姜 崴

(山西國(guó)控環(huán)球工程有限公司,山西 太原 030024)

我國(guó)焦炭產(chǎn)量在世界范圍內(nèi)處于前列，然而整體科技水平不高，許多焦化企業(yè)面臨著虧損。我國(guó)焦炭大部分被用來煉鐵。焦?fàn)t荒煤氣攜帶著大量的熱量，不合理利用的話會(huì)造成巨大的損耗。鑒于這一現(xiàn)實(shí)情況，焦化企業(yè)要積極調(diào)整工藝結(jié)構(gòu)，優(yōu)化和完善焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)。

1 焦?fàn)t荒煤氣以及煤焦油結(jié)焦的特征

荒煤氣內(nèi)含有多種成分，不僅含有凈煤氣，還含有硫化氫、煤焦油、水分等成分。硫化氫作為荒煤氣中的成分之一，在干燥狀態(tài)下不會(huì)對(duì)金屬造成腐蝕和破壞。然而，當(dāng)焦化企業(yè)利用換熱器回收荒煤氣時(shí)，由于換熱器壁面與荒煤氣之間的溫度差異，會(huì)導(dǎo)致水蒸氣凝結(jié)或煤焦油凝結(jié)，使得可融入水的硫化氫在水蒸氣或煤焦油之中溶解，進(jìn)而對(duì)換熱器的金屬壁面造成嚴(yán)重的腐蝕破壞，對(duì)設(shè)備的安全使用造成威脅，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患。煤焦油內(nèi)含有多種成分，根據(jù)沸點(diǎn)的高低可分為瀝青、蒽油、洗油等成分。實(shí)踐證明，煤焦油的凝結(jié)溫度為450℃，凝結(jié)之后的煤焦油會(huì)順著換熱器的避免往下流動(dòng)，當(dāng)流動(dòng)到換熱器的底部時(shí)，凝結(jié)后的煤焦油在炭化室的高溫輻射下得到再一次分解，其中煤焦油中的固體成分將在換熱器表面附著，導(dǎo)致積碳現(xiàn)象。當(dāng)換熱器避免的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤焦油的溫度時(shí)，煤焦油會(huì)迅速冷凝成為結(jié)焦，這些現(xiàn)象都是制約焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)發(fā)展的難題，攻克焦?fàn)t上升管換熱器運(yùn)行問題有助于促進(jìn)荒煤氣余熱回收技術(shù)的發(fā)展。結(jié)焦周期內(nèi)荒煤氣的流量變化溫度變化具有一定聯(lián)系。在一個(gè)結(jié)焦周期內(nèi)，荒煤氣的產(chǎn)量呈持續(xù)遞減狀態(tài)，而溫度則是先升后降，荒煤氣與溫度之間的具體關(guān)聯(lián)與焦?fàn)t的加熱程序密不可分。影響換熱器工作效率和安全性的因素有很多，其中焦?fàn)t荒煤氣流量與溫度之間的周期性變化會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器壁面出現(xiàn)周期性熱應(yīng)力現(xiàn)象，致使換熱器內(nèi)避免出現(xiàn)疲勞破壞現(xiàn)象。焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)涉及到多個(gè)環(huán)節(jié)，相關(guān)工作人員不僅將換熱器熱膨脹問題處理到位，還要將換熱器運(yùn)行狀態(tài)下的內(nèi)壁溫度進(jìn)行科學(xué)有效的控制，讓換熱器內(nèi)壁的溫度能夠穩(wěn)定在確定的區(qū)間范圍內(nèi)，有效避免由于熱應(yīng)力波動(dòng)導(dǎo)致的換熱器損壞。

關(guān)于煤焦油結(jié)焦現(xiàn)象的研究有很多，這些科學(xué)研究有利于推動(dòng)荒煤氣應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。結(jié)合科學(xué)研究者的論證結(jié)果以及焦油的本質(zhì)屬性，工作狀態(tài)下的荒煤氣換熱器壁面溫度要處于適宜狀態(tài)，不宜溫度過低，當(dāng)換熱器壁面溫度過低時(shí)，煤焦油會(huì)發(fā)生凝結(jié)反應(yīng)，使得凝結(jié)后的煤焦油在換熱器內(nèi)壁附著，產(chǎn)生不宜清理的焦油渣。同時(shí)，當(dāng)經(jīng)過冷凝后的焦油順著換熱器壁面向下流動(dòng)時(shí)，會(huì)受到炭化室高溫輻射的影響，導(dǎo)致焦油再一次被分解，而殘留下的固體成分會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器壁面出現(xiàn)積碳現(xiàn)象，給換熱器的正常使用造成影響。鑒于這一現(xiàn)實(shí)情況，在應(yīng)用焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)時(shí)，荒煤氣換熱器底部應(yīng)該被放置導(dǎo)油槽，以有效緩解換熱器進(jìn)口處的積碳問題。

2 淺析荒煤氣余熱回收技術(shù)

我國(guó)荒煤氣余熱回收基礎(chǔ)還處于發(fā)展階段，要需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化。當(dāng)前越來越多的焦化企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)關(guān)注荒煤氣余熱回收工作，并開展了一系列的研究和探索，以期能促進(jìn)焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)的發(fā)展。縱觀荒煤氣余熱回收技術(shù)的發(fā)展，其主要分為換熱技術(shù)以及直接利用技術(shù)。

