焦炉上升管余热回收的应用及运行效果.docx

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1、焦炉上升管余热回收的应用及运行效果目录目录1摘要1前言21 .国内荒煤气余热回收技术31.1. 设备部分31.2. 自动控制部分31.3. 设备设计41.3. 1.材质选取41.4. 2.结构设计41.5. 自动控制系统42 .焦炉上升管余热回收利用系统的结构组成43 .焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行51. 1.蒸发器的有效配置53. 2.完善蒸发器的材质和结构54. 3.应用蒸发器自动测温报警系统64 .结语6参考文献：6摘要焦炉荒煤气的产生会吸收掉大量的热量，约占其总释放热量的36%左右，与红焦显热所吸收的热量较为接近。现阶段，焦化技术是通过将低压氨水施洒在荒煤气表面的方法来针对荒

2、煤气进行降温处理，而这种方式则可能会导致大量热能的浪费现象，所以针对这一现象进行改进，并将热能实现回收利用则是之至关重要的。而上升管余热回收利用系统则能够很好地实现这一点，将荒煤气显热进行回收利用，提高能源利用率。本文主要阐述了上升管余热回收利用系统的结构，并分析了该系统的应用及运行实践。关键词：焦炉上升管；余热回收；系统设计；运行效果1刖百焦炉荒煤气余热的回收和利用一直以来都是焦炉炼焦过程中对于能源利用方面所重黠关注的问题。当前，绝大多数焦化厂都会利用循环氨水来对荒煤气进行降温，氨水会将荒煤气表面热量进行吸收以及进行蒸发，达到散热的效果,但这种方式却不利于荒煤气余热的回收和利用。通过运用焦炉

3、上升管余热回收利用系统，不仅能够利用除氧水来针对荒煤气进行降温，同时在除氧水吸收热量后转变为蒸汽，又能为能源的回收利用提供便利。我国是钢铁生产和消费第一大国，2015年产钢9亿吨。钢铁材料本质上是铁一碳合金，化石燃料碳是钢铁生产最主要和必不可少的燃料、还原剂。焦炭是高炉中热量、支架及还原剂的主要来源，焦炭生产成为钢铁生产的基础，是钢铁工业过程能量流、物质流的主要载体。在钢铁产业发展的拉动下，2015年我国共生产4.48亿吨焦炭，是世界炼焦生产的强国。炼焦生产是高能耗、高污染行业，面临着二氧化碳排放的巨大压力，焦化工序的二氧化碳排放量约占钢铁联合企业排放的24%。因此，如何发挥流程产业优势，破解

4、制约瓶颈，追求系统能效、工序能质转换的综合价值，提高工序热效率，减少碳排放，是当务之急，也对降低整个钢铁行业的碳排放具有十分重要作用。碳素流是影响钢铁性能的基础元素，其节能降耗潜力也是巨大的。从焦炭生产工艺过程中热量的损失分布来看，9501050C炽热红焦带出的显热（高温余热）占焦炉支出热的37%； 700900焦炉荒煤气带出热（中温余热）占焦炉支出热的36%； 180230焦炉烟道废气带出热（低温余热）占焦炉支出热的17%；炉体表面热损失占焦炉支出热的10%。在占焦炉支出热最多的两项中，对红焦带出的显热，目前已有成熟可靠的干熄焦装置回收并发电，而对荒煤气带出的显热，虽然从上世纪70年代末期，

5、国内就开始进行该方面的试验研究，发展至今，仍未形成成熟、可靠、有效的技术，工业化实际应用更是凤毛麟角。目前焦化工艺中，为冷却高温荒煤气，仍然是采用喷洒大量7075C的循环氨水，来降低荒煤气温度。而高温荒煤气带出热因循环氨水的大量蒸发而浪费。这样不仅浪费了荒煤气热能，而且还增加了水、电的宝贵资源和能源的消耗和环境污染。从炭化室经上升管逸出的750c900C荒煤气带出热占焦炉总热量3638%。为了冷却高温的荒煤气必须喷洒大量7075C循环氨水，高温荒煤气因循环氨水的大量蒸发而被冷却至8285,再经初冷器冷却至2235,荒煤气带出热量被白白浪费。1 .国内荒煤气余热回收技术1.1. 设备部分过去国内

