楊明燕，師晉愷

（山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041600）

引言

焦化企業(yè)的煉焦工藝主要是通過(guò)熱分解和結(jié)焦產(chǎn)生焦炭、焦?fàn)t煤氣和其他煉焦化學(xué)產(chǎn)品的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，焦?fàn)t爐體、處理煙氣系統(tǒng)的管道、焦?fàn)t出焦等可產(chǎn)生大量熱量，如果將這部分熱量進(jìn)行有效回收利用，既減少企業(yè)不必要的污染排放，又能為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，也是當(dāng)前國(guó)家節(jié)能減排政策背景下的必走之路。

焦?fàn)t煉焦余熱包括出爐紅焦、焦?fàn)t爐體、煉焦干餾過(guò)程中產(chǎn)生的荒煤氣以及系統(tǒng)煙道排放的煙氣。

1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 焦炭顯熱回收

所謂干熄焦，是相對(duì)濕熄焦而言的，是指采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法。通常CDQ是焦炭干法熄焦的簡(jiǎn)稱，CDQ 不僅能吸收紅焦的熱量，節(jié)約能源，還可改善焦炭質(zhì)量，減少污染。干熄焦過(guò)程中，隨著排焦均勻的下降和緩慢的冷卻，焦炭裂紋較少，強(qiáng)度較好，此外，干熄焦炭與焦粉容易分離同時(shí)也減輕了篩分的困難。我國(guó)干熄焦技術(shù)的應(yīng)用，始于上海寶鋼。上世紀(jì)80 年代，上海寶鋼引進(jìn)日本的4×75 t/h 干熄焦裝置是我國(guó)最早引進(jìn)投產(chǎn)的干熄焦裝置。鑒于干熄焦的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)的焦化企業(yè)相繼投入該裝置運(yùn)行。

1.2 煙道氣余熱回收

生產(chǎn)工藝中焦?fàn)t炭化室加熱后溫度高達(dá)280℃～300℃左右的廢氣通過(guò)煙道匯總一直向大氣排放，煙氣將通過(guò)煙囪排放到空中，不僅浪費(fèi)能源，又污染環(huán)境。因此對(duì)焦?fàn)t煙道廢煙氣余熱進(jìn)行回收利用，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱二次利用很有必要。針對(duì)此高溫廢煙氣，我國(guó)一些焦化公司建設(shè)了熱管余熱鍋爐裝置，利用煙氣余熱產(chǎn)生的蒸汽并網(wǎng)供生產(chǎn)和生活使用。

1.3 焦?fàn)t

煉焦煤在焦?fàn)t中被隔絕空氣加熱的同時(shí)，產(chǎn)生大量荒煤氣。對(duì)于從焦?fàn)t炭化室推出的紅焦帶出的顯熱，已有成熟可靠的干熄焦裝置回收并發(fā)電；而焦?fàn)t荒煤氣帶出的顯熱，目前南京圣諾與常州江南冶金聯(lián)合研發(fā)技術(shù)已取得成功，后續(xù)逐步開(kāi)始在焦化行業(yè)中進(jìn)行推廣。

2 焦?fàn)t余熱回收利用在山西發(fā)展現(xiàn)狀

焦?fàn)t余熱回收項(xiàng)目，山西省一些企業(yè)已將焦?fàn)t煙氣經(jīng)過(guò)脫硝后的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行熱量回收，汽水通過(guò)上升、回流管路參與蒸發(fā)器換熱面的吸熱循環(huán)，產(chǎn)生的飽和蒸汽，經(jīng)汽液分離后送至蒸汽管網(wǎng)用戶使用或發(fā)電。

干熄爐130 ℃的低溫惰性循環(huán)氣體吸收紅焦顯熱，從干熄爐環(huán)形煙道出來(lái)的高溫惰性氣體，經(jīng)過(guò)除塵分離粗顆粒焦粉后流經(jīng)干熄焦鍋爐進(jìn)行熱交換，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽外送至蒸汽管網(wǎng)用戶發(fā)電。

上升管余熱回收南京圣諾與常州江南冶金通過(guò)多年的研究與實(shí)踐，開(kāi)發(fā)的上升管換熱器結(jié)構(gòu)形式和納米隔熱材料的使用方法與過(guò)去的技術(shù)有根本性的區(qū)別，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

