焦炉锅炉余热回收利用

焦炉锅炉余热回收利用

几年前，中国社会科学院前院长徐光迪指出。“现在钢铁有30%的盈余，盈余不能回收和利用。其中,焦化过程每吨焦约有余热50kg标煤目前,焦炉烟道气余热利用方法较多,且效果各异,但缺乏基于同一标准下的比较方法,给用户带来了对不同技术的领悟和认识的困惑。鉴于此,如能提出一个简单有效的量化评价比较参数,将会有力推动焦炉烟道气余热利用工作的进程。1目前和不足的焦化气体负荷利用1.1焦炉余热利用潜力焦炉是能量转换装置中高效率的热工设备,净效率高达87%~89%。这是因为炼焦过程不仅是一个较完善的能量转换过程,产生优质的二次能源,而且焦炉本体设备经过一个多世纪的不断改进,在煤气燃烧、烟气热量利用、绝热等方面均较完善。但这并不能说明它已达到最完善的程度,没有节能的余地了。为实现资源节约、环境友好,高效回收利用炼焦过程中产生的余热资源是焦化厂节能的主要方向和潜力所在,也是提高焦化能效的重要途径之一。焦炉生产过程的物质流和能量流(1t焦炭为基础)示意图从图1分析可知650℃~700℃荒煤气和气态化学产品携带热能和化学能,以能量流的形式,从上升管排出。生产每吨焦炭荒煤气带出热约占焦炉总输出热量的36%,相当于带出38.9kgce的热量。250℃~300℃焦炉烟道废气携带热能,以能量流的形式从烟囱逸出。生产每吨焦炭,烟道废气带出热约占焦炉总输出热量的17%(图1中表示为输出热17%),相当于带出18.4kgce的热量。还有一部分热量作为能量流的一部分,从焦炉炉体表面散发至空气中。炉体表面热损失约占焦炉总输出热量的10%,相当于生产每吨焦炭损失10.8kgce的热量。从图1可以看出,焦炉烟道气带出的热量约占焦炉总输出热的17%,以130万t焦炭/a的常见焦化厂计算,焦炉烟道气带出热量近3000kgce/h,利用潜力相当可观。1.2间接煤调湿(1)用于发生蒸汽:以年产100万t焦炉为例,焦炉设有两座烟囱。单座烟囱烟道气总量约80000m(2)用于煤调湿:煤调湿(又称CMC)过程可采用热媒,对入炉煤进行间接调湿,如导热油、蒸汽的间接加热调湿工艺,也有直接采用烟道气对入炉煤进行调湿的方式以云南能源昆焦公司煤调湿为例以云南能源师宗公司为例(3)用于加热除盐水和洗浴用水等1.3烟道气余热回收利用方式单一上述回收烟道气虽在一定程度上降低了焦炉的能耗,但笔者认为上述方式均存在不同程度上的不足:(1)采用直接烟道气回收蒸汽,但蒸汽在后续阶段仍然用于加热工艺介质,按照从烟道气转换成蒸汽、蒸汽用于加热工艺介质的效率均为90%计,经两次转换,烟道气的余热利用效率也就是81%左右,可见这种间接式的烟气余热利用方式的利用效率并不高。(2)对于直接利用烟道气余热的情况,也存在烟道气余热利用不完全的情况。如上面提到的两个烟道气余热调湿的情况,一个的烟气利用效率为35%~40%,另外一个的利用效率约25%~30%,利用效率较低。由此可见,对于烟道气的余热利用,要充分考虑烟道气的利用效率,这样才能够使焦炉烟道气的综合利用效果得以保障,使烟道气的热利用效果最大化。2烟道气多阶、梯级利用及热效应提高烟道气的综合利用效果,首先应当考虑烟道气的利用效率,即首先应当考虑尽可能采用烟道气工艺直用的方式。以焦化流程中热量的主要用户蒸氨来说,如果用烟道气转换成蒸汽,再用于蒸氨,增加转换环节,烟道气的利用效率会下降;其次,利用烟道气的余热还要考虑匹配的问题。如上所述的烟道气直接用于煤调湿的情况,一方面是焦炉的烟道气量较大(吨焦需焦炉煤气1300m综上所述,烟道气余能的综合利用应以多阶利用为原则,体现按照不同的用户匹配使用;应以工艺直用为途径,提高烟道气余能的转化效率;应以梯级利用为措施,提高烟道气余能的综合利用率。