上升管余热回收技术研究与开发

安徽工业大学能源与环境研究所上升管余热回收技术研究与开发交流内容一、研究背景二、不粘涂层的试验研究三、单管试验方案四、工业试验方案五、效益分析六、结论一研究背景钢铁工业能耗巨大，占13%，4亿吨标煤以上；节能取得重大进展，TRT,CDQ,CCPP,CMC,SHR；能源浪费巨大，余热利用率40-50%；重点余热浪费：高炉渣、转炉渣、荒煤气；荒煤气显热：焦炉单元热流平衡见下图；从图可见，荒煤气能量约1.5GJ/t焦，接近CDQ红焦红焦的显热：CDQ目前可发电120kw/t焦。一研究背景一研究背景关键问题：由于荒煤气包含各类焦油成分，其沸点主要分布在200℃-350℃，所以产生粘度较高的液体紧紧地粘接在换热器表面从而导致下列问题：1）粘接2）结焦

生产工况不稳定更加恶化的上述问题。一研究背景

安徽工业大学提出一种新型焦炉荒煤气余热回收利用技术。该技术将纳米非浸润不粘涂层和热管换热技术相结合，加工制成不粘热管换热器，有效解决荒煤气中焦油析出和粘接问题。

其核心内容是:纳米非浸润不粘涂层配方和涂层加工工艺;确定上升管余热回收工业方案。二不粘涂层的试验研究不粘涂料的选择涂料一般由基料、颜料、填料、助剂等构成。

本研究基于碳-烯纳米颗粒的涂料研究，这是由于：高度的化学稳定广泛的使用温度范围突出的不粘特性优异的电绝缘性能优异的耐老化性能和抗辐射性极好的热稳定性。二不粘涂层的试验研究

颜料在涂料中加入颜料，可以提供防锈、着色和遮盖的作用。颜料能降低涂膜的渗透性，保护涂膜免受紫外线和气候的影响，增强涂膜的力学性能。除了可以提供面漆所期望的光泽和颜色，还能控制光泽，因为不同大小颗粒的颜料可对光泽有着很大影响。增加颜料的尺寸也可增强对现有涂层的附着力。二不粘涂层的试验研究

填料填料的应用是为了增加涂料体积，起到填充作用，降低涂料成本。随着涂料技术的发展，填料还可以提高涂料各方面的性能，在漆膜中，填料用来改善涂料的流平性、不渗透性、光泽度等，也起着改善涂膜的力学性能作用，填料可以有效地提高钛白粉的遮盖力，增加涂料的固体分含量，降低涂料的VOC值。二不粘涂层的试验研究

其它助剂流平剂---其作用主要是改善涂层的平整性，包括防止缩孔，防止橘皮及流挂性等。增稠剂---使涂料形成触变型流体或分散体，防止涂料在贮存过程中的沉淀和聚集，防止在涂装过程中产生流挂。表面活性剂---主要应用于水性涂料的颜料润湿，它和颜料的分散剂协同作用，提高颜料的分散效果。颜料分散剂---作用机理是改变固体颜料与液体边界相和固体与气体之间的表面张力，也使颜料在分散过程中表面性和能量发生变化。二不粘涂层的试验研究试验目的1、研究不粘涂料配方；2、研究不粘涂料的制作工艺；3、研究涂层加工工艺；4、建立不粘性能评价指标。二不粘涂层的试验研究主要原材料和试剂（不限于此）

碳-烯材料，纳米级；

颜料，800目；

二硫化钼，300目；

改性树脂；

二甲基甲酰胺；

乙醇；

改性硅树脂；

分散防沉剂。二不粘涂层的试验研究

主要设备

球磨机，1台；

喷枪，1把；

高速搅拌机，1台；

高温烧结炉，1台；

万用电炉，1台；

气泵，1台；

红外照相机，1台。二不粘涂层的试验研究主要设备二不粘涂层的试验研究主要设备二不粘涂层的试验研究加工涂层二不粘涂层的试验研究

指标评价项目指标评价标准厚度，um20-30GB13452.2-2008附着力，级2GB1720-79柔韧性，mm1GB1731-79硬度，铅笔硬度＞2HGB/T6739-2006耐磨性10000米布推磨不露底金属GB10154-88耐热性，℃300℃±20，连续工作500小时GB/T1735-1979耐腐蚀性，级5GB6461-2002二不粘涂层的试验研究