6、的大部分焦炉荒煤气余热回收研究主要采用“焦炉上升管汽化冷却装置”,吸收荒煤气所携带的热量产生蒸汽，实现热能的回收利用。国内该技术的研发已有很长时间，但在吸热介质、热交换装置材料、系统安全稳定性、运行成本、操作维护等方面存在一系列问题，一直未能够实现长期稳定可靠的工业化应用。直接在内筒外加水夹套，传热面积为水夹套包裹的内筒表面积，热量直接由内筒传递加热水。其优点是结构简单，成本低。水夹套与内筒连接部位容易被产生的热应力拉开产生渗漏；不能憋压；内筒若衬耐火砖，则热传导率低，若不衬耐火砖，则内筒易烧蚀且内壁易结焦，降低热传导。换热器虽结构不同，但都存在相同的问题：不耐压、易渗漏、导热差、易结焦以及寿

7、命短。1.2. 自动控制部分为数不多的国内已建成的上升管余热回收系统大多采用人工控制，操作繁琐且安全性不能保证。其余采用自动控制，但控制点主要为总管控制，并未实现对单根上升管换热器进行控制，一旦控制系统瘫痪或故障，那么整个余热回收系统的控制将会失灵，存在安全隐患。1. 3.设备设计1.1.1. 材质选取为了避免内衬耐火砖所带来的传热系数低的问题，我们自行开发使用了一种耐高温耐腐蚀导热性能优异的合金材料作为换热器内壁材料。此外，内壁还涂有一层特殊纳米耐蚀导热材料，这种材料可以降低焦油的附着力，在系统异常导致结焦时可保证焦油不会大量聚集，具有自清洁特性。1.1.2. 结构设计在解决了耐火砖带来的传

8、热效率低的问题后，我们发现在实际运行过程中温度控制的灵敏度不够高，控制不够精确。因此，我们对设备结构进行了优化,在保证了控制精确的情况下再一次提升了传热效率。此结构我们已申请国家专利（专利号：2016202116524）。1.4. 自动控制系统我们在行业内率先实现了每根上升管换热器都能通过自动控制系统加以控制。但随后我们的研发团队意识到，虽然这种方法能够大量减少人工操作，也大大提高了系统可靠性，但在系统故障的情况下仍不能保证正常运转。因此我们针对控制系统进行了改进，可保证总系统故障的情况下不会影响到每根上升管换热器的运行，而在某根上升管换热器及其对应的自动控制部分故障的情况下，不会影响到总系统

9、的运行，进一步提升了系统安全性和可靠性。此套控制系统的设计我们已经申请国家专利（专利号：201620211651.X）o独有的设备与先进的控制系统组合既保证了换热效果，又保证了在恶劣工况条件下的安全经济运行，同时解决了同类技术在启停过程中条件变化引起的不适应性问题。可实现随时开停车以及正常工况条件下连续干烧至少60天，正真实现了焦炉荒煤气余热有效、安全、可靠的回收。2 .焦炉上升管余热回收利用系统的结构组成焦炉上升管余热回收利用系统的结构分为上升管换热设备、除氧器、除氧泵等，通过干熄焦除盐水来当作汽包进水，之后经过除氧泵将除盐水进行出样,随后将盐水输送到汽包，汽包中的水通过循环泵系统来输送到上

10、升管中，这时候换热器将会回收荒煤气显热，而生成的气体及液体将会送回汽包中，气爆棚中生成的饱和蒸汽再利用汽水分离器进行处理，以及送至蒸汽管网。上升管换热器内部以及外壁都设有保温系统，换热器利用并联的方式进行设计，分散在焦炉机中上升管附近的部位。而荒煤气的流向则为由下至上，进水也是由下至上，荒煤气流向与进水形成顺流换热。所有的换热器进水部位都要设计相关的控制阀，能够按照其运作的情况来进行换热器的切换操作。汽包的标准蒸发量为18t/h,能够按照焦炉的运作情况来进行调整，确保其能够在制定的设计参数中。为了能够提高汽包的热效率，汽包和上升管以及下降管中都需要进行保温，针对汽包本身而言，汽水混合物经过管座

