熱管式鍋爐在焦炭生產(chǎn)煙氣余熱回收中的應(yīng)用

王洪記

（兗礦集團(tuán)煤化分公司，山東 鄒城 273500）

某公司1.75 Mt/a焦炭生產(chǎn)過程中焦?fàn)t外排煙氣溫度一般在260℃，最高時(shí)達(dá)300℃，煙氣量165.6×103m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）；鍋爐外排煙氣溫度150℃，煙氣量456.1×103m3/h。這些具有較大余熱回收利用價(jià)值的熱煙氣直接排入大氣環(huán)境，不僅污染環(huán)境，而且浪費(fèi)大量熱能。

熱管式鍋爐是一種高效率的低品位熱能回收裝置，可用于回收這些煙氣余熱，副產(chǎn)低壓飽和蒸汽。采用熱管式鍋爐對煙氣余熱實(shí)施回收后，將回收的低壓蒸汽并入同壓力的蒸汽管網(wǎng)，補(bǔ)充化工生產(chǎn)系統(tǒng)用汽，具有明顯的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也減少了廢熱、煙塵等大氣污染物的排放。

1 熱管式鍋爐的適用性

熱管式鍋爐是一種高效率的氣-水換熱器，其核心部件是熱管。熱管是在一個(gè)封閉的體系內(nèi)，依靠預(yù)先裝入的流體的相態(tài)變化來傳遞熱量的傳熱元件。熱管內(nèi)是高效相變傳熱，熱管式鍋爐傳熱性能優(yōu)越，溫度均勻性好，抗熱沖擊能力強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)溫度控制，通過改變介質(zhì)和管材，可用于不同溫度下的傳熱，適用于不同的應(yīng)用場合。熱管的加熱段和冷卻段都是管外換熱，通過合理的流速設(shè)計(jì)，設(shè)備具有自清灰效果，容易處理換熱面的積灰和腐蝕，每支熱管可單獨(dú)進(jìn)行安裝更換，維護(hù)方便。

熱管徹底隔離了熱源和冷源，可以從根本上避免含硫煙氣和水汽接觸，不會產(chǎn)生冷熱流體的摻混，即使煙氣側(cè)熱管腐蝕泄漏，也不會使水汽和煙氣互通，水汽側(cè)仍可正常運(yùn)行，可以充分保證設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性和連續(xù)性[1-2]。

2 工藝流程及存在問題

2.1 焦?fàn)t煙氣

焦?fàn)t煤氣經(jīng)預(yù)熱后送到焦?fàn)t地下室，通過下噴管把煤氣送入燃燒室立火道底部與由廢氣交換開閉器進(jìn)入的空氣匯合燃燒。燃燒后的廢氣經(jīng)過立火道頂部跨越孔進(jìn)入下降氣流的立火道，再經(jīng)蓄熱室，由格子磚把廢氣的部分顯熱回收后，經(jīng)過小煙道、廢氣交換開閉器、分煙道、地下主煙道、煙囪排入大氣。進(jìn)入煙囪后煙氣溫度一般在260℃左右，最高時(shí)約300℃，煙氣量約165.6×103m3/h，具有較大的余熱回收利用價(jià)值。這些煙氣余熱直接排入大氣，熱能沒有得到回收利用，不但增加企業(yè)生產(chǎn)成本，而且增加環(huán)境污染。

2.2 鍋爐煙氣

改造前，150℃鍋爐煙氣由引風(fēng)機(jī)直接送入袋式除塵器除塵后，進(jìn)入氨法脫硫系統(tǒng)脫除二氧化硫，由煙囪排入大氣。這種高溫?zé)煔獠贿M(jìn)行熱量回收直接進(jìn)入后續(xù)工段，不僅使鍋爐效率下降，浪費(fèi)熱量，還對袋式除塵系統(tǒng)、氨法脫硫系統(tǒng)造成不利影響，將會縮短除塵袋壽命，導(dǎo)致氨逃逸量增加、煙氣帶水現(xiàn)象加重等問題。

3 解決方案及實(shí)施

3.1 焦?fàn)t煙氣余熱回收方案

焦?fàn)t煙氣余熱回收改造后，由煙氣工藝和汽水工藝2部分組成，分別見圖1和圖2。改造后，熱管式鍋爐余熱回收系統(tǒng)由軟化水處理裝置、除氧器、除氧給水泵、鍋爐給水泵、熱管式鍋爐、軟水預(yù)熱器、汽包、上升管、下降管、外連管路和控制儀表、鍋爐引風(fēng)機(jī)等組成。

圖1 焦?fàn)t煙氣余熱回收改造后煙氣流程Fig 1 The flue gas flow of flue gaswaste heat recovery in coke oven after transformation

