王瑞良  安占來   許寶先

（河鋼邯鋼環保能源部 河北邯鄲 056015）

摘要:焦爐荒煤氣帶走的熱量占焦爐總輸出熱量的36%，僅次于紅焦顯熱所占的37%。目前焦化工藝是依靠噴灑低壓氨水對荒煤氣進行冷卻降溫，造成了荒煤氣大量顯熱的白白浪費。本文介紹一種較為有效和可靠的上升管余熱回收工藝裝置，可較好地回收荒煤氣顯熱生產低壓飽和蒸汽，節約能源。

關鍵詞：荒煤氣顯熱；余熱回收；飽和蒸汽  

1  概述

焦爐連續生產過程中產生的荒煤氣溫度平均在750℃左右，其帶走的熱量占焦爐總輸出熱量的36%，僅次于紅焦顯熱所占的37%。目前國內大部分焦化廠并沒有對荒煤氣熱能利用采取有效的技術手段，長久以來還是依靠噴灑低壓氨水對荒煤氣進行冷卻降溫，造成了荒煤氣大量顯熱的白白浪費，所以有效回收荒煤氣顯熱是焦化行業共同面臨的現實課題，同時也是實現焦化資源合理利用、節能創效的有效途徑。

國內曾經研發和嘗試過的上升管余熱回收技術有導熱油夾套管、熱管、鍋爐、特殊水套管和半導體溫差發電技術等，其中特殊結構水套管回收荒煤氣熱量技術作為一種較為有效和可靠的上升管余熱回收技術，受到較大的關注，其優勢在于：

1、采用納米導熱層，可以有效避免筒壁大面積結焦石墨。

2、采用耐磨耐腐蝕合金材料，減緩設備燒損腐蝕程度，延長其使用壽命。

3、無縫鋼管形式的金屬導熱體保證了無水滲漏。

4、特殊結構水套管保證換熱效果的穩定可靠。

5、納米保溫層提高了熱交換效率，同時降低了環境溫度。

6、可以實現根據用戶需要產生相應的過熱蒸汽。

邯鋼焦化廠5#、6#爐為45孔6m焦爐，年產荒煤氣約1600萬立方米，目前兩座焦爐90根上升管全部改為水套管上升管換熱器，吸收上升管荒煤氣的余熱，產生飽和蒸汽（壓力0.8MPa，溫度175℃）供焦化生產使用，荒煤氣經上升管換熱后，溫度由700℃降至450—500℃，之后再由低壓氨水冷卻降溫至70℃左右。

2  項目簡介

2.1概況

該焦爐荒煤氣水套管余熱利用技術設計有汽包、給水泵、強制循環泵、上升管換熱器、鋼支架、進出水管以及電儀設備等設施。利用送2#干熄焦除鹽水作為汽包進水，通過除氧泵把除鹽水經除氧器、汽包給水泵送入汽包，汽包內的水由強制循環泵壓入上升管換熱器吸收高溫荒煤氣（約850℃）的熱能，汽水混合物再返回汽包，汽包內產生的飽和蒸汽通過汽水分離器分離后并入焦化廠現有蒸汽管網。

2.2  工藝流程

本系統采用水—蒸汽—水封閉循環,原料為干熄焦除氧水或除鹽水，通過利用上升管換熱器及配套系統，吸收荒煤氣的顯熱產生0.6～0.8MPa（表壓）的飽和蒸汽來進行蒸汽并網。工藝流程為：將從干熄焦除氧器后送來的除氧水（或從除鹽水槽送來的除鹽水）由除氧泵送至除氧器進行除氧處理，然后經過補水泵送入緩沖水槽，再經給水泵送到汽包，之后通過強制循環泵進入5、6#焦爐90組上升管換熱裝置。通過換熱裝置利用焦爐荒煤氣顯熱加熱循環水，由上升管換熱后產生的汽水混合物返回汽包進行汽水分離，蒸汽直接并入焦化現有低壓蒸汽管網，冷凝液則通過熱水循環泵返回焦爐上升管循環使用，具體工藝流程圖間圖1。

圖1 上升管余熱回收工藝流程圖

2.3、原始設計參數

2.4  方案實施要點

2.4.1  上升管漏水問題的解決措施

1、整個換熱器為一個整體結構的無縫鋼管，內筒內壁為納米導熱層，導熱層耐磨耐熱，是防止漏水的第一層保護。

2、在納米導熱層的外側是耐磨耐腐耐高溫的合金材料，經過2600℃以上高溫熔化成型的一種無縫管結構型式，是防止漏水的第二層保護。

3、在合金材料層的外側是金屬導熱體材料，也就是無縫鋼管，是防止漏水的第三層保護。

4、水-汽換熱在封閉空間內進行，封閉空間在上升管內筒外側，經過三層保護，水汽不會滲漏至炭化室。

2.4.2  上升管內筒結焦問題的預防和處理

1、新上升管換熱器的內壁采用耐高溫進口納米導熱材料，耐熱溫度為1800℃，經過500℃的高溫后內表面形成均勻光滑而又堅固的釉面，無死角，不易造成結焦，即使結焦也不易附著，易于清除。

2、通過進水流量的控制，一定程度上控制了上升管的進出口溫度差，從而盡可能的減少了內壁的結焦。

3、合理的換熱型式選擇和設計，合理的導熱系數的選擇，出口荒煤氣溫度的合理控制（不低于450℃）減緩石墨的形成、焦油及其他成分的附積。

4、加裝空氣助燃系統，一旦結焦通入高壓空氣，利用高壓產生高速離心旋轉，松動結焦層并利用高溫將結焦燃燒掉。

2.4.3  上升管換熱器材質的選擇

1、新型的耐高溫耐磨合金材料：通過對傳統材料的生產工藝和配方進行改良，從而解決了在正常運行工況下必須面對的問題：高溫、溫度變化區間大、腐蝕（氧化、還原、H2S等）。充分利用了特殊材料的耐磨和耐高溫性，又利用了鋼管的強度，二者有機結合。

2、納米導熱材料的選擇最大限度合理的調節了換熱效果。

3、納米保溫材料的選擇最大限度的保護了熱量不外散，使得換熱在有限的封閉空間進行，同時降低了環境溫度。

4、換熱器外壁采用抗氧化和腐蝕的不銹鋼材質，最大程度的適應了焦爐的運行環境。

2.4.4  換熱效果的加強 換熱效果的加強

1、換熱器內部通過科學的結構排列以及合理換熱材料的選擇，最大程度的獲取換熱效果，特別是納米導熱材料的應用，很好的調節了換熱器的導熱系數。

2、通過強制循環泵，大流量低揚程，充分保證了每個上升管換熱器的進水相對平均。

3、通過對上升管換熱器的進水管路進行合理梯級管徑配置，再一步保證了每個上升管換熱器的進水出水相對平均。

4、特殊的隔熱保溫納米技術材料，確保了換熱效果和降低了環境溫度。

3  技術參數

3.1  系統設計參數

3.2  汽包容量及主要參數

4  效果分析

（1）余熱蒸汽

按噸焦產飽和蒸汽按100kg計算，每年可產0.8MPa、175℃飽和蒸汽90萬噸，創效約10000萬元；同時降低焦化工序能耗10kgce。

（2）節省氨水用量

采用此技術后可以節省氨水用量15—20%，每年減少氨水系統電費20萬元。

5  結論

特殊結構水套管回收荒煤氣熱量技術作為一種較為有效和可靠的荒煤氣顯熱回收技術，是焦爐荒煤氣顯熱回收利用的大膽嘗試和技術突破，具有較強的示范意義。