11、输送到汽包,而在汽包中，汽水混合物则会由于挡板的限制而进行折流，这也方便稳定水位,并且帮助汽水进行分离。饱和蒸汽则通过汽包上访管座来引出汽包，为了能够获取干燥的饱和蒸汽，在出口管蒸汽空间设有汽水分离设备，用来将蒸汽中的水分进行分离。3 .焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行3.1. 蒸发器的有效配置以某炼铁总厂5#焦炉上升管余热回收利用系统为例，该焦炉共5组上升管蒸发器，并且在其下方都设计了除盐水进口，上方则设计预留了汽水出口，所有上升管都处于一种单独运作的状态，上升管蒸发器的独立更换也不会对焦炉的正常运作造成影响，确保所有上升管换热器进出水的平衡。同时也能够进一步平衡上升管进出口荒煤气的温

12、度差异性。上升管蒸发器设计一定的排污系统，定时进行排污能够很好地规避内部结垢等现象，进而对于水质的要求可以适当进行放低。该焦炉系统利用成本相对较小的软水来替换成本相对较高的除盐水，并且至今系统都较为稳定，未出现异常现象。3. 2.完善蒸发器的材质和结构在高温环境下，荒煤气中焦油很有可能会出现缩合结焦的现象，进而导致上升管的拥堵问题，不仅会减少热量传导系数，同时若情况较为严重，还可能会对焦炉的运作造成不利的影响，进而致使热回收无法长久运作。该焦炉经过修整后，通过配置新焦炉上升管余热回收装置，该装置的上升管蒸发器的结构为夹套型，并配备圆柱形荒煤气管道，管壁夹套为汽水通道，蒸发器材质为合金钢管。除此

13、之外，上升管换热器的内部利用相关的处理技术涂上一层保护层,该保护层利用抗修饰性以及抗腐蚀性较强的材质，能够有效避免上升管内部锈蚀结垢等问题。上升管换热器的外部录用不锈钢材料，能够充分顺应焦炉的运作情况，上升管换热器内部较为均匀，能够有效避免焦油的结焦现象。3. 3.应用蒸发器自动测温报警系统因为焦炉运作过程中，可能会由于种种原因导致一些突发现象，甚至是上升管蒸发器的破损等，一旦发生这类情况，炭化室则极易进水，造成严重的危害，严重的还有可能会引发蒸发器的爆炸，造成大量人员伤亡。为了能够有效避免安全事故的发生，保证焦炉的云顶运作，该厂在每个焦炉中的上升管中都配备热电阻，持续针对这些上升管的温度进行

14、监控，若上升管蒸发器出现拥堵等异常现象，那么能够检测出蒸发器的实时温度，若其中的温度超出预定的警报线，那么报警系统则会直接发动警报。按照温度的变化规律来分析蒸发器的运作情况，为焦炉上升管余热回收利用系统的运作提供安全保障，在发生异常时，及时提醒工作人员进行检查和采取应急措施，进而避免蒸发器进水以及各种因素所造成的安全问题。4.结语综上所述，随着上升管余热回收利用系统的不断实践与改进，如今这项技术已经较为完善，并且在运用能源过程中，还可以生成一些其他的经济效益。所以，在焦炉荒煤气余热回收利用方面，该系统也能够充分发挥其作用，为焦炉稳定生产提供保障的同时也避免了能源浪费等现象，为其可持续发展提供条件。参考文献：马永林.焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果河北企业,2017(07)： 198-199.2屈克林，蒋玄，马云.焦炉上升管余热利用系统运行实践J.安徽冶金科技职业学院学报,2018, 28(03)： 53-55.第7页共7页