單個(gè)炭化室壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)集氣管負(fù)壓技術(shù)，還需進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)，此技術(shù)不僅可以回收產(chǎn)生的荒煤氣，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)無(wú)煙裝煤和清潔生產(chǎn)，大大改觀焦?fàn)t的生產(chǎn)環(huán)境，經(jīng)濟(jì)效益和推廣應(yīng)用價(jià)值可觀。

3 技術(shù)路線、技術(shù)成熟度及可行性分析

3.1 干熄焦工藝技術(shù)路線

裝滿1 000 ℃紅焦的焦罐由提升機(jī)提升并橫移至干熄爐爐頂，從干熄爐頂部裝入干熄焦?fàn)t內(nèi)，在干熄焦?fàn)t內(nèi)與惰性氣體進(jìn)行熱交換，冷卻焦炭的惰性氣體通過(guò)干熄焦?fàn)t底部的供氣裝置在干熄焦?fàn)t與紅焦炭進(jìn)行換熱，惰性氣體經(jīng)除塵系統(tǒng)進(jìn)余熱鍋爐換熱，溫度降低，再經(jīng)二次除塵系統(tǒng)和循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓經(jīng)水冷卻至130 ℃進(jìn)行循環(huán)利用。

3.2 煙道氣余熱回收

該工藝分為煙氣流程、汽水流程、熱管余熱鍋爐三部分。

煙氣流程主要是將主煙道路熱煙氣從地下主煙道路引出，換熱降溫后經(jīng)鍋爐引風(fēng)機(jī)排入地下煙道經(jīng)煙囪排空；汽水流程是工業(yè)軟化水經(jīng)過(guò)除氧器除氧，除氧后的水一部分分別進(jìn)入汽包、中溫?zé)峁苷羝l(fā)生器，吸收熱量變成飽和水，再進(jìn)入汽包進(jìn)行水汽分離，形成飽和蒸汽送至蒸汽總管或用戶；熱管余熱鍋爐系統(tǒng)系統(tǒng)的核心部件——熱管，通過(guò)密閉真空管殼內(nèi)工作介質(zhì)的相變潛熱來(lái)傳遞熱量，其傳熱性能具有傳熱能力大，傳熱效率高的特點(diǎn)；且能以較小的溫差獲得較大的傳熱功率，具有單向?qū)岬奶攸c(diǎn)，使冷熱流體間的熱交換均在管外進(jìn)行，方便進(jìn)行強(qiáng)化傳熱。

3.3 焦?fàn)t上升管余熱回收工藝

該工藝中經(jīng)過(guò)過(guò)濾的除鹽水通過(guò)汽包、循環(huán)水泵將除鹽水送入上升管取熱系統(tǒng)汽化為蒸汽，返回汽包，再供給各用戶，用戶產(chǎn)生的冷凝水系統(tǒng)進(jìn)行集中收集，返回系統(tǒng)重復(fù)使用。本系統(tǒng)不產(chǎn)生廢水，無(wú)三廢排放。該工藝中的材料屬于耐高溫耐腐蝕的新型材料；能夠控制焦油粘結(jié)的高效導(dǎo)熱介質(zhì)；工藝可在斷水、斷電狀態(tài)下干燒而不損壞的耐高溫?zé)釕?yīng)力抗變形的結(jié)構(gòu)的焦?fàn)t上升管夾套管中進(jìn)行。

此工藝已經(jīng)成熟并且進(jìn)行了推廣，通過(guò)以上對(duì)現(xiàn)有工藝及新工藝條件要求分析，此項(xiàng)目可行。

4 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題分析

4.1 干熄焦

干熄焦避免了傳統(tǒng)濕熄焦過(guò)程中紅焦顯熱浪費(fèi)大的缺點(diǎn)，干熄焦過(guò)程中，吸收紅焦的80%左右的熱量并使之產(chǎn)生蒸汽，干熄每噸焦炭可產(chǎn)生420 kg～450 kg 的中壓蒸汽，此部分蒸汽可繼續(xù)進(jìn)行回收利用；其次，干熄每噸焦炭可節(jié)省0.5 t 左右水資源；另外，焦炭在干熄爐的預(yù)存室里有一個(gè)再煉焦的過(guò)程，可提高焦炭質(zhì)量，也避免了濕熄焦過(guò)程中有害物質(zhì)的排放對(duì)大氣造成的污染和對(duì)設(shè)備的腐蝕。

