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焦化厂焦炉烟气余热回收技术及应用

发表时间：2020/11/11 来源：《基层建设》2020年第21期作者：宋延军

[导读] 摘要：焦炉烟气余热回收是国内较为普遍采用的焦炉节能方式。在目前已经实施的焦炉烟气余热回收项目中，均在取烟口和烟囱之间的主烟道上设有切断阀（以插板形式为主），用于将主烟道和烟囱隔开。

        旭阳中燃能源有限公司
        摘要：焦炉烟气余热回收是国内较为普遍采用的焦炉节能方式。在目前已经实施的焦炉烟气余热回收项目中，均在取烟口和烟囱之间的主烟道上设有切断阀（以插板形式为主），用于将主烟道和烟囱隔开。但是主烟道切断阀有时会引起安全生产事故，因此要确保余热回收系统不影响焦炉正常排烟、生产。本文基于焦化厂焦炉烟气余热回收技术及应用展开论述。
        关键词：焦化厂；焦炉烟气；余热回收技术及应用
        引言
        焦炉烟气是炼焦过程中排放的废气，是国家重点治理的废气之一。炼焦生产的主要燃烧气源一般是高炉煤气和焦炉煤气。燃烧后产生的废气中氮氧化物（质量）浓度在300～1000mg/m3，二氧化硫（质量）浓度在30～500mg/m3，颗粒物10～30mg/m3，烟气温度180℃～240℃，存在低温低硫高氮的特性，不同特性的烟气必须采用不同的脱硫脱硝技术和工艺。到2018年底，全国焦炭产量约4.3亿吨。我国炼焦行业每年氮氧化物排放量约50万吨，二氧化硫约18万吨，目前国内仍有约2/3的焦炉烟气没有脱硫脱硝，随着国家推进钢铁行业超低排放实施意见的颁布，全面治理焦炉烟气迫在眉睫。
        1热管技术应用
        热管是本焦炉烟气余热回收装置中的核心部件。热管通过密闭真空管壳内工作介质的相变潜热来传递热量，其传热性能类似于超导体导电性能，它具有传热能力大，传热效率高的特点。热管余热回收系统包含热管蒸发器和热管省煤器，焦炉烟气先经过蒸发器，后经过省煤器。（1）各段换热设备之间有过渡段连接，过渡段上设有膨胀节（以满足设备的热膨胀）和人孔（供设备安装和停炉检修时使用）。每套装置平台均留有通道，以便设备安装和维修需要。（2）热管蒸发器是由若干根热管元件组合而成。热管的受热段置于热流体风道内，热风横掠热管受热段，热管元件的放热段插在汽—水系统内。由于热管的存在使得该汽—水系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于热流体的风道之外，汽—水系统不受热流体的直接冲刷。热流体的热量由热管传给水套管内的饱和水（饱和水由下降管输入），并使其汽化，所产蒸汽（汽、水混合物）经蒸汽上升管到达汽包，经汽水分离以后再经主汽阀输出。这样热管不断将热量输入给水套管，通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循环，达到将热烟气降温，并转化为蒸汽的目的。
        2系统流程
        焦炉烟气余热系统包括取烟口、取烟翻板阀、焦炉总烟道插板阀、取烟道、余热锅炉、风机、回烟道、回烟翻板阀、旁通烟道及翻板阀等部分。整个系统布置在焦炉烟囱附近的空地上，便于取烟和回烟。两座焦炉的总烟道上分别开口，将烟气从地下烟道引出，经过各自的取烟翻板阀、取烟道汇总进入余热锅炉，经过放热后温度降低至170℃左右，被风机送入回烟道，经过回烟翻板阀进入烟囱。给水利用干熄焦除氧水，经过减压阀后，依次进入锅炉水预热器、锅筒和锅炉蒸发器，变成汽水混合物，重新进入锅筒进行汽水分离，然后通过管道经干熄焦控制室屋顶进入厂区蒸汽管网。
        3热管余热锅炉
        焦炉烟气余热回收系统将烟气从地下烟道抽出，然后在地面烟道上汇总进入余热锅炉、风机，再经过回风烟道送入烟囱检修孔进入烟囱，焦炉原主烟道保持不变，仅仅增设一个插板阀。这样，焦炉、焦炉主烟道、余热回收烟道和烟囱就构成了两端开源中间有串联也有并联的复杂流路，热管余热锅炉是由若干热管元件组成，其按照结构形式，分为整体式热管锅炉和分离式热管锅炉。

