡諾循環(huán)的原理，由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置等部件組成，熱泵工質(zhì)在其中循環(huán)，并發(fā)生相變，實現(xiàn)熱能由低溫向高溫的傳遞，熱泵的基本性能用供熱系數(shù)COP衡量。
Scale Carbocoal of High Temperature Waste Heat Recovery Process Description
Xu Hong-jun，Li Guo-li，Jiang Yong-tao，Zhao Yu-liang
The scale of high temperature powder carbocoal in waste heat recovery system，commonly used several schemes，carried on the detailed introduction and analysis，and focus on the application of heat pump technology in heat recovery process and parameters are presented.According to different factors such as the scale of production，investment，the reasonable use of waste heat recovery solutions，is provided in this article.
waste heat recovery；high temperature powder；carbocoal
TQ520.6
B
1003-6490（2016）07-0009-02
2016-07-07
徐鴻鈞（1962—），男，陜西西安人，教授級高級工程師，主要從事冶金、建材、礦山行業(yè)成套裝備的研究工作。
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對規(guī)?；邷胤哿习虢褂酂峄厥障到y(tǒng)中常用的幾種技術方案，進行了詳細的介紹和分析，其中重點闡述了熱泵技術在余熱回收應用中的工藝和參數(shù)。為不同生產(chǎn)規(guī)模、投資等因素下，合理選用余熱回收方案，提供了依據(jù)。
余熱回收；高溫粉料；半焦
1 規(guī)?；勖焊绅s系統(tǒng)簡介
我國能源缺油、少氣、煤炭資源豐富，但低階煤儲量大，低階煤主要包含褐煤和低變質(zhì)煙煤，其中褐煤查明資源儲量1 334.69×108t，低變質(zhì)煙煤查明資源儲量3 330.09×108t，總共占全國煤炭資源總量的45.68%。目前我國資源結(jié)構(gòu)中煤炭約占一次能源的73.4%，到2050年煤炭在我國一次能源生產(chǎn)和消費中仍將處于主導地位，仍將占一次能源的47.7%，直接燃燒的利用方式不僅能源利用率低而且污染環(huán)境。近年來我國東西部大范圍霧霾天氣日益頻繁，人們更加關注煤炭終端產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
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圖1 工藝原理圖
節(jié)約能源，促進能源的合理和有效利用，對提高經(jīng)濟效益、技術進步及減少環(huán)境污染起著重要作用，并且提高能源利用效率的主要途徑是加強余熱回收利用。因此在規(guī)?；勖旱蜏責峤飧绅s工藝中，高溫半焦的余熱回收利用就顯得尤為重要。通常根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、投資、后續(xù)工藝及項目地水資源等對高溫半焦采用不同的冷卻和余熱回收方案，常用的有循環(huán)水、余熱鍋爐、熱泵技術等。下面分別介紹這幾種余熱回收方案。
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圖3為在上述基礎上，將循環(huán)冷卻水通過換熱器換熱，產(chǎn)生低溫熱水，一般采用換熱效能較高的板式換熱器。該系統(tǒng)具有系統(tǒng)、設備簡單，投資少等特點，但最大的不足是提供給熱用戶的介質(zhì)溫度不高，一般為45℃左右，利用價值小。
圖2 傳統(tǒng)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
圖3 增加換熱器的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
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余熱鍋爐是這些年在各行各業(yè)發(fā)展迅猛的高效節(jié)能設備，特別適用于中低溫（介質(zhì)溫度450℃）余熱回收。余熱鍋爐系統(tǒng)一般由吸熱裝置（省煤器、蒸發(fā)器、水冷壁和過熱器）即鍋爐、鍋筒、水汽系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。而其中水汽系統(tǒng)較復雜，由水處理裝置、補水水泵裝置、除氧裝置、加藥裝置、取樣裝置等組成，且設備閥門儀表多。
高溫粉料半焦余熱鍋爐系統(tǒng)如圖4所示。高溫粉料半焦采用余熱鍋爐回收余熱時，省煤器、蒸發(fā)器和水冷壁均設計在半焦余熱回收裝置本體上，并采用自然循環(huán)余熱鍋爐，由于高溫粉料半焦的入口溫度一般為550℃，故設計蒸汽參數(shù)時，一般為0.8MPa（175℃）的飽和蒸汽，如有過熱器，根據(jù)過熱器加熱方式和蒸汽輸送距離，一般過熱溫度不超過30℃。
圖4 高溫粉料半焦余熱鍋爐系統(tǒng)
余熱鍋爐用于高溫粉料半焦余熱利用的特點為：余熱溫度高、可遠距離輸送、耗水量小及系統(tǒng)較復雜。當半焦規(guī)模不小于60萬t/a時，采用余熱鍋爐型式進行余熱回收，經(jīng)濟效益明顯，否則蒸汽產(chǎn)量小，系統(tǒng)復雜且投資較大。
2.3 熱泵技術的應用
熱泵是一個專業(yè)用語，是把處于低溫位的熱量輸送到高溫位的機械，從熱力學原理講，熱泵就是制冷機。在自然狀態(tài)下，水只能從高處向低處流，通過水泵可以把水由低處輸送到高處，根據(jù)熱力學第二定律，同樣在自然狀態(tài)下，熱量只能從高溫傳向低溫，通過熱泵則可以把熱量從低溫傳向高溫。
熱泵的種類很多，其中機械壓縮式熱泵，以其熱效率高，控制方便，技術成熟等優(yōu)點，成為應用最為廣泛的一種，機械壓縮式熱泵遵循熱力學逆卡諾循環(huán)的原理，由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置等部件組成，熱泵工質(zhì)在其中循環(huán)，并發(fā)生相變，實現(xiàn)熱能由低溫向高溫的傳遞，熱泵的基本性能用供熱系數(shù)COP衡量。
Scale Carbocoal of High Temperature Waste Heat Recovery Process Description
Xu Hong-jun，Li Guo-li，Jiang Yong-tao，Zhao Yu-liang
The scale of high temperature powder carbocoal in waste heat recovery system，commonly used several schemes，carried on the detailed introduction and analysis，and focus on the application of heat pump technology in heat recovery process and parameters are presented.According to different factors such as the scale of production，investment，the reasonable use of waste heat recovery solutions，is provided in this article.
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1003-6490（2016）07-0009-02
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