焦油浇流试验二不粘涂层的试验研究二不粘涂层的试验研究试验分析经过大量配方实验，发现三种结果较好，并且制作出三类配方涂层，深绿、草绿和黑色；然后我们把焦油加热到200℃，见上图；同时把四根管子加热到200℃，其中三根是表面固化非侵润涂层，一根是普通沙打无缝钢管，在图中呈白亮色。

结果表明：草绿色管效果最好，一点也不粘结，浇到上面的焦油马上自流而下。其次是深绿色的，再次是黑色的，最次是普通无缝管。普通管几乎全部粘接上，进而证明目前钢厂实验总是粘结堵塞是在所难免的。三单管试验研究试验目的在工业生产工况下进行实验，考察管壁表面在实际工况下的粘接现象和磨损现象。其目的在于：严格控制管壁温度；防止纳米涂层老化；稳定蒸汽压力；最终实现发电。三单管试验研究试验内容设计和制作不粘膜层管与荒煤气的换热试验装置；测量实际生产条件下荒煤气温度参数等随时间的变化；考察在实际工况条件和恒定冷却温度条件下，热管不粘膜层特性，包括表面温度、不粘性能、使用寿命等参数变化。三单管试验研究试验系统试验系统功能（1）可以连续、稳定、自动测量热管壁面温度变化和荒煤气温度变化；（2）可根据热管壁面温度调控冷却风量，稳定热管壁面温度。试验装置的设计本试验主要研究和考察在恒定温度下热管不粘膜层的特性。试验对象拟定在某钢6m焦炉，桥管的尺寸为φ400mm。本试验系统包括：水-碳钢热管、外套管、冷却风管、变频风机、电磁流量计、热电偶、温控仪、电脑、在线采集器等。三单管试验研究测试内容温度测定利用热电偶测量上升管表面温度、桥管表面温度、热管表面温度、荒煤气温度、换热风温的变化。风量测量。测量试验过程中风量的变化。观察膜层变化一个试验周期后，测量热管增重情况，观察热管表面膜层的变化情况，利用红外光谱分析不粘膜层的成分。三单管试验研究三单管试验研究试验装置示意图四工业试验方案

工艺流程700-750℃的荒煤气通过上升管进入不粘热管换热器，通过对流换热和导热将蒸发段中的换热工质加热汽化，工质汽化后进入热管冷凝段，通过与汽包中的汽水混合物发生沸腾换热，将汽包中的蒸汽加热到180-200℃，送入管网，热管中的换热工质经过冷却变成液体沿热管的内壁面流回蒸发段。荒煤气经过换热器后温度降到240-280℃，通过喷入氨水降温处理后进入集气管。在换热降温过程中，荒煤气中的焦油析出并在不粘膜层表面形成焦油液滴，通过流道进入集气管内。在热管换热器前端设置氨水喷嘴，在装煤期间，启动氨水喷嘴，对换热器内前端的热管进行冲刷和清洗，将部分粘接的焦油和煤粉冲洗干净。四工业试验方案工艺流程示意图四工业试验方案技术特点采用纳米非浸润不粘膜层进行换热，解决了荒煤气冷却过程中产生的焦油粘接问题；采用热管技术进行换热，既保证了换热过程的高效、稳定和连续，又保证了换热表面温度，防止高温破坏不粘膜层；可以将荒煤气温度降到250℃以下，充分回收荒煤气中的有效显热；采用前置喷嘴和后置喷嘴设计，可以有效清除粘接在壁面的粉尘和焦油，壁面换热通道堵塞，同时保证进入集气管及化产工艺的稳定；采用底部倾角设计，可以保证焦油液滴顺利流入集气管，而不用增加额外动力。四工业试验方案根据物料平衡和热量平衡，按照荒煤气入口温度750℃，出口温度250℃计算，预计可以回收利用的热量为441770.5kJ/t干煤。五经济效益分析对于焦化企业，把荒煤气温度从750度降低到250度，采用新型纳米换热管焦炉荒煤气余热回收技术，可取的下经济效益：回收热量。根据测算，吨干煤可以回收余热热量441770.5kJ，折合标准煤15kg，相当于经济效益12元/t干煤；减少焦化废水产生量。由于荒煤气出口温度降低，氨水喷量将减少50%左右，按照现在废水处理成本8元/t干煤计算，可以降低处理成本4元/t干煤；对