武巖偉

隨著我國(guó)能源供求矛盾的日趨突出和能源結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題的嚴(yán)重困擾，除廣開(kāi)能源供應(yīng)渠道、大力開(kāi)發(fā)利用新能源等措施外，節(jié)能新技術(shù)、新工藝和節(jié)能設(shè)備的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，對(duì)于提高我國(guó)能源利用效率、促進(jìn)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，也具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 焦?fàn)t上升管顯熱回收利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

5#6#焦?fàn)t上升管顯熱回收技術(shù)包括上升管換熱器、汽包、強(qiáng)制循環(huán)泵、除鹽水箱、除氧泵、除氧器、汽包給水泵等以及相關(guān)電氣儀控設(shè)備。干熄焦除氧水經(jīng)過(guò)給水調(diào)節(jié)閥供至緩沖水箱（緩沖水箱同時(shí)配備一路來(lái)自于干熄焦除鹽水箱出口的應(yīng)急和補(bǔ)充水源），經(jīng)汽包給水泵（變頻防爆、一用一備）輸送至汽包，通過(guò)PID 調(diào)節(jié)汽包進(jìn)水調(diào)節(jié)閥保持設(shè)定水位（250mm），汽包通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)泵（變頻防爆、一用一備）向6m 焦?fàn)t上升管換熱裝置供水。焦?fàn)t煉焦生產(chǎn)過(guò)程中，炭化室煤餅產(chǎn)生溫度為650℃～800℃的焦?fàn)t荒煤氣，焦?fàn)t荒煤氣通過(guò)裝置內(nèi)壁傳熱給換熱器，換熱后，上升管換熱器出口的荒煤氣溫度為500℃～600℃，通過(guò)換熱器吸收熱量換熱產(chǎn)生的汽水混合物通過(guò)汽水連接管道引至汽包，汽包出來(lái)的飽和蒸汽并入低壓蒸汽管網(wǎng)。工藝流程圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

2 上升管荒煤氣顯熱回收技術(shù)的應(yīng)用

2.1 控制水量新技術(shù)，減少內(nèi)壁石墨焦油的增長(zhǎng)

上升管換熱器共計(jì)100 個(gè)，分別布置在焦?fàn)t機(jī)側(cè)上升管位置，荒煤氣流向?yàn)橄逻M(jìn)上出，除氧水為下進(jìn)上出，二者進(jìn)行順流換熱。為防止由于布水不均勻?qū)е律仙芨蔁闆r的發(fā)生，系統(tǒng)管道采用梯級(jí)布置：流量大小由孔板控制，1 號(hào)～20 號(hào)孔板直徑8mm，21 號(hào)～40 號(hào)孔板直徑10mm，41 號(hào)～60 號(hào)孔板直徑12mm，61 號(hào)～80 號(hào)孔板直徑14mm，81 號(hào)～100 號(hào)孔板直徑16mm；上升管換熱器采用順流布置，很好地控制壁溫，保證內(nèi)部不低于焦油露點(diǎn)溫度；上升管換熱器采用并聯(lián)方式排列，通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)泵、大流量高揚(yáng)程、分段的管網(wǎng)布局，充分保證每個(gè)上升管換熱器的進(jìn)水相對(duì)均勻；每臺(tái)上升管換熱器進(jìn)出水處均設(shè)置手動(dòng)控制閥門(mén)，可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行換熱器切斷；材料采用耐高溫性能的材料,具備耐熱防漏水、防結(jié)石墨及掛焦油的三重功能。并且系統(tǒng)采用兩路電源一備一用，強(qiáng)制循環(huán)泵一用一備，補(bǔ)水泵一用一備?？紤]焦?fàn)t有停電可能會(huì)造成換熱裝置斷水干燒，采用兩路電源自動(dòng)切換供電。

