焦炉荒煤气余热回收技术应用与实践

焦炉荒煤气余热回收技术应用与实践

周庆彬  倪耿

新疆八一钢铁股份有限公司能源环保部

摘要:根据我国节能减排政策，节能钢铁焦化行业能效标杆创建，推进实施焦炉上升管余热回收的先进与必要性,实现节能环保降本增效论述。

关键词:余热回收;上升管;余热利用;节能;荒煤气

Xinjiang Bayi Iron and Steel Co., LTD Application and practice of waste heat recovery technology of coke oven waste gas

Zhou Qingbin  Ni Geng

Xinjiang Bayi Iron and Steel Co., Ltd. Energy and Environmental Protection Department

Abstract: According to China's energy conservation and emission reduction policy, the energy saving iron and steel coking industry energy efficiency benchmark creation, promote the implementation of coke oven rising tube waste heat recovery advanced and necessity, to achieve energy conservation, environmental protection, cost reduction and efficiency improvement.

Key words: waste heat recovery; rising pipe; waste heat utilization; energy saving; waste gas

新疆八一钢铁股份有限公司炼铁厂焦化分厂现有两组4座焦炉，分两期建成投产，一期A1A2焦炉（西侧）为2×55孔6米顶装焦炉，于2007年建成投运；二期B1B2焦炉（东侧）为2×55孔6米顶装焦炉，于2008年建成投运；四座焦炉配一套化产设施于2008年建成投运。近年来随着节能新技术的不断发展,合理利用焦炉上升管荒煤气的显热，降低荒煤气的温度，有利于提高化产品的产量和收得率，通过上升管余热回收，可提高焦化余热回收总量，上升管低品质蒸汽用于焦化化产冷却系统的蒸汽需求，降低干熄焦及燃气锅炉高品质蒸汽负荷，提高企业自发电量，同时降低炼焦工序能耗及焦炭加工成本。经过八钢公司前期研究和方案论证，决定进行上升管改造，该项目于2023年10月系统正式投产运行，目前该系统整体运行平稳，节能增效效果明显！

一、背景与意义

焦炉荒煤气上升管在炼焦过程中，在焦炭炭化过程中，炭化室产出大量的高温荒煤气，经过上升管、桥管、集气管集合后送入化产系统，焦炉荒煤气（800℃）的显热约占焦炉支出热的35％左右，没有得到有效回收，对于荒煤气的冷却，仍沿用传统冷却工艺，在焦炉桥管部位向高温荒煤气喷洒循环氨水，使荒煤气降温至~80℃后进入煤气初冷器，因荒煤气产量大、上升管出口温度高，该工艺流程不仅浪费了大量的荒煤气显热，同时需要大量的循环冷却水和冷却电力，导致能源浪费，因此对焦炉荒煤气上升管余热进行回收与利用，具有重大的经济价值和环保意义。

二、上升管技术对比

从上升管遵循“成熟、可靠、实用、先进”及“绿色”、“智慧“创新”、“成本”的设计原则考虑，国内采用多种换热技术来回收焦炉上升管内荒煤气的余热。分别从取热介质、结构形式、系统原理和优缺点等方面，对目前国内外换热式上升管进行对比分析：

通过比较分析发现，结合新疆地理环境焦炉上升管气化冷却技术在新疆的干燥气候有助于焦炉上升管中热气的快速散逸，提高了冷却效率，结合焦炉在新疆生产环境，上升管余热蒸汽冬季也可用于采暖，夏季用于化产制冷，余热蒸汽应用多样化，同时新疆地区丰富的煤炭资源为焦炉提供了稳定、高质量的原料，保证了气化冷却过程的顺利进行，因此，焦炉上升管气化冷却技术与新疆地理环境优势的结合，不仅提升了能源利用效率，也为节能减排以及焦炉工序能效达标杆作出了有力的贡献。

三、工艺流程简介

上升管余热回收系统包含水泵、汽包、上升管换热器等设施，需要一定的布置位置，A1A2焦炉设一套余热回收系统，B1B2焦炉设一套余热回收系统，两套系统独立运行，其中任一系统停修时相互不影响，在干熄焦辅机间内设汽包给水泵，两用两备，分别送东西两组汽包内，同时在辅机间内设置一套加药装置。

