焦爐煙道氣余熱回收利用

申孝國

（山東科泰能源科技有限公司，山東濟南 250101）

節能減排

焦爐煙道氣余熱回收利用

申孝國

（山東科泰能源科技有限公司，山東濟南 250101）

通過分析煙氣成分、改造原有煙道系統，采用熱管+水管組合式余熱鍋爐，具體熱力流程為熱管省煤器+水管蒸發器，進行焦爐煙道氣余熱回收利用，減少了溫室氣體和酸性氣體的排放，年產生蒸汽約9.6萬t，收益約1 152萬元，每年節約標煤約9 300 t。

焦爐；煙道氣；余熱利用；回收

1 前言

焦爐加熱用的焦爐煤氣由外部管道架空引入。焦爐煤氣經預熱后送到焦爐地下室，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入的空氣匯合燃燒。燃燒后的廢氣經過立火道頂部跨越孔進入下降氣流的立火道，再經蓄熱室，又經格子磚把廢氣的部分顯熱回收后，經過小煙道、廢氣交換開閉器、分煙道、總煙道、煙囪排入大氣。廢煙氣溫度可達到260～290℃，若直接排入大氣，即會造成能源浪費且污染環境。為此，采用成熟的余熱回收技術對焦爐產生的廢氣進行余熱回收利用［1］。

2 煙道氣余熱回收工藝

以100萬t焦爐為例，焦爐廢煙氣溫度260～290℃，流量165 000 Nm3/h，壓力-500 Pa；排煙溫度160℃，蒸汽壓力0.8 MPa，飽和蒸汽溫度。該煙道廢氣為焦爐煤氣燃燒產物，對空氣完成預熱后，自焦爐的蓄熱室排出，其基本成分為CO26.36%，H2O 20.27%，O23.65%，N269.2%。焦爐加熱燃燒的焦爐煤氣一般經過凈化處理，其中的H2S含量通常控制在≤200 mg/Nm3，燃燒產物中含有SO2，加之煙氣中水蒸氣含量較高，應考慮酸露點的影響，且需防止產生危害。經計算，煙氣酸露點約為98.5℃。

本著合理、先進、適用、經濟、可靠的原則，優化工藝流程和布置，采用先進可靠的工藝技術和自動化控制技術。

2.1 工藝布置

本技術工藝需對原有煙道系統進行改造，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，經余熱回收系統換熱降溫后，將熱煙氣降至約160℃，經鍋爐引風機再排入主煙道翻板閥后的煙氣總煙道，經煙囪排空。工藝布置見圖1。

圖1 焦爐煙道氣工藝布置

1）余熱鍋爐煙氣進口管道部分。在焦爐原有的地下煙道上，煙道閘板閥前面位置，開出1個煙道孔，將制作好的煙氣管道吊裝放置在開口處，用耐火澆注料澆注，保證密封。同時另一端和連接余熱鍋爐進口的主煙氣管道進行焊接。另外，在引出煙道上各安裝一臺電動蝶閥，用來實現煙氣的切換。

2）余熱鍋爐出口煙氣管道部分。焦爐煙氣通過余熱鍋爐降溫后經引風機送入位于主煙道翻板閥后的煙氣總煙道內，經煙囪排空。引風機入口設有風門，引風機采用變頻調速，以調節煙氣流量，保證焦爐生產正常運行。