2.2 采用無(wú)縫復(fù)合整體技術(shù)，防止上升管換熱器的變形

上升管內(nèi)筒是在2600 度高溫下熔合成型的無(wú)縫復(fù)合整體，能適用于500℃～1500℃的復(fù)雜荒煤氣環(huán)境，可避免高溫氧化上升管內(nèi)壁造成上升管變形漏水。上升管連續(xù)干燒時(shí)間為一個(gè)月以上，但考慮到上升管器干燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)再進(jìn)水，溫差比較大，影響上升管使用壽命，故干燒時(shí)間盡可能短；上升管換熱器中部設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)膨脹節(jié)，可以消除上升管內(nèi)、外筒周期性熱應(yīng)力的影響破壞。上升管換熱器采用內(nèi)筒外筒結(jié)構(gòu)，受熱介質(zhì)在內(nèi)外筒之間的密閉空間進(jìn)行換熱，介質(zhì)不會(huì)滲漏到炭化室。內(nèi)壁配以納米自潔材料，經(jīng)過(guò)500°的高溫后內(nèi)表面形成均勻光滑而又堅(jiān)固的釉面，均勻光滑、無(wú)死角、不會(huì)結(jié)石墨和凝聚煤焦。

新型上升管換熱器不改變?cè)猩仙芑拿簹鈨?nèi)部通道，上升管換熱器內(nèi)筒內(nèi)徑與原上升管襯磚后的內(nèi)徑保持一致；上升管換熱器的高度為原上升管總高減去底座高度304mm，保證上升管高度不變，不影響焦?fàn)t的正常生產(chǎn)。上升管外形尺寸圖2 如下。

圖2 上升管外形尺寸

3 焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用分析

3.1 焦?fàn)t上升管換熱器

上升管余熱回收設(shè)備的余熱回收體系的重點(diǎn)機(jī)械，其應(yīng)用HYWHR 型荒煤氣換熱設(shè)備，此設(shè)備的構(gòu)造方式、導(dǎo)熱設(shè)備和固態(tài)導(dǎo)熱介質(zhì)的應(yīng)用方式全部是我國(guó)研發(fā)的，有效的處理了荒煤氣廢熱應(yīng)用過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種影響安全性的情況。①設(shè)備構(gòu)造特性。換熱設(shè)備的大小與焦?fàn)t上升管一樣，裝設(shè)期間不會(huì)妨礙焦?fàn)t的工作。內(nèi)筒與外筒將的盤(pán)管應(yīng)用導(dǎo)熱性能較好的薄片，換熱效果較好。內(nèi)筒的材質(zhì)選取抗高溫抗腐蝕的合金管，受力勻?qū)嵍容^高。無(wú)縫合金內(nèi)筒表層比較光滑，不會(huì)輕易吸附結(jié)石墨和焦油。上升管換熱腔是開(kāi)放性，內(nèi)容與外筒夾層空腔和空氣互通，若是盤(pán)管中的水汽出現(xiàn)泄露則能夠借助底層的排水口進(jìn)行排放，可以有效的防止水汽流入到焦?fàn)t炭化室中，確保的焦?fàn)t運(yùn)轉(zhuǎn)的安全。HYWHR 換熱設(shè)備僅換熱盤(pán)管中存在壓力，別的位置均為正常壓力且開(kāi)放型構(gòu)造，不是壓力設(shè)備，無(wú)需按時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)，從而有效的節(jié)約了公司的開(kāi)銷(xiāo)，并且提升了生產(chǎn)安全。②5#6#焦?fàn)t共設(shè)置上升管換熱器100 套，每臺(tái)換熱器進(jìn)水處設(shè)置手動(dòng)切斷閥門(mén)，出口處設(shè)置手動(dòng)切斷閥門(mén)，切斷閥門(mén)均為2 道，1 道焊接連接，1 道法蘭連接，保證上升管換熱器正常運(yùn)行和檢修更換安全。

3.2 汽包及汽水系統(tǒng)

