焦爐煙道廢氣的余熱利用

李訓明

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

節能減排

焦爐煙道廢氣的余熱利用

李訓明

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

介紹了熱管技術、煤調濕、負壓蒸氨等煙道廢氣余熱利用技術，并通過對余熱回收效果進行對比分析，指出獨立焦化企業采用焦爐煤氣加熱，宜采用熱管技術生產蒸汽（或負壓蒸氨）；鋼鐵聯合企業采用高爐煤氣加熱，建議采用煤調濕技術。

焦爐煙道廢氣；余熱利用；熱管；煤調濕；負壓蒸氨

1 前言

焦爐煙道廢氣溫度為180～300℃，其帶出熱約占焦爐總輸出熱量的17%，目前大多數焦化廠將焦爐煙道廢氣通過煙囪放散至，造成極大的能源浪費。在當前提倡循環經濟、可持續發展的背景下，對焦爐煙道廢氣余熱進行回收利用，具有巨大的經濟效益和節能減排意義。目前焦爐煙道廢氣余熱利用技術主要有熱管技術、煤調濕、負壓蒸氨、取暖和生產熱水洗浴等。

2 煙道廢氣余熱利用途徑

2.1 熱管技術

近幾年，用熱管余熱鍋爐回收焦爐煙道廢氣余熱生產蒸汽技術，因其投資省，見效快而快速發展。煙道廢熱余熱回收生產蒸汽的工藝原理：熱流體的熱量由熱管傳給放熱端水套管內的水，并使其汽化，所產汽—水混合物經蒸汽上升管達到汽包，經集中分離后再經蒸汽主控閥輸出。由于熱管不斷將熱量輸入水套管內的水，并通過外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循環，達到將熱流體降溫，并轉化為蒸汽的目的。

焦爐煙道廢氣余熱生產蒸汽的工藝流程：在焦爐主煙道翻板閥前開孔，將焦爐主煙道廢氣引出，經調節型蝶閥入余熱回收系統，換熱降溫后約170℃的煙氣通過風機抽送，再經開關型蝶閥排入主煙道翻板閥后的地下主煙道，最后經焦爐煙囪排入大氣。鍋爐水被加熱后汽化，經汽包并計量后并入蒸汽管網，供各生產車間使用。余熱回收系統由軟化水處理裝置、除氧器、水箱、除氧給水泵、鍋爐給水泵、熱管蒸汽發生器、軟水預熱器汽包、上升管、下降管等組成。其核心技術是熱管技術回收煙氣中的顯熱，將軟化水加熱成水蒸氣［1］，其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 熱管鍋爐回收煙道廢氣余熱工藝流程

焦爐煙道廢氣余熱回收生產蒸汽系統是一項節能減排工程，產生的飽和蒸汽可并入焦化廠蒸汽管網，供低壓蒸汽用戶使用。

2.2 煤調濕

煤調濕是將煉焦煤在裝爐前除去一部分水分，保持裝爐煤水分穩定在6%左右，然后裝爐煉焦。日本、俄羅斯等國家普遍使用，在我國煤調濕已成為焦化行業重點開發并積極推廣的技術。利用焦爐煙道廢氣煤調濕工藝不但可以節省能源，減少廢氣、廢水、廢熱的排放，而且可以提高裝爐煤堆密度及煉焦初期升溫速度、縮短結焦時間，從而實現節能降耗的目的。

目前，煤調濕裝置的熱源主要有導熱油、蒸汽和焦爐煙道廢氣等。相比較而言，以導熱油和蒸汽為熱源的煤調濕工藝存在設備繁瑣、運行費用高等問題；以焦爐煙道廢氣為熱源的煤調濕工藝可以利用廢氣余熱干燥入爐煤，熱效率高，節能效果好。目前以焦爐煙道廢氣為熱源的煤調濕工藝主要有流化床式、風動選擇式和沸騰流化床式等。

2.2.1 流化床煤調濕

1996年10月日本在北海制鐵公司室蘭廠投產了采用焦爐煙道廢氣對煤料干燥的流化床煤調濕裝置，其工藝流程為：將粉碎后的煤料由煤倉送往流化床干燥機，從分布板進入的焦爐煙道廢氣直接與煤料接觸，對煤料進行干燥，調濕后的粗煤粒從干燥機排入螺旋輸送機，剩余的煤粉隨焦爐煙道廢氣進入袋式除塵器，回收的煤粉通過螺旋輸送機送入皮帶機上，為抑制揚塵，采用加濕機對干煤粉適當加濕，使煤粉和粗煤粒一起經皮帶機送到焦爐煤塔［2］，工藝流程圖見圖2。