利用焦?fàn)t上升管安裝余熱鍋爐以實(shí)現(xiàn)荒煤氣顯熱回收的做法始于日本，然而這一技術(shù)存在明顯的缺陷，實(shí)驗(yàn)并未進(jìn)行下去。蘇聯(lián)哈爾科夫煉焦廠利用在上升管上安裝水套的方式進(jìn)行工業(yè)化的上升管廢熱實(shí)驗(yàn)，試圖借助強(qiáng)制循環(huán)將采暖水加熱。這一技術(shù)在具體操作時(shí)存在諸多困難，在工業(yè)領(lǐng)域并未得到大范圍的推廣和普及。我國(guó)作為最早開始研究荒煤氣汽化冷卻技術(shù)的國(guó)家，早在20世紀(jì)70年代便開展了上升管汽化冷卻實(shí)驗(yàn)，并運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)之中。早期的上升管汽化冷卻裝置通過在上升管外壁焊接的夾套，并將軟水注入夾套下部，以實(shí)現(xiàn)荒煤氣熱量的轉(zhuǎn)換。由于早期的上升管汽化冷卻裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尚不完善，在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)漏水問題。針對(duì)技術(shù)層面上的不足，相關(guān)工作人員進(jìn)行了一系列的改革創(chuàng)新，將上升管結(jié)構(gòu)由最初的平板型封頭調(diào)整為翻邊型封頭和U型封頭，這一舉措有效改善了上升管焊接縫處易漏水的問題。結(jié)焦問題是制約荒煤氣余熱回收的另一個(gè)因素，在使用過程中，換熱器底部容易出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)焦問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成上升管通道堵塞。與此同時(shí)，若換熱器內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)焦問題，會(huì)使得加熱器內(nèi)避免的傳熱能力受阻，進(jìn)而嚴(yán)重影響傳熱效率。導(dǎo)熱油夾套技術(shù)作為水夾套技術(shù)的革新，利用高溫導(dǎo)熱油有效改善換熱器內(nèi)壁的溫度問題，緩解由于換熱器內(nèi)壁溫度過低而導(dǎo)致的壁面結(jié)焦現(xiàn)象，從而有效改善嚴(yán)重的結(jié)焦問題。與此同時(shí)，導(dǎo)熱油可以作為換熱介質(zhì)降低夾套的運(yùn)行壓力。然而，導(dǎo)熱油夾套技術(shù)在運(yùn)行過程中也暴露出了不少問題，如環(huán)境污染問題、油品質(zhì)量問題以及費(fèi)用問題等。隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和完善，焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)正逐步完善，同時(shí)也存在許多不足。科研人員要正式技術(shù)存在的不足，逐個(gè)擊破阻礙焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)發(fā)展的難題。

熱管式荒煤氣余熱回收技術(shù)最早在梅鋼進(jìn)行試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)陳小蕓的研究報(bào)告顯示，熱管式荒煤氣余熱回收技術(shù)在運(yùn)行三到四天之后，荒煤氣的出口溫度略高于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)值，換熱管表面依然會(huì)出現(xiàn)焦油冷凝現(xiàn)象，致使導(dǎo)熱效率不佳。直接利用技術(shù)是焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)的另一種方式，具有工藝流程略長(zhǎng)的特點(diǎn)，適用于現(xiàn)代化的焦化生產(chǎn)企業(yè)。直接利用技術(shù)作為科學(xué)有效的技術(shù)手段，一方面可以利用部分氧化裂解制氫，一方面可以利用裂解生產(chǎn)合成氣。高溫荒煤氣在進(jìn)入反應(yīng)器之后會(huì)產(chǎn)生氧氣和蒸汽，讓荒煤氣中大部分的焦油得到氧

化，通過采用科學(xué)有效的提純技術(shù)，能夠?qū)錃馓崛〕鰜?，這種制氫方式能夠有效降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。高溫荒煤氣在進(jìn)入熱裂解爐之后能夠?qū)⒔褂汀?、萘等有機(jī)物裂解為一氧化碳和氫氣為主的合成氣體，進(jìn)而將其生產(chǎn)為合成氨、甲醇、二甲醚等，還可以直接生產(chǎn)還原鐵。為了有效克服加熱器內(nèi)壁面結(jié)焦的問題，不少研究者致力于研究可用于換熱器內(nèi)壁的不粘涂層技術(shù)。關(guān)于換熱器涂層技術(shù)的研究，要關(guān)注涂層能否有效解決換熱器的結(jié)焦問題和腐蝕問題，以及是否具有良好的導(dǎo)熱性能。陳光等人在研究中對(duì)比了具有納米不粘涂層的金屬與沒有涂層的金屬，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，兩者的導(dǎo)熱性能基本一致。關(guān)于焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)還處于發(fā)展階段，還需要進(jìn)一步的優(yōu)化和創(chuàng)新。

3 總結(jié)

本文簡(jiǎn)要論述了焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)。換熱器技術(shù)適用于當(dāng)前焦化企業(yè)的荒煤氣余熱回收，通過調(diào)整換熱器能夠有效延長(zhǎng)換熱器的使用年限，克服換熱器泄露這一難題；根據(jù)荒煤氣、焦油特點(diǎn)研制的新型涂層能夠有效處理上升管換熱器結(jié)焦腐蝕的難題，有助于促進(jìn)焦?fàn)t荒煤氣上升管換熱器的發(fā)展?？v觀我國(guó)上升管換熱器技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)低壓水蒸氣是國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)用最為普遍的方式，應(yīng)用工藝相對(duì)單一，亟待創(chuàng)新和優(yōu)化?？v觀焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)的發(fā)展，焦化企業(yè)要重視荒煤氣換熱器的安全問題以及換熱效率，完善荒煤氣換熱器的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，優(yōu)化荒煤氣換熱技術(shù)，有效延長(zhǎng)換熱器的使用年限，增強(qiáng)換熱器的安全性能。

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