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前者是将热管伸入汽包中，使汽包中的水蒸发沸腾；后者中的热管元件与汽包是分离的，热管外套有套管，介质在套管内被加热蒸发依靠介质密度差自然循环至汽包，无须额外动力。前者多用于汽量较小，蒸汽参数不太高的场合。对于回收焦炉烟气中的热量生产过热蒸汽进行发电，推荐使用分离式热管余热锅炉。加热段的工质吸收汽化潜热被沸腾或蒸发，由液体变为蒸汽。在管内一定压差的作用下，产生的蒸汽流动到冷却段，蒸汽遇到冷的壁面会凝结成液体，同时放出汽化潜热，通过管壁传给外面的冷源。冷凝下来的液体依靠重力来帮助凝液回流到加热段，重新开始蒸发吸热过程，通过管内介质的连续相变，完成热量的连续转移。热管具有以下优点：（1）较高的导热性能和优良的等温性能，抗热冲击性能好，其传热系数比传统的换热器大10~20倍。（2）热量由高温端完全自发地向低温端传递，无任何外界动力。（3）热管系统中各热管元件相互独立，单根或者数根失效不会影响热管余热锅炉的正常运行。（4）热管外壁可绕制高频焊翅片，强化传热，传热效率高、阻力小，设备结构紧凑。（5）热管隔板将热源和冷源彻底隔离，从根本上避免了烟气和水汽相接触，不会产生冷热流体的掺混。因此，若烟气中含硫成分较高而导致烟气侧热管腐蚀泄漏，也不会使水汽和烟气互通，水汽侧仍可正常运行，不会因该设备而使系统立即停车，可以在大修时进行计划检修，充分保证了设备运行的安全性、可靠性和连续性。因热管优良的结构及高效的传热效果，正在被越来越多的行业所使用。
        4核心技术工艺
        （1）选择性催化还原法进行脱硝选择性催化还原法是目前应用最成功的，最广泛的方法，还原剂和氮氧化物在催化剂的作用下进行反应，选择性催化还原法对氮氧化物的还原是有选择性的，最后的生成物是无污染的氮气和水，一般选择氨水汽化产生的氨气作为还原剂，选择性催化还原技术的核心就是催化剂的选择，催化剂需要具有催化效率高、阻力低、氨的利用率高、高活性的温度范围广等优点。（2）焦炉煤气脱硫脱硝的要求焦炉煤气相对于燃煤的、烧结机等传统烟气，排放量较小但是成分非常复杂，含有硫化物、氮化物和大量的焦油，这些都是处理难度较大的污染物。加热煤气的不同会导致烟气参数的剧烈波动，烟气产量和温度波动都会很大，污染物的含量也会剧烈波动。在进行核心工艺的选择时要注意本企业烟气的实际情况，对于安全性要提出较高要求，具体则是保证烟气排放的负压达到三百帕以上，不然很有可能发生安全事故。如果新增了烟气处理设备，则必须要保证外排烟囱温度。然后是保证焦炉烟气的参数和污染物浓度随着生产浓度的波动而波动，这就要求净化设备和核心工艺都能时刻保证达标运行。在焦炉投入使用之后，要保证在焦炉的使用寿命中能够稳定持续运行。最后是要注意二次污染的控制，对催化剂的回收使用和氨逃逸的控制和一些危险化学物质的管理控制，脱硫脱硝核心工艺的成本和投资比较高，企业要不断地去创新和改进工艺，降低投资和运行的费用，实现最大社会效益和经济效益的运行。
        结束语
        焦化厂焦炉烟气余热回收项目不仅可以实现低温余热的充分利用，降低企业的生产成本，提升企业的产品竞争力，也间接的对改善周边环境质量、改善人民的生活质量和保证经济、社会的可持续性发展起到显著的作用，实现环境效益和社会效益的双赢。
        参考文献
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