炼焦技术交流:恒壁温焦炉上升管荒煤气余热回收技术应用

发布时间:2018-09-07 20:05        

摘要

文章介绍恒壁温焦炉上升管荒煤气余热回收技术特点为用户焦炉上升管荒煤气余热回收提供一种安全可靠的解决方案。


 炼焦工业是耗能大户工序能耗约为110kgce/t。焦炉能量支出中焦炭显热占37%~39%, 废气带走热量为15%~21%, 荒煤气显热占32%~36%, 焦炉散热损失约占10%[1-2]。荒煤气作为炼焦主要副产物成分很复杂主要由净煤气、水蒸气、焦油和粗苯等组成,温度约850℃。传统工艺采用70~80℃循环氨水喷淋高温荒煤气直接急冷荒煤气中的高温热量被汽化的氨与水蒸气吸收后变成80~85℃低温热这些低温热随着荒煤气进入初冷器最终被循环水带走造成能源的大量浪费。同时由于循环水取热初冷器面积较大循环水耗量大。

    我国从70年代以来陆续有人采用汽化冷却夹套技术、热管换热技术和惰性气体取热技术等回收上升管余热但都因结焦、腐蚀泄漏及结垢等原因无法长期稳定运行。

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恒壁温焦炉上升管荒煤气余热回收技术特点

    相对于常规直接汽化冷却式焦炉上升管余热回收技术,该技术基于上升管荒煤气高温显热资源特点采用导热油作为换热媒介独创上升管余热回收装置恒壁温控制技术维持上升管内壁温度在500℃以上成功解决上升管荒煤气余热回收面临的挂焦油、泄漏、干烧三大难题确保工艺生产安全实现余热资源高效回收利用;该系统主要设备有上升管换热器、导热油蒸发器、导热油过热器、储油槽、膨胀罐、除氧器、除氧泵、给水泵、强制导热油循环泵以及钢支架、导热油管、进出水管以及电仪设备等设施。

       20174月该技术在徐州某煤气公司2×655.5m捣固焦炉上升管余热回收利用系统投运成功1.4~2.0MPa、约250℃过热蒸汽并入厂区管网。

1.1 主要系统流程

   系统包括荒煤气系统、汽水系统、热媒系统、氮封系统、排污系统、放空系统和控制系统系统设备包括主体设备、附属设备等。

荒煤气系统:来自炭化室的荒煤气(~800℃) →上升管取热装置 (更换原上升管) →集气管荒煤气管网。

汽水系统:常温化水化水箱除氧器及水箱导热油蒸发器导热油过热器用户主管网。

热媒系统:导热油由循环油泵输出上升管取热装置导热油过热器导热油蒸发器油汽分离器循环油泵完成一个循环。

1.2 主体设备

1.2.1 上升管取热装置

   上升管取热装置由内、中、外三部分组成:内层采用耐高温、耐磨损、抗腐蚀合金钢材料其内壁有特殊涂层能够耐受长时间干烧同时避免了高温硫腐蚀;中间层为导热油吸热层,设有合金钢材质导热油传热管导热油充分吸收从内层来的荒煤气热量通过强制循环最终将热量带出;外层为隔热和保护层通过合理的保温设计改善了原有上升管存在的表面温度过高的问题同时对中间层的换热核心部分进行结构保护。

   上升管取热装置采用特殊耐高温、无应力自由膨胀式取热结构没有任何热应力产生不存在热胀冷缩导致的局部应力;导热油传热管为无缝钢管整弯拼接而成制造过程中对接焊缝100%拍片探伤确保了设备的安全可靠。

1.2.2 导热油蒸发器

   导热油蒸发器为一用一备可随时切换便于单台设备的年检;导热油蒸发器主要由U型管束、壳体和管箱等组成导热油走管程壳程为水-饱和蒸汽利用高温导热油来加热给水使其汽化产生饱和蒸汽。

导热油蒸发器作为产生蒸汽的核心部件其制造工艺考虑了以下几个问题:U形换热管与管板在180~240MPa下胀接胀接完后试压无泄漏后再采用管口自动焊机;管板、折流板等均为精加工件避免了换热管的机械磨损导致使用中出现局部腐蚀;设备结构充分避免了设备氧腐蚀、碱脆、碱腐蚀和垢下腐蚀等。

