焦炉烟道气余热利用的不足与改进

焦炉烟道气余热利用的不足与改进

徐捷

（武汉星宇建设工程监理公司湖北武汉430000）

【摘要】目前，焦炉能耗中通过烟道废气浪费掉的能量约占据总耗能的百分之九，焦炉烟道余热回收利用研究已成为提高焦炉能源利用率的一个重要研究方向。本文总结了目前余热回收装置运转中存在的问题，在此基础上，通过减少系统阻力、增加总烟道吸力和隔断废气循环等措施以解决现有装置的问题，最终将焦炉烟道废气的余热回收效果提高到一个新的水平。

【关键词】焦炉烟道；余热利用；回收装置；烟道吸力

【中图分类号】TQ520.6【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）22-0179-02

1.焦炉余热回收背景

目前，由焦炉烟道废气直接排放而浪费掉的能量巨大，占据焦炉总耗能的比重高达百分之九。我国是一个焦炉能耗极大的国家，就几年前的数据统计来分析可以看出，2011年我国年焦炭产量为4.28亿吨，以每千克2438.27千焦的炼焦耗热量和余热回收率为百分之五十来计算，仅2011年我国可以减少热量排放470GJ，可以减少约160万吨煤炭的使用，无论是从能源利用、环境保护，还是从经济效益、社会效益而言，做好焦炉余热回收利用都有着重要的作用。

高效可行的焦炉余热回收装置是提高焦炉能源利用率的重要手段，当前主流的焦炉余热回收应用有生产蒸汽、洗浴、取暖和煤炭调湿等技术。众多技术中生产蒸汽因其成熟的技术、低廉的成本和高效的余热回收效果而受到广泛的认可和应用。

就国内焦化工厂的发展历史和运转现状来看，很多焦化工厂因建厂时间周期长的特点烟道废气余热回收建设只能作为改造项目进行开展，并且项目开展过程中会受到施工场地、生产进程等众多实际问题的影响，如果对整个项目没有全面综合的考虑，很有可能会导致余热回收装置无法达到正常的设计标准，达不到应有的余热回收效果甚至根本无法正常运行。本文以具体焦化工厂为例，对装置设计存在的不足进行了分析并提出了改进的方案。

2.研究装置部署对象

本文的研究实例是老焦化工厂的三个JNX3-70-1型焦炉中的一个，该焦炉设有72孔炭化室并单独占用一根排气烟囱。其原有的余热回收装置采用如图1所示的工艺技术流程。焦炉产生的废气在通往总烟道翻板之前经钢烟道蝶阀1到达余热锅炉，在余热锅炉中对废气余热进行回收利用，完成加热工作并产生蒸汽，冷却后的废气经引风机和刚烟道蝶阀2通过烟囱排入大气中。在整个余热回收处理过程中，如果有相关的装置出现故障无法正常排气，则系统自动打开备用的总烟道翻板，关掉余热回收通道还原到改进之前的系统。

图1原焦炉废气余热回收处理工艺流程示意图

3.余热回收装置的不足和改进措施

经过对现有的余热回收装置进行测试实验和结果分析，我们发现了原装置在进行余热回收处理过程中存在的三方面问题，在此对发现的问题进行列举并给出了解决相应问题的具体措施。

3.1余热回收装置的系统阻力大

当针对焦炉烟道气的余热回收装置运转时，我们通过对烟道系统不同位置的压力进行测试发现整个系统的阻力很大，尤其是在废气从总烟道开孔处到进入余热回收通道这一阶段的压强差高达约250Pa。对这一现象，我们对原装置的管道结构和分布进行了分析研究，最终将系统阻力过大的原因归结为两个方面：其一，总烟道开孔面积偏小造成烟道气通道变小和废气转向引起阻力变大；其二，余热回收处理管道布置设有较多的弯头，管道的横截面积也不够大，烟道废气在流经这一段时的流速加大导致系统阻力变大。

针对以上原因造成的系统阻力过大的情况，可以采用这样的方案进行改进：首先，根据具体情况加大总烟道口的开孔面积，在此例中我们将开孔横截面积由2.7平方米增加一倍；其次，将方形管道的横截面积进一步加大以减少阻力，此例中我们将原方形管道横截面积由3.12平方米增加为4.8平方米；最后，尽量减去方形管道中的直角弯头以减少局部阻力，在此例中我们通过优化管道设计路径减去了两个直角弯头。经过这一系列的改进和装置实际运行测试，我们发现废气余热回收装置的进口处压强差已经降至约200Pa，成功将压强差减少了原来的五分之一。

3.2运转过程中烟道的吸力不够

焦炉烟道废气余热回收烟道运转时，测得的总烟道吸力压强值为245Pa，这一结果与高炉煤气加热所需的标准值330Pa相差很远，明显满足不了加热装置的吸力要求。影响吸力的系统阻力因素在上文中已经得到解决，另一个可能的因素就是引风机在运转过程中未达到相应的指标。经过对引风机的进一步的测试和分析发现，引风机的额定功率为220kW，而实际运用中电机的功率仅仅达到了192kW，没有可靠的功率输出自然达不到标准的吸力。

针对引风机吸力不足问题，我们将电机频率由原来的50Hz提高到52,2Hz，通过增加频率提高电机的转速，风机速度提高引起风机全压的增强，最终使得总烟道的吸力值达到313Pa，基本满足加热设计所需。

3.3部分已进行余热利用的废气循环进入烟道

以上发现的两个问题解决之后，总烟道的吸力值基本可以满足周转时长在21小时以上的焦炉生产需求，但是面对周转时间较短的焦炉生产，313Pa吸力就不能胜任了。为了能够满足更短周转时间下焦炉的正常运转，我们对装置进行了进一步细致的检查，最终发现旧的总烟道翻板与衬砖之间存在较大的缝隙，其最宽的弧形空袭可达53mm，当余热回收通道打开并运行时，烟囱中已经处理过的部分废气由于压强的作用会经此空隙被再次吸入余热回收装置，对周转时间较长的烟道吸力造成不利的影响。

为解决废气循环问题，我们在总烟道上增加了一个重锤式的插板阀，此装置可以与烟道余热回收装置联合控制，在余热回收处理正常运行时实现总烟道完全隔断，避免废气的循环导致的吸力下降情况；在余热回收装置发生突发故障时能够自动打开插板，将废弃顺利排出。这一措施可以将烟道的吸力增加30Pa，足以满足更高的吸力要求。

4.总结

在“节能减排”的号召下，焦炉废气余热回收越发受到重视。本文以工厂的废气余热利用实际改造为例，从焦炉烟道的横截面积改进、引风机调节、总烟道吸力控制三方面发现并解决了问题，实现了原有装置基础上的废气余热回收。

参考文献

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[2]王志强.焦炉烟道废气余热回收项目改造实践及效益分析[J].科技创新与生产力，2015(03).

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[4]杨洪海,徐庆阳.焦炉烟道废气余热的利用[J].煤气与热力，2009(01).

作者简介：徐捷（1967年11月）男湖北武汉人工程师工程管理钢结构专业.