焦爐荒煤氣余熱回收技術應用分析

姜 崴

(山西國控環球工程有限公司,山西 太原 030024)

我國焦炭產量在世界范圍內處于前列，然而整體科技水平不高，許多焦化企業面臨著虧損。我國焦炭大部分被用來煉鐵。焦爐荒煤氣攜帶著大量的熱量，不合理利用的話會造成巨大的損耗。鑒于這一現實情況，焦化企業要積極調整工藝結構，優化和完善焦爐荒煤氣余熱回收技術。

1 焦爐荒煤氣以及煤焦油結焦的特征

荒煤氣內含有多種成分，不僅含有凈煤氣，還含有硫化氫、煤焦油、水分等成分。硫化氫作為荒煤氣中的成分之一，在干燥狀態下不會對金屬造成腐蝕和破壞。然而，當焦化企業利用換熱器回收荒煤氣時，由于換熱器壁面與荒煤氣之間的溫度差異，會導致水蒸氣凝結或煤焦油凝結，使得可融入水的硫化氫在水蒸氣或煤焦油之中溶解，進而對換熱器的金屬壁面造成嚴重的腐蝕破壞，對設備的安全使用造成威脅，可能導致嚴重的安全隱患。煤焦油內含有多種成分，根據沸點的高低可分為瀝青、蒽油、洗油等成分。實踐證明，煤焦油的凝結溫度為450℃，凝結之后的煤焦油會順著換熱器的避免往下流動，當流動到換熱器的底部時，凝結后的煤焦油在炭化室的高溫輻射下得到再一次分解，其中煤焦油中的固體成分將在換熱器表面附著，導致積碳現象。當換熱器避免的溫度遠遠低于煤焦油的溫度時，煤焦油會迅速冷凝成為結焦，這些現象都是制約焦爐荒煤氣余熱回收技術發展的難題，攻克焦爐上升管換熱器運行問題有助于促進荒煤氣余熱回收技術的發展。結焦周期內荒煤氣的流量變化溫度變化具有一定聯系。在一個結焦周期內，荒煤氣的產量呈持續遞減狀態，而溫度則是先升后降，荒煤氣與溫度之間的具體關聯與焦爐的加熱程序密不可分。影響換熱器工作效率和安全性的因素有很多，其中焦爐荒煤氣流量與溫度之間的周期性變化會導致換熱器壁面出現周期性熱應力現象，致使換熱器內避免出現疲勞破壞現象。焦爐荒煤氣余熱回收技術涉及到多個環節，相關工作人員不僅將換熱器熱膨脹問題處理到位，還要將換熱器運行狀態下的內壁溫度進行科學有效的控制，讓換熱器內壁的溫度能夠穩定在確定的區間范圍內，有效避免由于熱應力波動導致的換熱器損壞。

關于煤焦油結焦現象的研究有很多，這些科學研究有利于推動荒煤氣應用技術的發展。結合科學研究者的論證結果以及焦油的本質屬性，工作狀態下的荒煤氣換熱器壁面溫度要處于適宜狀態，不宜溫度過低，當換熱器壁面溫度過低時，煤焦油會發生凝結反應，使得凝結后的煤焦油在換熱器內壁附著，產生不宜清理的焦油渣。同時，當經過冷凝后的焦油順著換熱器壁面向下流動時，會受到炭化室高溫輻射的影響，導致焦油再一次被分解，而殘留下的固體成分會導致換熱器壁面出現積碳現象，給換熱器的正常使用造成影響。鑒于這一現實情況，在應用焦爐荒煤氣余熱回收技術時，荒煤氣換熱器底部應該被放置導油槽，以有效緩解換熱器進口處的積碳問題。

2 淺析荒煤氣余熱回收技術

我國荒煤氣余熱回收基礎還處于發展階段，要需要進一步完善和優化。當前越來越多的焦化企業和科研機構關注荒煤氣余熱回收工作，并開展了一系列的研究和探索，以期能促進焦爐荒煤氣余熱回收技術的發展。縱觀荒煤氣余熱回收技術的發展，其主要分為換熱技術以及直接利用技術。