除鹽水站中的除鹽水，借助除氧水泵把除鹽水輸送到熱力除氧設(shè)備中展開(kāi)除氧操作，之后借助汽包送水泵把水輸送到汽包中。水在汽包和上升管余熱回收應(yīng)用設(shè)備間借助強(qiáng)制循環(huán)泵展開(kāi)強(qiáng)制循環(huán)換熱，然后到汽包中展開(kāi)水與汽的分離，蒸汽自汽包被運(yùn)送到蒸汽管網(wǎng)中，水接著運(yùn)動(dòng)然后被運(yùn)送到上升管余熱回收應(yīng)用設(shè)備展開(kāi)熱交換。汽水體系中包含兩部汽包，其中一部為備用設(shè)備；四部強(qiáng)制循環(huán)泵，其中兩部為備用設(shè)備。并且，所有的汽水體系均設(shè)立3 臺(tái)取樣冷卻設(shè)備，用途是汽包水取樣、除氧水取樣以及飽和蒸汽取樣。汽包設(shè)電動(dòng)放散調(diào)節(jié)閥，人工在中控室控制。放散管出口設(shè)消音器，消音器的消音量＞40dB（A）。采用2 臺(tái)單窗式磁敏雙色液位計(jì)就地顯示，2 臺(tái)平衡容器遠(yuǎn)傳。安全閥與汽包之間加切斷閥，方便安全閥的年檢。設(shè)置事故供水槽，為預(yù)防停電燒損上升管式換熱器，滿(mǎn)足至少三個(gè)小時(shí)的供水，產(chǎn)生的蒸汽應(yīng)急放散。系統(tǒng)蒸汽產(chǎn)量約12t/h，三小時(shí)的供水量為36t。預(yù)防停電措施：一是保證供水的可靠性，水泵均為運(yùn)1 備1，雙回路供電；二是系統(tǒng)本身留有半個(gè)小時(shí)的事故處理時(shí)間?？刂葡到y(tǒng)采用冗余控制，鍋爐及泵房設(shè)工業(yè)電視，信號(hào)傳至中控室。采用臥式離心泵2 臺(tái)，運(yùn)1 備1，備用泵自投，5#6#焦?fàn)t共100 個(gè)上升管，考慮到上升管分布距離較長(zhǎng)，阻力損失等以及保證每個(gè)上升管不缺水，選用6 倍～8 倍的循環(huán)倍率，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

采用臥式離心泵2 臺(tái)，運(yùn)1 備1，備用泵自投，兩泵能滿(mǎn)足人工同時(shí)投運(yùn)，保證汽包液位在正常范圍內(nèi)，防止安全事故的發(fā)生。除氧泵，采用臥式離心泵2 臺(tái)，運(yùn)1 備1，備用泵自投，保證緩沖水箱液位的正常范圍。

3.3 冷卻水系統(tǒng)和排污疏放水系統(tǒng)

體系中強(qiáng)制循環(huán)水泵、除鹽水泵以及補(bǔ)水泵的冷卻水全部來(lái)自廠區(qū)中的供水管，回水進(jìn)入冷卻塔展開(kāi)降溫，從而再次應(yīng)用，之后回水進(jìn)入之前的回水管。所有的余熱回收體系均會(huì)配備定期排污擴(kuò)容設(shè)備和連續(xù)排污擴(kuò)容設(shè)備，汽包本體與除氧設(shè)備的排污通過(guò)管路然后流入排污擴(kuò)容設(shè)備，冷凝水通過(guò)集水坑中的潛污泵進(jìn)入到污水管中，經(jīng)過(guò)處理之后再次應(yīng)用。緊急防水與緩沖水箱連接確保能夠重復(fù)應(yīng)用。