实施上升管余热回收，除氧水从干熄焦除氧器出水总管接出，汽包给水泵设置在干熄焦辅机室内，水温约95℃，将除氧水直接泵入汽包。汽包内的热水经强制循环泵送到焦炉顶部上升管换热器，热水受热产生汽水混合物，再返回汽包内汽水分离产生蒸汽，送入管网，剩余热水继续循环加热。

四、系统项目主要内容

八钢焦炉上升管荒煤气余热利用工程新建220套上升管布置在4座焦炉上，每20套上升管设置一组给水、回收母管，给水管道设有流量、压力、温度等就地及远传仪表，调节回路为三冲量模式，将能环部供应除盐水作为汽包进水,经干熄焦的氧器除氧后，给水经电动调节阀组(一备一用)送至两台汽包的给水接口，汽包设置在辅助间框架平台顶部，采用大容积汽包，增加系统水容量，水系统冗余设计，防止给水短时中断，汽包采用定压运行，工质温度稳定;两个汽包间设有水平衡管，共用水位调节回路，框架平台顶部设紧身封闭，汽包给水泵送入汽包,汽包内的水由强制循环泵压入上升管换热器吸收高温荒煤气(800℃)的热能,汽水混合物再返回汽包，汽包内产生的饱和蒸汽通过汽水分离器分离后并入焦化厂现有蒸汽管网。

220组上升管换热器焦炉上升管换热器由内、中、外三部分组成,内层为耐高温抗腐蚀材质,最大程度避免了在正常运行环境下产生焦油存积和积碳的现象。中间层为换热交换层,高温烟气与除氧水在这部分进行充分的热交换,既利用了上升管的余热,又保证了利用余热后的荒煤气温度不致降低过快而造成煤焦油的凝结和积碳的产生,换热管道为合金材质。外层为气凝胶新型隔热和保护层,通过新型保温材料的运用,改善了原有上升管表面温度高、保温材料不耐用的现象,同时对中间层的换热核心部分进行保护。

五、项目效益

2023年10月4座焦炉建设了上升管余热回收利用装置,上升管余热回收利用系统所产蒸汽并入八钢0.6~0.8MPa低压蒸汽管网供用户使用。

经济效益：

项目投运后，外送蒸汽夏季用于化产制冷机制冷，冬季用于厂区供暖，回收饱和蒸汽16.5万吨/a，蒸汽价格101元/t，经济效益产生1666.5万元/a，

节能减排效益：本工程年回收蒸汽折合标煤1.65万吨标准煤，二氧化碳减排5.08万吨。

整个工程采用合同能源管理模式投资分享总额7042.3万元万元 ，年创效1666.5万元，投资回收期4.2年。

六、推广价值

根据八一钢铁焦炉上升管余热回收利用的经验，优点非常明显，首先降低荒煤气显热，减少循环氨水喷洒后的温度，间接节省氨水循环用能；其次产生蒸汽外送管网，产生直接经济效益；减少焦炉煤气的使用和烟气排放不达标等问题。根据其投资回收的比例，项目推广价值很高，八钢两基地四座焦炉上升管也准备利用此方案进行改造，并于2024年立项改造。

参考文献

  [1]  何志明,刘安.  某焦化厂上升管余热环保改造研究    [J].  山西冶金,  2022,  45  (03):  165-166+191.  DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2022.03.067.

  [2]  唐炜,凌智勇,蒋丽荣.  柳钢6m焦炉上升管余热回收利用实践    [J].  冶金能源,  2021,  40  (02):  45-47. 

  [3]  韩晓极,王成,李林等.  新型焦炉上升管蒸发器的应用    [J].  冶金能源,  2021,  40  (01):  35-38. 

  [4]  陈巍.  焦炉上升管荒煤气余热回收利用的相关技术分析    [J].  河北企业,  2020,    (07):  149-150.  DOI:10.19885/j.cnki.hbqy.2020.07.069.

  [5]  蒋星亮.  焦炉上升管显热回收技术应用    [J].  节能与环保,  2020,    (06):  104-105. 

  [6]  郑晓明.  焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果    [J].  科技风,  2020,    (07):  27.  DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.202007026.