焦炉锅炉气余热利用技术的探讨

焦炉锅炉气余热利用技术的探讨

在焦化行业，焦炉的运行效率通常低于70%，其废水占焦炉总能耗的20%以上，具有很高的节能潜力。因此,通过回收废气余热,代替部分燃气锅炉生产蒸汽,或者替代焦化生产中用于加热的蒸汽,可以降低能源消耗,提高经济效益,减少废气排放,改善大气环境。该技术是一项国家鼓励应用,变废为宝,符合循环经济政策的技术。1焦炉设备的基本结构和性能山西焦化集团有限公司(以下简称山西焦化)目前拥有1×50孔JN60-89型6m顶装焦炉2座,即112蒸汽蒸汽焦炉烟道气余热回收技术在国内已普遍应用,一是利用余热锅炉副产蒸汽,如太化焦化厂、山西永鑫焦化等企业已应用实施,效果比较好;二是用于煤调湿,只有济钢、昆钢等少数企业应用,效果有待于通过时间来验证;三是用烟道废气余热加热软水,目前还没有企业采用。2.1烟道气煤调湿技术焦炉入炉煤水分控制(即煤调湿)技术的前身是煤干燥技术,它是将炼焦煤在装炉前除掉一部分水分,并保持装炉煤水分稳定的一项技术。煤调湿装置不仅可减少进入焦炉的水分,节约炼焦耗热量;而且由于装炉煤含水量的降低,使其堆密度增加,焦炭产量和质量得到提高,节能降耗显著,具有明显的经济效益和社会效益。烟道气煤调湿技术属于第一代煤调湿技术,它是利用烟道废气与湿煤在多层圆盘立式调湿机内进行直接热交换的一种工艺,在日本中山厂有应用。该工艺有两个缺点,一是除尘困难;二是烟道气供热量不足,还需要用加热炉供给30%的热量。我国第一套煤调湿装置于1996年在重钢焦化厂投产,应用的是导热油煤调湿工艺,装置处理能力为140t/h(干煤),入干燥机湿煤平均水分10.5%、出干燥机调湿煤水分6.5%、入炉煤水分6.0%、调湿煤温度约80℃、导热油循环量147t/h。宝山钢铁股份有限公司、太钢焦化公司、四川攀枝花钢铁有限责任公司的焦炉煤调湿装置均采用低压蒸汽为热源的煤调湿技术,只有济钢、昆钢采用以焦炉烟道废气为热源的调湿风选技术,该技术的使用,降低炼焦配煤水分3%左右,使炼焦炉增产5%~10%,焦炭强度提高0.1%~1.5%,炼焦耗热量降低5%左右,每吨煤减少剩余氨水约44kg等,获得良好的经济效益。2.2热管技术及热回收利用热管是一种新型的超级导热元件,其传热能力比相同尺寸的铜棒高几百倍,已在传热、散热和均温等方面得到了广泛的应用。热管通过密闭真空管壳内工作介质的相变潜热来传递热量,其传热性能类似于超导体导电性能,具有传热能力大,传热效率高的特点。众所周知,焦化行业是典型高能耗企业,并有大量余热可以回收利用,若采用热管换热器,可大幅度提高换热效率,缩小换热器的面积,大大降低焦化厂全厂的能耗。在焦化工业中,无论是焦炉烟道气、荒煤气、循环氨水和热废水,还是各种馏分蒸汽和尾气中,均有大量的余热可回收利用,因此热管换热器在焦化行业中的应用前景极为广阔。3焦炉、香烟气回波技术方案3.1走廊气体剩余回收适用于煤调节技术3.1.1入炉煤水分山西焦化原料煤水分10%~13%,入炉煤水分较高,带来如下问题:(1)上煤和装煤操作困难,同时入炉煤水分过高,增加了炼焦耗热量,因而也增大了回炉煤气的消耗量。(2)入炉煤水分过高,煤饼相对堆密度降低;由于耗热量增加,焦炉升温时间相应增加,结焦周期延长,从而降低焦炉产量。(3)入炉煤水分升高,造成焦炉荒煤气中携带的水蒸气增多,从而增加了炼焦过程中高氨氮废水的排放量,增加了废水处理的负荷。鉴于以上问题,采用煤调湿技术,利用焦炉烟道气余热调节入炉煤水分,能够避免废气余热高温排放造成的能源浪费,改善操作条件,降低炼焦耗热,节省焦炉煤气,提高焦炉的生产能力,减少炼焦过程中高氨氮污水的排放。3.1.2焦炉公用炼焦系统焦炉炼焦厂炼焦车间1该项目配套建设系统处理能力165t/h(湿煤)的装置。两座焦炉公用1套备煤系统。系统主要由废气引风机、炼焦煤流化床、废气布袋除尘器及煤料输送机等配套设施组成。