上海南洋热管锅炉制造有限公司
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余热回收装置在焦炉上的应用

余热回收装置在焦炉上的应用

近年来,焦化企业不断研究开发余热余能的回收利用,其中,焦炉荒煤气余热回收利用就是一大亮点。马钢煤焦化公司5号焦炉第一套荒煤气余热回收利用装置,于2016年7月22日投入运行。该装置从可行性研究到投产运行,要制定完整、科学的方案,才能确保其质量、功能达到相关技术要求。


1、概述

1.1焦炉上升管余热概述

焦化行业要坚持绿色发展,有效降低能耗、物耗和污染物排放量,进一步发展循环经济,重点是加强节能环保关键技术、工艺、装备研发和推广应用,构建高效、清洁、低碳、循环的绿色发展体系。焦炉荒煤气余热回收利用装置的应用就是一大亮点,是焦化企业节能减排新举措之一。因为焦炉荒煤气带走的热量占炼焦过程中热量损失总量的36%。


1.2焦炉荒煤气余热回收技术的应用实践

20世纪90年代初,已有焦化企业采用上升管汽化冷却装置来冷却荒煤气温度,它的应用经历了发展、停滞、再研发、再停滞的过程。此后,国内相关研究院所、焦化企业在总结水套上升管教训的基础上,做了大量探索研究。目前进入工业化,运行较为成功的案例如下:

福建三钢焦化厂2×65孔4.3m捣固焦炉上升管换热器技术,于2014年11月投产,产生饱和蒸汽(平均产汽量7.2t/h、压力0.6MPa、温度165℃;荒煤气温度由770-550℃降到560-450℃,降幅200℃左右;上升管外壳表面温度由原来170-230℃降低到50-80℃)。

邯钢焦化厂2×45孔6m顶装焦炉上升管换热器技术,5号焦炉于2015年11月投产,6号焦炉于2015年底投产,产生饱和蒸汽(吨焦可回收0.6MPa蒸汽100kg左右,上升管表面温度在65℃左右)。

马钢煤焦化公司5号焦炉50孔6m顶装焦炉荒煤气余热回收技术,于2016年7月投产,产生饱和蒸汽(设计参数:产汽量3.6-5t/h、产汽压力0.4-0.8MPa、产汽温度150-175℃)。

截至2016年7月,焦炉荒煤气余热回收装置,国内只有三家企业四座焦炉投用,焦炉荒煤气余热回收技术,将成为近期我国炼焦企业研发的热门课题。其建设、开工、运行操作、环保及效益方面的技术,需要行业认真总结和研究,不断优化与提高。


2、马钢煤焦化公司5号焦炉荒煤气余热回收装置的配置与技术创新

焦炉在炼焦过程中,炭化室产出大量的荒煤气,经过焦炉上升管、桥管、集气管冷却集合后,送入化产系统进行净化处理。在一个结焦周期内,单孔炭化室产出的荒煤气近10000m3,荒煤气经过焦炉上升管时温度高达650℃以上,含有大量的显热并且管壁上结有较多的焦油。为降低焦炉荒煤气温度便于后续焦化工艺处理,现有传统工艺采用喷氨水急冷的方式,使荒煤气温度急剧降至80-85℃。该工艺不仅浪费大量荒煤气显热,而且消耗大量电能冷却荒煤气,对焦油石墨化也没有有效的处理方法和防止手段。


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2.1配置情况

工艺路线包括:荒煤气路线、给水路线、汽水路线。

荒煤气余热回收系统由六部分组成:上升管部分、给水部分、强制循环部分、汽包部分、排污部分、水系统取样部分。

荒煤气余热回收系统附属设备包括:除盐水箱、汽包给水泵、汽包、强制循环泵、上升管蒸发器、定期排污膨胀器、连续排污膨胀器、取样冷却器、电动葫芦等。


2.2技术创新

上升管蒸发器结构为夹套型,中心管路为圆柱形荒煤气通道,管壁夹套为汽水通道,上升管蒸发器整体是合金无缝钢管,无焊缝可避免出现事故时水流入炭化室的情况发生,上升管蒸发器下部设置除盐冷却水进水口和排污口,上部设置汽水出口。

上升管换热器内管壁,经过特殊工艺处理,涂覆有LED保护层作为主要受热面,其内壁采用耐腐蚀和耐高温的材料,解决了上升管内壁耐腐蚀(氧化、还原、H2S酸化等)和耐高温的问题。上升管换热器外壁,采用抗腐蚀和氧化的不锈钢材质,最大程度地适应了焦炉的运行环境。

上升管换热器进水管路采用分组、梯级管径配置,保证了每个上升管换热器进出水量相对平均,一定程度上均衡了上升管进出口荒煤气的温差,并且上升管换热器内壁表面均匀光滑,无死角,不易凝结,从而尽可能地降低了焦油在内壁的凝结。


3、方案的制定与实施

焦炉荒煤气余热回收系统在建设开工前,要制定完整、规范的岗位技术操作规程。

按照固定式压力容器使用要求,该系统安装制件完成,在使用前需进行热态调试,使其汽包、上升管蒸发器、管道及受压元件均匀受热,以保证该系统整体性能达到要求,直到转入正常生产。

蒸发器装置及附属汽水管道安装结束后,按规范要求必须通过一次水压试验。其目的是检查系统中热力设备和管路在冷态条件下承压部件是否严密(包括全部焊口和法兰密封面),刚度及强度是否满足设计要求。

饱和蒸汽并入蒸汽管网之前必须进行吹扫,以清除管道的杂质,否则蒸汽运行后,锈皮、焊渣、灰物等杂质的存在将影响蒸汽品质,并随蒸汽被带到各设备,造成阀门堵塞及阀门密封面损坏,影响系统工况正常运行。

为确保岗位职工尽快适应新工艺、新设备的岗位需要,保障荒煤气余热回收系统安全生产、日常操作、设备维护工作的有效开展,要重视焦炉荒煤气余热回收系统岗位人员的培训。


4、运行效果

马钢煤焦化公司5号焦炉荒煤气余热回收装置,于2016年7月22日投入运行。运行后,按照预期效果能够连续稳定回收荒煤气显热、稳定产出蒸汽。

具体运行效果如下:

5号焦炉配置:6m顶装焦炉,1×50孔,年产焦46万吨。该装置目前平均产生160℃、0.5MPa饱和蒸汽3.8t/h(约合73kg/t焦)。

直接效益(蒸汽):以年产饱和蒸汽约3.4万吨,公司内部价60元/吨计,年产经济效益204万元,总成本年约4万元,折合直接效益:200万元左右。

工序能耗效益:降低工序能耗约10kg/t焦。

减碳效益:按年产焦46万吨、可产生0.5MPa饱和蒸汽约3.4万吨,折合标煤0.11万吨、减排二氧化碳近0.88万吨。

上升管换热器出口荒煤气温度控制在450℃以上,减缓石墨的形成及其他成分的附积,降低工人劳动强度,提高劳动生产率。

目前,国内正在应用的荒煤气余热回收装置,尚需要在稳定经济运行上进一步优化,坚持有效、安全、可靠的原则,提高换热效率,逐步推广应用到7m乃至7.63m大型焦炉上,解决大型焦炉上升管集结石墨及清扫的难题。




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