3.4 分散生產(chǎn)調(diào)節(jié)模式

所有上升管換熱設(shè)備均新增了進(jìn)口控制閥門(mén)與出口控制閥門(mén)，能夠落實(shí)各個(gè)上升管的水汽調(diào)控。所有的換熱設(shè)備均各為整體，出現(xiàn)問(wèn)題期間能夠單一的進(jìn)行關(guān)閉，不會(huì)干預(yù)生產(chǎn)活動(dòng)，有效的展現(xiàn)了生產(chǎn)信用，落實(shí)了節(jié)能的目標(biāo)。

4 上升管荒煤氣顯熱回收技術(shù)的好處

4.1 促進(jìn)能源高效利用

炭化室內(nèi)煤料在隔絕空氣高溫干餾變成焦炭過(guò)程中析出荒煤氣，經(jīng)過(guò)上升管流出，然后通過(guò)集氣管、吸氣管輸送到化產(chǎn)冷鼓工段。上升管荒煤氣余熱中包含的熱量最高能夠?yàn)榻範(fàn)t輸出熱量綜合的40%左右，和紅焦顯熱差不多相同，若是不進(jìn)行回收應(yīng)用則會(huì)在很大程度上損耗此部分資源。借助在上升管裝設(shè)余熱回收器，能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)荒煤氣余熱進(jìn)行回收并再次應(yīng)用，生成的蒸汽會(huì)被輸送到氣管網(wǎng)中，并且被用到工業(yè)領(lǐng)域與低溫取暖中。理論知識(shí)和有關(guān)的試驗(yàn)信息顯示，依照50%的回收率展開(kāi)測(cè)算，每生成一噸焦炭，上升管荒煤氣余熱進(jìn)行回收之后能夠形成0.1 噸氣壓為0.4-0.8MPa 的飽和蒸汽。由此可見(jiàn)其回收價(jià)值較高。

4.2 滿(mǎn)足集氣管溫度工藝指標(biāo)

荒煤氣通過(guò)焦?fàn)t炭化室然后進(jìn)入上升管，此時(shí)溫度在650℃～800℃，尤其是裝煤之后荒煤氣生成量會(huì)進(jìn)入鼎盛時(shí)期，此時(shí)溫度能夠到達(dá)1000℃。若是不針對(duì)較高溫度的荒煤氣展開(kāi)降溫操作，則可能造成焦?fàn)t集氣管與橋管等發(fā)生形變甚至損壞，導(dǎo)致焦?fàn)t冒煙，并且影響粗苯、焦油等化產(chǎn)品的質(zhì)量。焦?fàn)t集氣管溫度必須控制在80-100℃之間。焦化行業(yè)管控荒煤氣溫度的方式為噴灑氨水，將溫度為70℃的循環(huán)氨水噴灑在橋管位置，循環(huán)氨水在高溫作用下會(huì)蒸發(fā)，從而降低荒煤氣的溫度。在具體工作期間，會(huì)出現(xiàn)循環(huán)氨水管路堵塞的情況，導(dǎo)致噴灑不順暢，從而造成集氣管溫度管控效果較差，解決過(guò)程比較繁瑣，同時(shí)氨水也會(huì)在一定程度上腐蝕焦?fàn)t的鐵質(zhì)部件，影響焦?fàn)t的維修與養(yǎng)護(hù)。借助上升管余熱回收設(shè)備能夠減少循環(huán)氨水的噴灑量，且上升管余熱回收設(shè)備的熱量轉(zhuǎn)換與導(dǎo)熱效果較好，能夠在短時(shí)間內(nèi)使得荒煤氣溫度下降；尤其是應(yīng)用氣體介質(zhì)的熱轉(zhuǎn)換設(shè)備，能夠良好的避免上升管堵塞或者結(jié)焦情況的出現(xiàn)，進(jìn)而有效的保障了焦?fàn)t集氣管溫度指標(biāo)的穩(wěn)定。