利用焦爐上升管安裝余熱鍋爐以實現荒煤氣顯熱回收的做法始于日本，然而這一技術存在明顯的缺陷，實驗并未進行下去。蘇聯哈爾科夫煉焦廠利用在上升管上安裝水套的方式進行工業化的上升管廢熱實驗，試圖借助強制循環將采暖水加熱。這一技術在具體操作時存在諸多困難，在工業領域并未得到大范圍的推廣和普及。我國作為最早開始研究荒煤氣汽化冷卻技術的國家，早在20世紀70年代便開展了上升管汽化冷卻實驗，并運用到實際生產之中。早期的上升管汽化冷卻裝置通過在上升管外壁焊接的夾套，并將軟水注入夾套下部，以實現荒煤氣熱量的轉換。由于早期的上升管汽化冷卻裝置結構設計尚不完善，在實際應用中容易出現漏水問題。針對技術層面上的不足，相關工作人員進行了一系列的改革創新，將上升管結構由最初的平板型封頭調整為翻邊型封頭和U型封頭，這一舉措有效改善了上升管焊接縫處易漏水的問題。結焦問題是制約荒煤氣余熱回收的另一個因素，在使用過程中，換熱器底部容易出現嚴重的結焦問題，嚴重時會造成上升管通道堵塞。與此同時，若換熱器內部出現嚴重的結焦問題，會使得加熱器內避免的傳熱能力受阻，進而嚴重影響傳熱效率。導熱油夾套技術作為水夾套技術的革新，利用高溫導熱油有效改善換熱器內壁的溫度問題，緩解由于換熱器內壁溫度過低而導致的壁面結焦現象，從而有效改善嚴重的結焦問題。與此同時，導熱油可以作為換熱介質降低夾套的運行壓力。然而，導熱油夾套技術在運行過程中也暴露出了不少問題，如環境污染問題、油品質量問題以及費用問題等。隨著相關科學技術的進步和完善，焦爐荒煤氣余熱回收技術正逐步完善，同時也存在許多不足。科研人員要正式技術存在的不足，逐個擊破阻礙焦爐荒煤氣余熱回收技術發展的難題。

熱管式荒煤氣余熱回收技術最早在梅鋼進行試點實驗。根據陳小蕓的研究報告顯示，熱管式荒煤氣余熱回收技術在運行三到四天之后，荒煤氣的出口溫度略高于實驗設計值，換熱管表面依然會出現焦油冷凝現象，致使導熱效率不佳。直接利用技術是焦爐荒煤氣余熱回收技術的另一種方式，具有工藝流程略長的特點，適用于現代化的焦化生產企業。直接利用技術作為科學有效的技術手段，一方面可以利用部分氧化裂解制氫，一方面可以利用裂解生產合成氣。高溫荒煤氣在進入反應器之后會產生氧氣和蒸汽，讓荒煤氣中大部分的焦油得到氧

化，通過采用科學有效的提純技術，能夠將氫氣提取出來，這種制氫方式能夠有效降低成本，提高經濟效益。高溫荒煤氣在進入熱裂解爐之后能夠將焦油、氨、萘等有機物裂解為一氧化碳和氫氣為主的合成氣體，進而將其生產為合成氨、甲醇、二甲醚等，還可以直接生產還原鐵。為了有效克服加熱器內壁面結焦的問題，不少研究者致力于研究可用于換熱器內壁的不粘涂層技術。關于換熱器涂層技術的研究，要關注涂層能否有效解決換熱器的結焦問題和腐蝕問題，以及是否具有良好的導熱性能。陳光等人在研究中對比了具有納米不粘涂層的金屬與沒有涂層的金屬，經過實驗，兩者的導熱性能基本一致。關于焦爐荒煤氣余熱回收技術還處于發展階段，還需要進一步的優化和創新。

3 總結

本文簡要論述了焦爐荒煤氣余熱回收技術。換熱器技術適用于當前焦化企業的荒煤氣余熱回收，通過調整換熱器能夠有效延長換熱器的使用年限，克服換熱器泄露這一難題；根據荒煤氣、焦油特點研制的新型涂層能夠有效處理上升管換熱器結焦腐蝕的難題，有助于促進焦爐荒煤氣上升管換熱器的發展。縱觀我國上升管換熱器技術的發展，生產低壓水蒸氣是國內企業應用最為普遍的方式，應用工藝相對單一，亟待創新和優化。縱觀焦爐荒煤氣余熱回收技術的發展，焦化企業要重視荒煤氣換熱器的安全問題以及換熱效率，完善荒煤氣換熱器的安全監測技術，優化荒煤氣換熱技術，有效延長換熱器的使用年限，增強換熱器的安全性能。

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