4.2 煙道氣余熱回收

該工藝有別于一般余熱鍋爐，系統(tǒng)的核心部件采用熱管作為傳熱元件，整個(gè)汽水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)獨(dú)立存在于熱流體煙道以外；設(shè)備中熱管元件間相互獨(dú)立，熱流體與蒸汽發(fā)生區(qū)雙重隔離互不影響；工藝設(shè)計(jì)根據(jù)煙氣特點(diǎn)，采用鎳基釬焊翅片，防止低溫下酸點(diǎn)的腐蝕；且此工藝操作簡(jiǎn)單、維修方便、故障率低、效率高。

4.3 上升管余熱回收

上升管裝置滿足干燒條件，即使在換熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，對(duì)焦化生產(chǎn)工藝不會(huì)產(chǎn)生影響；且不影響集氣管操作，不會(huì)因循環(huán)氨水量減少而造成集氣管堵塞事故；同時(shí)因?yàn)樯仙懿捎锰厥饨Y(jié)構(gòu)，在荒煤氣溫度最低的時(shí)候也能確保上升管換熱壁溫高于露點(diǎn)溫度，從而換熱壁面不會(huì)出現(xiàn)焦油粘接堵塞現(xiàn)象，上升管煤氣導(dǎo)出暢通，不會(huì)影響焦?fàn)t正常生產(chǎn)；最后，荒煤氣高溫段在結(jié)焦中后期，不會(huì)對(duì)荒煤氣成分造成影響。

5 市場(chǎng)分析及對(duì)山西產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)性

5.1 干熄焦經(jīng)濟(jì)效益分析

以一套80 t/h 的干熄焦為例，年處理焦炭約62萬(wàn)t，年產(chǎn)汽約40 萬(wàn)t（根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù)會(huì)有所偏差）。扣除成本及干熄焦自身的能源動(dòng)力等消耗外，每年可實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益約為1 300 萬(wàn)元。

5.2 煙道氣余熱回收

本項(xiàng)目動(dòng)態(tài)效益分析方面，按產(chǎn)蒸汽計(jì)算，每年可收回投資700 余萬(wàn)元，扣除運(yùn)行成本（250 萬(wàn)元考慮設(shè)備折舊，因工藝和設(shè)備差異，運(yùn)行成本會(huì)有所浮動(dòng)）年可收益450 萬(wàn)元左右。節(jié)能減排方面，本項(xiàng)目中產(chǎn)生的蒸汽可供生活取暖，按照北方冬季供暖時(shí)間3 000 h/a 計(jì)算，每年可節(jié)約標(biāo)煤量約3 000 t，不僅減少了顆粒物和酸性氣體的排放，也大大減少了水蒸氣、二氧化碳等溫室氣體的排放，符合國(guó)家節(jié)能減排政策，環(huán)保節(jié)能效益突出。

5.3 荒煤氣余熱回收

首先，本項(xiàng)目由于從荒煤氣中提取了大于25%的熱量，導(dǎo)致煤氣初冷器熱負(fù)荷也降低，因此循環(huán)水系統(tǒng)的電力消耗大大降低，初步估算100 萬(wàn)t 焦化每年減少用電約60 萬(wàn)kW·h；其次，此項(xiàng)目如果生產(chǎn)的蒸汽用于脫苯富油加熱，每年節(jié)省500 萬(wàn)m3煤氣，節(jié)約的煤氣可用于發(fā)電、化工等行業(yè)；最后，按照每噸焦炭能生產(chǎn)110 kg 蒸汽計(jì)算，100 萬(wàn)t 焦化每年生產(chǎn)蒸汽11 萬(wàn)t，年效益可觀。

6 結(jié)語(yǔ)

從上述余熱利用項(xiàng)目可以看出，余熱利用項(xiàng)目不僅可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，還可以帶動(dòng)企業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)提升，同時(shí)能夠減排大量的煙塵和氮氧化物等，在環(huán)保要求只會(huì)越來(lái)越嚴(yán)的當(dāng)下，應(yīng)該大力提倡上述節(jié)能減排項(xiàng)目。