2.2 余熱回收設備選用

針對煙氣低溫、潔凈、且蒸汽參數較低的特點，余熱回收設備可選用常規余熱鍋爐和熱管余熱鍋爐，二者皆有優缺點。

為盡可能多回收煙氣余熱，鍋爐設計需采用階梯式余熱回收方式，即由鍋爐煙氣入口高溫段至鍋爐煙氣出口低溫段分別設置過熱器（如需要）、蒸發器、省煤器，以實現最大限度的能量回收，發揮鍋爐最大產汽能力。鍋爐受熱面腐蝕原因主要是受熱面管壁溫度低于煙氣酸露點溫度（一般不超過125℃），故設計時需嚴控管壁溫度在酸露點以上，以避開酸腐蝕溫度區［2］。蒸發器管壁溫度約等于飽和溫度，這與鍋爐產汽壓力息息相關，由于焦爐煙道氣鍋爐產汽壓力一般≥0.5 MPa（158.8℃），管壁溫度≥158.8℃，在酸露點以上，不會發生腐蝕現象。當低溫側（180℃左右）省煤器采用水管形式，由于水側傳熱系數遠遠超過氣側傳熱系數，故管壁溫度趨向于水側，此事管壁最低溫度一般不超過60℃，受熱面必然腐蝕，故不能采用水管式。為提高省煤管壁溫度，使之高于酸露點，需采用熱管形式。熱管是一種密閉容器，其基本組成為殼體、工作液，充入適量工作液后將殼體抽真空或煮真空，密閉殼體便構成一支熱管。當熱源對其一端供熱時，工作液自熱源吸收熱量而蒸發汽化，攜帶潛熱的蒸汽在壓差作用下，高速傳輸至殼體的另一端，向冷源放出潛熱而凝結，凝結液在重力作用下從冷源端回流至熱源端，以保持連續的工作循環，實現熱量傳遞。

經論證，本技術采用熱管+水管組合式余熱鍋爐，具體熱力流程為：熱管省煤器+水管蒸發器。

每臺鍋爐輔機配置如下：除氧器1臺，除氧器給水泵2臺，鍋爐給水泵2臺，磷酸鹽加藥裝置1套，汽水取樣裝置1套，軟化水箱1套，均布置于鍋爐副跨內；引風機1臺，室外布置于鍋爐附近。熱管余熱鍋爐為國內成熟產品，完全國產化。余熱鍋爐的結構合理、配置科學、適應過程特性、兼顧運行要求，已經成為系列化設計，系統穩定、運行靈活、可靠。

2.3 余熱回收系統的組成

該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、中溫熱管蒸氣發生器、軟水預熱器、低溫熱管蒸氣發生器、汽包、上升管、下降管、外連管路和控制儀表、鍋爐引風機等組成，并且互相獨立。

2.4 汽水流程優化

軟化水經過除氧器給水泵進入除氧器除氧，除氧水由給水泵輸入熱管省煤器預熱到后進入汽包，水通過下降管進入中溫熱管蒸汽發生器，水吸收熱量變成飽和水，飽和水再經上升管進入汽包，在汽包里進行水汽分離，形成0.8 MPa的飽和蒸汽，送至廠區蒸汽管網供生產使用。蒸汽參數為：載熱體流量165 000 Nm3/h，載熱體溫度290℃，蒸汽壓力0.8 MPa，飽和蒸汽溫度，蒸汽流量12.0 t/h，給水溫度104℃，鍋爐排污率5%，鍋爐煙氣阻力≤600 Pa，鍋爐排煙溫度（160±5）℃。

3 結語

焦爐煙道氣余熱回收利用技術可實現全自動化操作，利用焦爐煙氣的余熱產生0.8 MPa的飽和蒸汽，年可外供蒸汽量為9.6萬t，可以實現銷售收入1 152萬元（蒸汽價格按照120元/t）；也可為溴化鋰蒸汽制冷和干熄焦循環系統提供蒸汽，還也可供生活取暖或熱電廠除氧器用；減少了溫室氣體和酸性氣體的排放，每年節約標煤約9 300 t（按8 000 h計算），符合國家節能減排政策，環保節能效益顯著。

［1］陳懷斌.余熱利用與余熱鍋爐［J］.應用能源技術，1997（4）：20-21.

［2］仝慶居，王學敏.鍋爐煙氣余熱回收利用技術［J］.科技創新導報，2009（18）：71.

Recovery and Utilization on Coke Oven Flue Gas Waste Heat

SHEN Xiaoguo
（Shandong Ketai Energy Technology Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Through the analysis of flue gas composition,the original flue system was transformed.Using the heat recovery boiler that was combined heat pipe with water pipe,the specific thermal process was the heat pipe economizer plus water evaporator,the coke oven flue gas waste heat was recycled and utilized.The greenhouse gas and acid gas emissions were reduced.The annual production of the steam is about 96 000 t.The income was about 11.52 million Yuan and about 9 300 t of standard coal was saved every year.

coke oven;flue gas;waste heat utilization;recycling

X757

B

1004-4620（2017）01-0048-02

2016-08-05

申孝國，男，1986年生，2008年畢業于北京科技大學熱能與動力工程專業。現為山東科泰能源科技有限公司設計經理，助理工程師，從事工程設計工作。