王福興 李東虎 付獻勇
(邯鋼邯寶焦化廠)
摘 要：邯寶焦化廠1?4號焦爐荒煤氣余熱回收工程是利用國家發(fā)明專利(上升管換熱器)技術(shù)進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。四座42孔焦爐168根上升管全部改為上升管換熱器，吸收上升管荒煤氣的余熱，產(chǎn)生飽和蒸汽(壓力0. 8MPa，溫度175℃)供焦化生產(chǎn)使用，年可產(chǎn)生低壓飽和蒸汽21萬t，節(jié)能效果顯著。
關(guān)鍵詞：荒煤氣；余熱；上升管
邯寶焦化荒煤氣余熱回收工程分為2個系統(tǒng)，1、2號焦爐，3、4號焦爐各為1個系統(tǒng)。 每個系統(tǒng)包括2×42根上升管換熱器。該工程利用除氧泵把除鹽水經(jīng)除氧器、汽包給水泵送入汽包,汽包內(nèi)的水由熱水循環(huán)泵壓入上升管換熱器吸收高溫荒煤氣的熱能成為汽水混合物后再進入汽包。汽包內(nèi)產(chǎn)生的飽和蒸汽并入焦化廠現(xiàn)有蒸汽管網(wǎng)，蒸汽管網(wǎng)壓力為0.8MPa，流程如圖1。
1 焦爐上升管荒煤氣余熱回收工藝特點
1.1換熱裝置具有不結(jié)焦、不漏水
某廠應(yīng)用的新型上升管余熱回收裝置由內(nèi)、 中、外三部分組成，內(nèi)層為耐高溫抗腐蝕材質(zhì)，抗氧化、滲碳、滲氮，最大程度地減小產(chǎn)生焦油存積和積碳現(xiàn)象；中間層為高溫煙氣與除氧水換熱交換層，既利用上升管荒煤氣的余熱，又保證回收余熱后的荒煤氣溫度在一定水平，盡量避免煤焦油的凝結(jié)和積碳的產(chǎn)生，換熱管道為合金材質(zhì)。外層為隔熱和保護層，采取特殊保溫材料，改善原有上升管表面溫度過高的問題，同時對中間層的換熱核心部分進行保護。換熱裝置的專利結(jié)構(gòu)形式消除了周期性熱應(yīng)力破壞情況，結(jié)構(gòu)如圖1所示，具體工藝參數(shù)見表1。
1.2消除冒黃煙問題
1.2.1優(yōu)化上升管換熱器操作
1、2系統(tǒng)焦爐上升管余熱回收系統(tǒng)的進水管路設(shè)有兩個總閥門，分別控制供入1號、2號和3號、4號焦爐的總供水量，在每個上升管筒體的下部各設(shè)有一個可以單獨控制的進水閥。系統(tǒng)運行初期，在進入兩座焦爐的總供水量一定的情況下，每個上升管筒體進水閥門開度約在40%。按出爐標準化操作要求，在出爐前20 ~30min需打開計劃出爐號的上升管蓋和爐口。
由于進水多、換熱量大，導致荒煤氣溫度和上升管筒體內(nèi)壁溫度均偏低，造成焦油等物質(zhì)冷凝、黏貼在筒體內(nèi)壁上，出爐前打開上升管蓋后，進入筒體的空氣與焦油不完全燃燒，產(chǎn)生大量黃煙。為了盡快解決上升管筒體的冒煙問題，首先需對進水量進行控制，一方面既要保證蒸汽發(fā)生量，另一方面又要避免筒體由于換熱量降低導致過熱。通過與廠家及時溝通，以及對參數(shù)控制、工藝操作可行性方面的實際生產(chǎn)操作的摸索與總結(jié)，最后將每個上升管筒體的進水量由之前的40%控制在10% ~15%?？刂七M水量后，上升管內(nèi)壁焦油粘結(jié)量明顯減少，蒸汽產(chǎn)量平穩(wěn)保持在9~llt/h，集氣管溫度穩(wěn)定在85℃左右，達到預期目標。
1.2.2優(yōu)化焦爐出爐操作
控制進水量雖然能顯著減少焦油凝結(jié)量，但少量的焦油還是會存在黃煙問題。技術(shù)人員通過對出爐操作進行調(diào)整與改進，有效解決了上升管筒體的冒黃煙問題，改進操作見表2。
1.3余熱鍋爐系統(tǒng)采用雙汽包運行
1.3.1適應(yīng)焦爐連續(xù)生產(chǎn)需要
一般情況下，焦爐壽命約為25年，而鍋爐壽命則遠遠低于焦爐壽命。考慮到焦爐生產(chǎn)的連續(xù)性和鍋爐安全運行及檢修需要，該廠焦爐上升管荒煤氣余熱回收工藝首次采用“雙汽包”設(shè)計。
1.3.2提高鍋爐運行的安全性
原設(shè)計除鹽水箱儲水量過少一直是余熱系統(tǒng)安全運行的重大隱患，因為裝置一旦外供水源中斷時間超過2h，上升管換熱系統(tǒng)將會面臨干燒的局面。雖然上升管筒體在設(shè)計上允許干燒一段時間，但干燒勢必會對換熱設(shè)備使用壽命、崗位操作安全、蒸汽產(chǎn)量及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性造成直接影響。為了消除可能存在的供水安全隱患，保證余熱系統(tǒng)長周期安全穩(wěn)定運行，該廠對原除氧裝置的供水管路進行了改進。具體方法是在干熄焦除鹽水箱出口的位置引一根管路到上升管余熱除鹽水箱，作為上升管余熱鍋爐的備用水源。正常情況下該管路是處于關(guān)閉狀態(tài)，一旦水處理中心水源出現(xiàn)問題即可開啟，實現(xiàn)除鹽水箱的正常供水。若上述兩水源同時不能供水，每個系統(tǒng)有兩個汽包布置在高位，在中斷供水情況下，汽包內(nèi)儲存水自流仍可保證上升管2h的水量需求。
2 上升管余熱荒煤氣余熱回收實施效果
2.1 回收蒸汽效果明顯
某廠焦爐上升管荒煤氣余熱回收鍋爐蒸汽發(fā)生率為100kg/t，年可回收21萬t的0. 8MPa飽和蒸汽，節(jié)能效果顯著。
2.2荒煤氣溫度下降明顯，上升管氨水噴灑大幅降低
荒煤氣溫度由原來800℃左右降低至480℃左右，氨水噴灑量降低20% -30%。該項目實施前，荒煤氣進口和出口溫度差別不大（表3）。投入運行后，經(jīng)過近一年的生產(chǎn)運行，多次對上升管荒煤氣溫度情況進行摸底測量，測量結(jié)果見表4。
2. 3作業(yè)環(huán)境明顯改善
上升管余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用對改善爐頂作業(yè)環(huán)境起到至關(guān)重要的作用。據(jù)測量，舊上升管筒體外壁的溫度均在200℃以上，新筒體外壁溫度由上升管下段底部的100℃左右向上逐漸降低至上段頂部40~50℃ （表5），爐頂作業(yè)環(huán)境溫度可降低20℃左右，改善了爐頂作業(yè)環(huán)境。
3 結(jié)語
某廠7m焦爐上升管荒煤氣余熱回收工程自2017年實施以來，系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定，環(huán)境效益、經(jīng)濟效益顯著。