圖2 焦?fàn)t煙氣余熱回收改造后汽水系統(tǒng)流程Fig 2 The gas-water system process of flue gaswaste heat recovery in coke oven after transformation

煙氣流程。在地下主煙道翻板閥前開孔，將主煙道熱煙氣從地下主煙道引出，經(jīng)熱管式鍋爐余熱回收系統(tǒng)換熱降溫后，將熱煙氣降至約160℃，經(jīng)鍋爐引風(fēng)機(jī)再排入主煙道翻板閥后的地下煙道，經(jīng)煙囪排空。

汽水流程。外來20℃一次水經(jīng)過軟化處理進(jìn)入軟水箱，由軟水箱經(jīng)泵打入除氧器,經(jīng)除氧器除氧后，再由給水泵補(bǔ)入預(yù)熱器，然后進(jìn)入鍋爐汽包，汽包水和蒸汽發(fā)生器內(nèi)水自然循環(huán)，在汽包內(nèi)蒸汽與水分離產(chǎn)生0.8 MPa飽和蒸汽并入管網(wǎng)，供化產(chǎn)工段使用。

實(shí)施改造后，熱管式鍋爐進(jìn)出口壓損1.2 kPa，鋼制煙道、地下煙道的壓損小于0.45 kPa，煙囪吸力0.35 kPa，系統(tǒng)總阻力小于2 kPa。有關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

3.2 鍋爐煙氣余熱回收方案

為回收利用鍋爐煙氣余熱，提高鍋爐效率，對2臺130 t/h（一開一備）及1臺260 t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣余熱實(shí)施回收改造。在鍋爐煙氣引風(fēng)機(jī)和袋式除塵器之間增加1套熱管式鍋爐余熱回收裝置，將150℃熱煙氣降到130℃后再送入后續(xù)除塵、脫硫系統(tǒng)，副產(chǎn)0.23 MPa飽和蒸汽3.45 t/h，并入對應(yīng)的蒸汽官網(wǎng)，供其他生產(chǎn)系統(tǒng)使用。有關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表1 焦?fàn)t煙氣余熱回收系統(tǒng)參數(shù)Tab 1 Parameters of flue gaswaste heat recovery system in coke oven

表2 鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)參數(shù)Tab 2 Parametersof flue gaswaste heat recovery system in boiler

4 經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益

焦?fàn)t煙氣余熱回收改造項(xiàng)目投資790萬元，年回收0.8 MPa飽和蒸汽75 168 t，扣除生產(chǎn)過程中消耗的脫鹽水、電耗、人工等費(fèi)用，企業(yè)可獲得經(jīng)濟(jì)效益834萬元，不到1年即可收回項(xiàng)目投資。改造后年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量6 467 t，按照國家和地方政府節(jié)能獎勵方面的有關(guān)激勵政策規(guī)定，企業(yè)實(shí)施節(jié)能改造項(xiàng)目，每節(jié)約1 t標(biāo)準(zhǔn)煤可獲得政府獎勵300元，則可申報(bào)節(jié)能獎金194萬元。

鍋爐煙氣改造項(xiàng)目總投資320萬元，年可回收0.23 MPa飽和蒸汽27 324 t，價(jià)值273萬元，不到2年即可收回項(xiàng)目投資，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

煙囪排出的高溫?zé)煔夂写罅康幕覊m顆粒，影響大氣環(huán)境質(zhì)量。熱管式鍋爐在回收煙氣余熱生產(chǎn)蒸汽的同時(shí)，還能在一定程度上起到除塵作用。因?yàn)闊峁苁藉仩t對流煙道的截面積比原排煙道截面積大，含有灰塵顆粒的高溫?zé)煔饨?jīng)過熱管式鍋爐時(shí)，煙氣流速會降低；同時(shí)，當(dāng)煙氣沖刷折流墻和對流管束外壁時(shí)其方向?qū)淖儯趹T性作用下煙塵不易轉(zhuǎn)換方向而沉降在煙道底部，大大減少了排入大氣中的灰塵顆粒含量。另外，由于余熱回收的蒸汽回用于生產(chǎn)系統(tǒng)，減少了燃煤鍋爐蒸汽用量，減少鍋爐用煤的同時(shí)，也減少了煙氣及各類煙氣污染物的排放。

5 結(jié)束語

采用熱管式鍋爐回收煙氣余熱，技術(shù)成熟、投資少、見效快，不但具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且節(jié)能減排效果明顯，有助減少霧霾天氣的發(fā)生，一舉多得，是企業(yè)降低成本、提高綜合效益的有效途徑。

[1]邵李忠,王禮正,王明軍.熱管式余熱鍋爐在電弧爐煙氣余熱回收中的應(yīng)用[J].工業(yè)鍋爐,2010（3）:39-40.

[2]陶務(wù)純,馮俊小,張武.電弧爐煙氣余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].山東冶金,2012（2）:54-56.