1.2.3 导热油过热器

   导热油过热器主要由U型管束、壳体和管箱等组成导热油走管程壳程为饱和-过热蒸汽利用高温导热油加热蒸汽为过热蒸汽。

1.3 技术优势

   采用导热油作为传热介质所选导热油最高操作温度高达345℃, 导热油经上升管取热装置吸热升温后送至导热油过热器、导热油蒸发器与汽水系统换热降温后的导热油通过强制循环泵再回到上升管取热装置再次吸热实现密闭循环。相对于常规直接汽化冷却式焦炉上升管余热回收技术恒壁温焦炉上升管荒煤气余热回收技术在长期运行安全性、蒸汽品质方面具有如下优势:

      (1) 导热油最高操作温度高达345℃, 导热油过热器、导热油蒸发器等设备按 压力4.0MPa及以上设计制造因此可产3.82MPa300℃以下品质蒸汽蒸汽品质高用途更广泛;常规汽化冷却式焦炉上升管余热回收技术由于受上升管取热装置承压限制一般只产0.8MPa以下饱和蒸汽。

      (2) 无论产何种压力的蒸汽上升管取热装置内、外筒均为常压条件工作内筒仅承受荒煤气压力外筒工作压力为大气压上升管取热装置中导热油传热管的工作压力只需克服导热油循环阻力正常工作压力小于0.5MPa, 压力较低进一步降低了泄漏风险;常规汽化冷却式焦炉上升管余热回收技术上升管取热装置承压取决于汽包蒸汽压力。

      (3) 除可间接产高品质蒸汽外高温导热油可远距离输送直接用于煤调湿或蒸氨等焦化工序实现热量直接高效利用。

     (4) 不同于汽化冷却导热油在循环过程中始终稳定为液态不发生汽化不结垢不存在局部汽堵不会因受热不均发生管道爆裂;常规汽化冷却式焦炉上升管余热回收技术取热装置内污垢沉淀较多且单个取热装置无法实现在线排污影响设备长期运行的安全性。

     (5) 汽水排污集中在导热油过热器和导热油蒸发器内对给水水质要求低可采用软化水作为系统补给水水源;常规汽化冷却式焦炉上升管余热回收技术为减少取热装置内结垢对给水水质要求高必须采用除盐水。

      (6) 导热油的导热系数低约为水导热系数的15%~20%, 且其可操作温度高上升管取热装置干烧后无需降温或更换可立刻再次投入使用不会发生爆管。

      (7) 采用焦炉上升管壁面温度控制技术:可实时监控导热油的进油总管温度和回油总管温度通过油温调节阀自动控制上升管余热回收装置入口导热油温度可有效控制上升管内壁温度和荒煤气出口温度使其壁面温度维持在500℃以上有效防止荒煤气中焦油蒸汽结焦;而常规直接汽化冷却式焦炉上升管余热回收技术其换热介质温度为汽包压力饱和水温度随汽包压力波动而波动特别在启停炉过程中受影响较大。

      (8) 采用焦炉上升管取热装置多支路换热控制技术在导热油系统设置有油压控制阀通过调节油压控制阀开度达到均衡控制各上升管取热装置间热媒流量及合理取热。

1.4 主要技术指标

    采用导热油作为媒介取热特殊结构设计及独特的阻热保温技术结构安全可靠产品指标如下:

    平均蒸汽量约110kg/t;

    蒸汽压力≤3.82MPa;

    蒸汽温度≤300℃

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技术经济分析

   以100t/a焦化为例回收上升管荒煤气余热可产3.82MPa、约300℃参数以下过热蒸汽或饱和蒸汽约11t/a, 按照120/t的蒸汽价格计算每年营业收入1320万元年运行成本约150万元年税前直接利润总额约1170万元。

     焦炉上升管荒煤气显热回收对荒煤气的后续冷却及处理带来额外增效减少循环氨水循环量30%~35%, 减少煤气回收车间煤气初冷器热负荷30%~35%,减少煤气回收车间煤气初冷器冷却用循环水30%~35%,同时减少循环水系统电耗和补充水消耗具有良好的经济及社会效益。

结语

近几年国内焦炉上升管荒煤气余热回收利用进入实际应用进入快速发展期采用导热油作为媒介取热的恒壁温焦炉上升管荒煤气余热回收技术可降低焦化工序能耗约11kgce/t, 并在长期运行安全性、蒸汽品质和产汽品质指标等方面具有明显优势为焦化厂焦炉上升管余热回收提供了一种更高效、安全可靠的解决方案。

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(碧连天环保);

(万和环保);

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