4.3 減少荒煤氣導(dǎo)出設(shè)備的腐蝕

研發(fā)了相對(duì)靈便的荒煤氣顯熱回收技術(shù)體系，能夠依據(jù)焦化廠實(shí)際需要生成飽和蒸汽，良好的提升荒煤氣顯熱回收應(yīng)用工藝的具體價(jià)值，并且減少了焦?fàn)t荒煤氣導(dǎo)出設(shè)備結(jié)焦與腐蝕情況，有效的減少了清掃直橋管的任務(wù)量。①應(yīng)用雙汽包并聯(lián)形式裝設(shè)，有效的提升體系的安全性與可靠性，有效的規(guī)避上升管蒸發(fā)設(shè)備發(fā)生干燒的情況，規(guī)劃大流量強(qiáng)制循環(huán)體系，蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)口和出口管路應(yīng)用科學(xué)的梯級(jí)配置，確保所有的蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)口和出口水量的均勻度，提升體系的換熱效果；②高效自清潔不粘涂層工藝可以良好的規(guī)避荒煤氣中焦油在蒸發(fā)設(shè)備表層的結(jié)焦與腐蝕，有效的減少焦?fàn)t清理任務(wù)量，增加焦?fàn)t清理周期，提升了焦?fàn)t生產(chǎn)效果；③科學(xué)的上升管蒸發(fā)設(shè)備構(gòu)造。將蒸發(fā)設(shè)備規(guī)劃為“斜切”進(jìn)出口構(gòu)造，降低流動(dòng)損耗；借助在汽水夾套中規(guī)劃導(dǎo)流設(shè)備，規(guī)劃汽水流場(chǎng)布設(shè)，防止出現(xiàn)流動(dòng)盲區(qū)或者溫度較高區(qū)域，提升蒸發(fā)設(shè)備的總傳熱效果；④利用顯熱回收技術(shù)降低上升管表面溫度，改善職工的作業(yè)環(huán)境。

5 實(shí)施效果

焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收利用技術(shù)實(shí)施后，焦?fàn)t爐頂上升管表面溫度由200℃～280℃降低到50℃～90℃以下，減少熱輻射，改善職工操作環(huán)境；上升管內(nèi)部避免結(jié)焦，減少了人工清理上升管內(nèi)壁的勞動(dòng)強(qiáng)度和清理過(guò)程中的煙塵外逸，防止了高溫對(duì)直橋管的損壞。如圖3。

圖3 實(shí)施前后對(duì)比圖

5#6#焦?fàn)t利用焦?fàn)t上升管荒煤氣顯熱回收裝置每小時(shí)生產(chǎn)壓力為0.4MPa ～0.8MPa 飽和蒸汽約12t，大大節(jié)約了能源，降低了工序能耗，可回收10.5 萬(wàn)t0.4MPa ～0.8MPa 蒸汽，折合標(biāo)煤約0.994 萬(wàn)t，年可減排二氧化碳量2.58 萬(wàn)t，二氧化硫量238t，氮氧化物量70t，節(jié)能效果明顯。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，宣鋼焦化廠5#6#焦?fàn)t上升管內(nèi)的荒煤氣顯熱回收方式，采用換熱式上升管的形式，2018 年投用以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，存在上升管內(nèi)壁掛結(jié)石墨焦油和鼓包的問(wèn)題，需要對(duì)換熱結(jié)構(gòu)和內(nèi)壁材料加以?xún)?yōu)化，以增強(qiáng)換熱能力和減少石墨焦油掛壁，防止內(nèi)壁鼓包現(xiàn)象的發(fā)生。隨著上升管余熱回收利用系統(tǒng)的不斷實(shí)踐與改進(jìn)，如今這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)較為完善，并且在運(yùn)用能源過(guò)程中，還可以生成一些其他的經(jīng)濟(jì)效益。所以，在焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用方面，該系統(tǒng)也能夠充分發(fā)揮其作用，為焦?fàn)t穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障的同時(shí)也避免了能源浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生，為其可持續(xù)發(fā)展提供條件。