圖2 流化床煤調濕工藝流程

流化床煤調濕的工藝特點：該裝置位于備煤車間粉碎機后，在流化床干燥機內，利用布風噴嘴噴出高速斜向氣流使煤料流化而移向出口；只干燥和脫粉，不分級［3］。

2.2.2 風動選擇煤調濕

2007年濟鋼投產了一套風動選擇煤調濕裝置。該裝置位于粉碎機前，具有風選功能，首先將＜3mm合格粒度的煤料風選出來，減輕粉碎機負荷；布袋除塵器濾出的煤粉，壓成型煤，入爐煉焦。其工藝流程：配合煤A經布料器首先進入風選調濕器，焦爐煙道廢氣用鼓風機在風選調濕器的下部鼓入，在風選調濕器的上方流動的煤層建立沸騰層，輕質顆粒、細顆粒被干燥分離成細顆粒煤流B直接進入焦爐煤塔。而重質顆粒、大顆粒被分離成粗顆粒煤流C，送入破碎機粉碎，在此粉碎的煤料D，經過轉運站，在風選調濕器入口前重新與配合煤初次煤流A合流后成煤料E，進入風選調濕器進行再次調濕。其工藝流程圖如圖3所示。

圖3 風動選擇煤調濕工藝流程

風動選擇煤調濕工藝特點:該裝置位于備煤車間粉碎機前，具備風選功能，＜3mm的煤料直接送往煤塔，其中的大顆粒、重質顆粒進入粉碎機進行粉碎，粉碎后的煤再進行風選，形成閉路循環，裝爐煤中不存在大顆粒、重質顆粒，水分降至6%～7%，不僅實現了入爐煤的風動選擇粉碎，而且實現了對入爐煤水分的調濕［4］；布袋除塵器濾出的煤粉，壓成型煤入爐煉焦。

2.2.3 振動流化床煤調濕

中冶焦耐工程技術有限公司開發了振動流化床煤調濕裝置，該技術既可以用于入爐煤的煤調濕，也可以用于配合煤分級調濕。其工藝流程：煤料通過播灑裝置連續拋灑到振動流化床分級干燥機上，在振動力和高速氣流作用下，所有煤料處于劇烈運動中。＞3mm的大顆粒煤料送往粉碎機；中顆粒煤料從布風板中心區隨氣流快速上升，沿兩側壁下滑回落或從低速處回落，如此循環幾次后，即可到達出料端；小顆粒隨氣流一起上升，隨氣流帶出，由除塵器收集［5］，工藝流程圖如圖4所示。

圖4 振動流化床煤調濕工藝流程

振動流化床煤調濕工藝特點：該煤調濕裝置位于粉碎機前，煤料在振動流化床分級干燥機的床面上，在振動力和高速氣流作用下，所有顆粒都處于劇烈運動中；不同顆粒有不同的運動狀態；細顆粒承受氣流床干燥，中顆粒承受內循環流化床干燥，大顆粒承受振動流化床干燥；分級效率高；對不同粒級煤粒干燥具有選擇性；＞3mm的調濕煤從干燥機排出后，送粉碎機粉碎。

2.2.4 煤調濕技術需注意的問題

1）因調濕后煤料水分降低，運輸過程中產生的粉塵增加，因此必須加強皮帶、通廊等裝置嚴密性以及設置除塵設施。2）炭化室和上升管結石墨現象加重，必須設置除石墨設施，有效清除石墨，以免影響焦爐操作。3）調濕后煤粉混入煤氣凈化系統，焦油質量下降。必須在初冷器前增設空噴塔對荒煤氣進行洗滌，同時采用超級離心機對焦油進行脫渣脫水，以確保焦油質量。

2.3 負壓蒸氨

負壓蒸餾工藝技術為利用液體混合物中各組分揮發度不同以及液體沸點隨著壓力的降低而降低的原理，將液體混合物預熱到一定溫度后，送入負壓蒸餾塔內進行負壓蒸餾，同時塔底加熱，從而將液體混合物各組份分離，該技術可以降低操作溫度、達到節能降耗的效果。

以焦爐煙道廢氣為熱源的負壓蒸氨工藝流程：剩余氨水經換熱器換熱后送入蒸氨塔進行蒸餾，蒸氨塔頂氨汽經分縮器、冷卻器冷卻后，冷卻氨水進入回流槽，槽頂不凝汽在真空裝置吸力作用下，經冷卻器冷卻后進入吸煤氣管道中；槽底氨水用回流泵抽出，一部分送蒸氨塔頂回流，一部分作為產品氨水外送。蒸氨塔底蒸氨廢水進入煙氣熱管換熱器循環加熱后返回蒸氨塔內；另一部分蒸氨廢水與原料剩余氨水換熱降溫后送廢水處理裝置。其工藝流程圖如圖5所示。

圖5 煙道廢氣負壓蒸氨工藝流程圖

傳統的蒸氨方法是直接利用蒸汽來加熱的，冷凝后與塔底廢水一起排出，蒸氨工序不但沒有形成廢水減排，而且增加了蒸氨廢水，并消耗大量的蒸汽熱能，造成了能量的浪費，也污染了環境。