在此基础上,清华大学化工系、中国炼焦协会专家委员会、济南冶金化工设备有限公司联合提出了一种焦炉烟道气余热的多阶、梯级应用新方案。焦炉烟道气多阶、梯级热应用方案示意图见图2(以某150万t/a焦化装置为例)。焦炉烟道气通过加热焦炉蓄热室,初步利用其余热后,温度由800℃降至230℃,排出焦炉。然后分别将230℃焦炉烟道气作为热源,用于蒸氨、焦粉干燥和煤调湿过程。3利用网化度评价为了进一步比较图2中烟道气余热多阶、梯级的使用效果,清华大学化工系、中国炼焦协会专家委员会、济南冶金化工设备有限公司联合提出利用网化度来进行评价。3.1其他替代性行为网化生产或网化集成过程的结果是实现系统或流程的节能与减排,其措施是实现过程废弃资源或能源的二次利用,其表现形式是流程中流股的一次或多次相交。为了快速、定性评价流程网化生产的状况,定义一个易于计算的参数:网化数=特定子流程、生产线中二次利用资源或能源的次数=特定流程图中流股的相交次数(1)所谓特定子流程是指网化利用均针对某种一次资源或能源的替代性行为,如化产废料生产型煤是利用化产废料替代部分原煤,从流程上看是化产废料流股与原料流股发生了一次相交,即其网化数为1;焦粉湿磨配煤的目的仍然是替代部分焦煤,即焦粉流股与焦煤流股发生了一次相交,其网化数亦为1。烟道气分解酚钠盐目的是为了替代焦化辅料硫酸,即烟道气流股与硫酸流股发生了相交,其网化数为1。干熄焦发电的作用是替代部分焦化系统外部电力供给,其实质相当于红焦流股与一次输入电能流股发生了相交,即网化数为1。烟道气煤调湿的最显著作用是降低了焦炉加热量,可以理解为利用烟道气的热量替代了焦炉供热量,相当于烟道气流股,对于焦炉一次能源,即供热流股发生了相交,其网化数亦为1。子系统中,如果有多种网化利用的情况或流程图中有多个流股的相交点,则子系统的网化数就等于这些相交点的个数之和。对于由若干个子流程构成的整体流程,其网化数等于各子系统网化数之和。流程的网化数越高,其过程中间资源和能源的二次利用率越高。传统的焦化流程其网化数在2~5,近年来采用先进网化理念设计、引入大量网化技术的新型焦化流程,其网化数可达到10~20。3.2网化过程的网化度附加网化数可反映过程过剩能质二次使用的数量,但不能从效果上评价一次能源和资源的替代或节省状况。因此,为了衡量网化过程的效果,特定义网化度为:折标量是为了方便统一比较,将网化利用的二次资源或二次能源量折算成标准煤的数值;1t焦炭的折标量为0.9714tce。网化度可以评价某个子流程网化过程的节能或节省资源的效果,也可以将多个网化过程的网化度累加,评价整体流程的网化效果。例如对于年产焦炭100万t的装置,剩余氨水萃取,粗酚年产量约320t,如果全部用烟道气替换硫酸分解酚钠盐,可替代硫酸200t,约折焦煤106t,则烟道气分解酚钠盐的网化度约为0.01%。根据上述网化度的定义,对烟道气直接排放、烟道气产生蒸汽方式、烟道气用于煤调湿方式和烟道气多阶、梯级热利用情况进行计算,结果列于表1。由网化度的定义可知,网化度可反映流程或系统内部资源和能源的使用情况。网化度越大,流程二次资源和能源综合利用越充分,过程价值越高。由表1计算结果可以看出,采用烟道气直接排放、烟道气产生蒸汽、烟道气煤调湿及多阶、梯级热利用流程的网化度分别为2.82%、3.30%、3.40%和3.56%,采用多阶、梯级利用的烟道气流程比烟道气直接排放、烟道气产生蒸汽和烟道气煤调湿的网化度分别高26.2%、9.2%和4.7%。说明采用多阶、梯级热利用的方式,烟道气能源的二次利用程度将得到显著的提高。4烟道气余热回收利用方法4.1现有焦炉烟道气的余热利用方式效果不佳,烟道气的利用效率较低,亟待改进。4.2焦炉烟道气多阶、梯级热利用模式,