煤调湿系统设备检修期间,原料煤由原有系统完成破碎、输送煤料。3.1.3流化床煤调湿风选流程煤调湿系统的工艺流程可分为煤料流程、烟气流程和除尘流程3个部分。(1)煤料流程:原料配合煤通过原上煤皮带、卸料器卸至新建溜槽,原煤均匀送至流化床进料槽,再经流化床进料装置送至流化床调整水分,合格的产品煤料从流化床底部落到J1皮带机,经新建1(2)烟气流程:温度250℃~280℃的焦炉烟道废气自1(3)除尘流程:焦炉烟道气进入流化床,将流化床内湿煤脱出的水分吸收,达到调整炼焦用煤水分的目的,经过流化床之后的烟道气进入陶瓷多管除尘器(一级除尘),再经脉冲布袋除尘器进行过滤,净化后的烟气通过除尘风机,经40m的烟囱排放。除尘器除下的粉尘采用刮板输送机输送至皮带,与调湿后的煤混合,经皮带转运至现有输煤皮带,送往煤塔。3.1.4入炉煤水分过高对炼焦耗热量的影响项目预计投资3279万元。效益分析如下。(1)按照烟道气热量计算,年可回收总热量=烟气量×烟气密度×温差×比热×年运行时间=2×100000×1.295×(265-70)×1.099×8000=4.44×10(2)入炉煤水分过高时,增加了炼焦耗热量。入炉煤水分在离开焦炉时的温度达到约820℃,带走大量的热量,根据焦炉生产经验,平均水分每降低1%,可降低炼焦耗热量33.5kJ/kg(湿煤),因此经煤调湿后,全年可降耗:33.5×165×8000×10(3)随入炉煤水分的降低,结焦时间相应的缩短,配合煤中有3%的水分不需要进入焦炉,根据国内外相关经验数据,焦炭产量可增加5%~10%,按焦炭增产5%、生产每吨焦炭富余焦炉煤气200m3.2采用插管技术将香烟气残余加热去除盐水3.2.1满负荷生产的系统根据山西焦化的实际情况,如果将6座焦炉的烟道气余热全部用于加热锅炉用软水,据计算,在满负荷生产前提下,1装置主要由热管蒸发器、热管省煤器、蒸汽聚集器及汽水管路组成。系统主要采用高效传热元件———热管。热管省煤器也是由若干根特殊的热管元件组合而成,热管的受热段置于烟气风道内,热管受热后与夹套管中从除氧器进来的除盐水进行换热。3.2.2余热回收系统装置主要由烟气回收、余热回收及除盐水输送部分组成。(1)烟气流程:在地下主烟道翻板阀前开孔,将250℃~280℃热烟气从地下主烟道引出,经余热回收系统换热降温后,将热烟气降温至约160℃,经引风机再排入主烟道插板阀后的地下烟道(或烟囱侧面原有预留门),经烟囱排空。(2)余热回收系统:该系统由热管软水预热器、给水泵、内连水管路及阀门、烟气管路及阀门、系统引风机、控制仪表等组成。(3)汽水流程:除盐水由给水泵输入热管软水预热器预热后,送至系统的除氧器。3.2.3投资和效率的初步评估项目总投资约600万元。年回收热量=2×100000×1.295×(265-160)×1.099×8000=2.39×103.3增设余热回收控制系统在充分利用焦炉原有地下烟道、烟囱的基础上,增设地上烟道、余热锅炉、汽水系统、烟气系统、电气及热工控制系统,形成完整的余热回收系统,对焦化厂炼焦车间13.3.1余热锅炉低热值(1)烟气流程:为了确保将高温烟气引入余热锅炉,对焦炉主烟道与余热锅炉进出口烟道进行改造。在焦炉烟气出口的主烟道上开1个烟道口,同时在主烟道设置1台翻板式闸板阀,在新开的烟道口用管道将管道口和余热锅炉的进气口连接,并在进余热锅炉前再设置1台翻板式闸板阀,最后在出余热锅炉的管道上再设置1台闸板阀。运行时,将锅炉进口前的闸板阀打开,主烟道上的闸板阀关闭,通过引风机的作用,将265℃的烟气引至锅炉系统,同时将除盐水引入锅炉水侧,通过换热,产生蒸汽供生产和生活使用。为防止系统产生露点腐蚀,必须保证余热锅炉排烟温度在140℃~170℃。换热后,温度降低到160℃左右的烟气经引风机送入烟囱排放。当余热锅炉出现故障停机时,可以关闭余热锅炉前后电动阀门,确保焦化工艺正常生产。(2)汽、水流程:由供汽车间送来的除盐水作为除氧系统