焦爐荒煤氣上升管余熱回收技術的應用研究

2023-10-11 05:15:24巢文智

山西化工 2023年9期

巢文智

（山西焦化集團有限責任公司，山西臨汾 031400）

0 引言

隨著煉焦熱能回收技術不斷發展，上升管荒煤氣的余熱回收技術也得到廣泛應用，在低碳環保和綠色節能減排的驅動下，焦化企業為山西低碳綠色環保生產，提升對能源的循環利用，加強對荒煤氣余熱回收技術的研究與應用[1-2]。煉焦煤在焦爐中被隔絕空氣加熱干餾產生焦炭，同時大量揮發出來750～850 ℃的荒煤氣。目前焦化行業對荒煤氣帶出的顯熱常規處理方法為噴灑大量70～75 ℃的循環氨水來冷卻高溫荒煤氣，但如此會造成高溫荒煤氣帶出顯熱無法利用而白白浪費[3]。而上升管余熱回收則利用除鹽水與高溫荒煤氣進行間接換熱，一方面降低荒煤氣溫度，另一方面可以產生蒸汽供廠內使用。

1 工藝組成

本項目主要由盤管式上升管荒煤氣換熱器、汽包、除氧給水泵、汽包給水泵、強制循環泵及配套的供配電、檢測控制系統等組成，除氧水利用干熄焦車間除氧器提供，通過除氧給水泵將除氧水送到余熱回收除氧水箱，再通過汽包給水泵將除氧水箱內的除氧水送入汽包內，汽包內除氧水由強制循環泵送入上升管荒煤氣換熱器內，產生汽水混合物，產生的汽水混合物再返回汽包，汽包內的飽和蒸汽再由氣液分離器分離出飽和蒸汽后并入廠內低壓蒸汽管網[4]，系統工藝流程如圖1 所示。

圖1 上升管余熱回收系統工藝流程圖

本項目配套4×60 孔炭化室高度7.5 m 頂裝焦爐，共建設兩套，分別對應2×60 孔焦爐，每套設置2 個汽包，單個汽包可以滿足2 座焦爐生產，項目產生0.9～2.0 MPa 飽和蒸汽并入焦化廠低壓蒸汽管網，供化產車間生產使用。

2 部分結構特點

1）上升管荒煤氣換熱器采用的HYWHR 型雙盤單介質盤管式荒煤氣換熱器，從內壁到換熱水之間經過三層共10～15 mm 的傳熱壁厚，明顯優于其他水夾套類型換熱器的28～30 mm 換熱壁厚，傳熱效率高；采用盤管走水強制循環進行換熱，這樣水在盤管內處于強制高雷諾數的紊流狀態，換熱效率明顯優于夾套方式的穩流狀態。

2）裝置采用雙汽包設計，單個汽包即可滿足2 座焦爐正常生產要求。汽包屬于壓力容器，投用后3 年需要進行內部檢查。屆時需要斷水，若只有1 個汽包，則余熱回收裝置需要全停進行干燒，時間大概為2 天。雖然盤管式余熱回收裝置具有長時間干燒無損壞記錄，但不建議大面積干燒。

3）每組2×60 孔焦爐上升管分為4 段，即每30 個上升管為一段，每座焦爐第一段上升管進入1#汽包、第二段上升管進入2#汽包，解決焦爐2-1 串序出焦導致的兩個汽包產氣不均衡的問題。

4）每個上升管可以單獨控制循環量同時上升管內筒壁面經過光潔表面處理，可以控制荒煤氣出口溫度在火落點之前≥480 ℃，以防止出現焦油冷凝造成開上升管蓋時出現冒黑煙、黃煙污染環境的情況。

5）整個上升管荒煤氣換熱器只有換熱盤管內部有壓力，其他部位都是常壓非封閉結構，所以按照國家的壓力容器管理規范，不屬于壓力容器，不需要進行年檢。

3 項目運行效果

目前2#、3#、4#焦爐配套的上升管余熱回收項目已經投入使用，其中3#焦爐配套上升管余熱回收已經投入使用約半年時間，各焦爐上升管總體運行良好，上升管內部沒有出現明顯的結焦油等情況、換熱盤管沒有出現漏水現象，系統各項參數及蒸汽產量逐步穩定。

3.1 蒸汽產量

本項目設計為生產0.9～2.0 MPa 的飽和蒸汽，0.9 MPa 飽和蒸汽產量約36 t/h，目前由于化產使用的低壓蒸汽管網管道安全閥設置的壓力較低，系統外供0.9 MPa 壓力的飽和蒸汽時，外部管網安全閥容易起跳，故目前實際的外供蒸汽為0.85 MPa 飽和蒸汽。由于目前幾座焦爐均未達到滿產，且生產過程中周轉時間調整較多，根據目前非滿負荷的生產狀況進行核算。截止12 月16 日，3#、4#焦爐共產焦炭388 726 t，蒸汽產量共計33 228 t，折算蒸汽產率約85.5 kg/t。

3.2 上升管出口荒煤氣溫度

為確保上升管換熱器內筒不出現焦油冷凝或生長石墨現象，從而防止出現上升管開蓋冒黑煙、黃煙污染環境，上升管出口荒煤氣溫度在火落點之前必須≥480 ℃[5]，通過每根上升管進出口閥門對單根上升管的循環量進行調節，既保證每根上升管換熱器的換熱效果達到最佳，又保證上升管出口荒煤氣溫度在火落點之前不低于480 ℃，以4#焦爐為例，各段上升管換熱器出口荒煤氣溫度如表1 所示。