負壓蒸氨技術的工藝原理與焦爐煙道廢氣熱管技術生產蒸汽相同，都是是利用焦爐煙道廢氣的余熱，所不同的是負壓蒸氨技術直接使用熱管換熱器加熱蒸氨廢水［6］，而不生產蒸汽。在負壓條件下蒸氨，蒸氨塔塔頂壓力由原來的10 kPa降至-40 kPa左右，蒸餾溫度由105℃降至80℃左右。

3 余熱回收效益對比分析

由于焦爐加熱用煤氣種類的不同，焦爐煙道廢氣余熱利用的溫度差別很大，以年產120萬t焦炭的焦爐煙道廢氣利用熱管技術生產蒸汽（或負壓蒸氨）和煤調濕技術進行對比，對比結果見表1。

表1 余熱利用途徑效益對比

當焦爐煙道廢氣余熱生產蒸汽（或負壓蒸氨）時，獨立焦化企業焦爐大多用焦爐煤氣加熱，煙道廢氣的進口溫度較高，可以使用的廢氣溫差高，因此蒸汽產量高。而鋼鐵聯合企業焦化廠大多用高爐煤氣加熱，煙道廢氣進口溫度較低，蒸汽產量少。由表1可知，采用焦爐煤氣加熱的煙道廢氣蒸汽產量比高爐煤氣加熱的蒸汽產量多。

當焦爐煙道廢氣用于煤調濕時，焦爐煤氣加熱因焦爐煤氣中含氫量高，因此煙道廢氣中水分含量高，將其作為煤調濕熱源時，不利于煤水分的蒸發，通常只能將入爐煤水分降低約2.5%。而采用高爐煤氣加熱時，高爐煤氣中含氫少，因此煙道廢氣中水分含量少，煙道廢氣可以滿足煤調濕熱量的需要，現通常將入爐煤水分由10%降低至6%。由表1可知，高爐煤氣加熱的煙道廢氣用于煤調濕比焦爐煤氣加熱時可減少的煉焦耗熱量更多。

當采用焦爐煤氣加熱時，盡管煤調濕技術可以使用的煙道廢氣溫差更大，但由于煙道廢氣中水分含量高，并不利于煤的調濕。且煤調濕技術工藝流程長，設備復雜，相對熱損失高。因此，由表1可知，煙道廢氣采用熱管技術生產蒸汽的經濟效益比煤調濕技術的經濟效益好。

當采用高爐煤氣加熱時，煤調濕技術可以使用的廢氣溫差明顯比熱管技術的高，并且煤調濕技術有降低焦化廢水產生量、提高焦炭質量和產量等其他經濟效益。因此，由表1可知，煤調濕技術的經濟效益明顯比熱管技術生產蒸汽的經濟效益好。

綜上所述，對于獨立焦化企業，由于采用焦爐煤氣加熱，因此不建議采用煤調濕技術，而宜采用煙道廢氣余熱熱管技術生產蒸汽（或負壓蒸氨）。對于鋼鐵聯合企業，由于采用高爐煤氣加熱，因此建議采用煙道廢氣余熱煤調濕技術。

［1］張洪恩，畢雅梅，王水成.利用熱管技術回收焦爐煙道廢氣余熱［J］.科技信息，2013，22：401-402.

［2］李九林.煤調濕技術開發及在焦化廠的應用［J］.煤化工，2005，116：34-36.

［3］鄭文華，史正巖.焦化企業的主要節能減排措施［J］.山東冶金，2008，30（6）：17-21.

［4］張國慶，張瓊芳，劉勇剛.焦爐煙道氣廢氣—流化床式煤調濕技術的應用［J］.燃料與化工，2010，41（6）：9-11.

［5］王維紅，劉慶達，劉承智.焦爐煙道氣煤調濕技術研發及推廣應用［J］.燃料與化工，2013，44（5）：8-11.

［6］王登富，王利，姜愛國，等.焦爐煙道氣余熱負壓蒸氨成套裝置技術［J］.燃料與化工，2013，44（4）：45-48.

Utilization of Residual Heat fromFlueGasof CokeOven

LI Xunming
（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The paper describes utilization technology of residual heat from flue gas,such as heat pipe technology,coal moisture control, ammonia stripping under negative pressure etc.By comparing and analyzing for the effectiveness of residual heat recovery,we knew that using coke oven gas heating in independent coking enterprise should make use of heat pipe technology to produce steam(or ammonia stripping under negative pressure)and using blast furnace gas heating in iron and steel enterprise should make use of coal moisture controlling technology.

flue gas of coke oven;utilization of residual heat;heat pipe;coal moisture control;ammonia stripping under negative pressure

TQ520.6

B

1004-4620（2014）04-0050-03

2014-02-28

李訓明，男，1979年生，2006年畢業于安徽工業大學化學工藝專業，碩士。現為山東省冶金設計院股份有限公司工程師，從事焦化工藝設計工作。