焦化预热回收--焦作110万吨焦化方案

某公司焦化工有限公司

110万吨/年焦炭焦炉烟气余热回收

　　1.总论

　　1.1 设计依据

　　某公司焦化工有限公司提供的相关工程设计条件和资料。

　　1.2 设计原则

　　（1） 在不影响焦炉正常运行的前提下大限度地利用余热；

　　（2） 在生产可靠的前提下，提倡技术先进。要尽可能采用先进的工艺技术方案，以降低操作成本和改造基建的投入；

　　（3） 以生产安全为前提，采用成熟、可靠的工艺和装备；

　　（4） 余热锅炉的过程控制采用集中控制原则，基本实现自动化为目标

　　（5） 贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、计量、消防等方面的有关规定和标准，做到“三同时”。

　　1.3 项目概况

　　某公司焦化工有限公司现有设计年产110万吨焦炭生产线（5.5m捣固焦），生产中焦炉炭化室加热后的废气通过总烟道汇总会一直向大气排放。同时废烟气温度可达到260-300℃，烟气将通过烟囱的自拔力排放到空中，严重浪费能源和污染厂区环境。

　　如果这些余热不进行回收利用，浪费了宝贵的能源，也污染了环境。因此采取措施，对焦炉产生的废气进行余热回收利用，对有效降低能耗，推动实现可持续发展战略具有十分重要的现实意义。

　　为落实科学发展观，贯彻节能减排的可持续发展战略。某公司焦化工有限公司拟对焦炉烟道废烟气余热进行回收利用，拟建一套热管余热锅炉装置。将产生的蒸汽并网供厂区内的生产和生活使用。

　　2. 建设条件

　　2.1自然条件（略）

　　2.2建设场地

　　项目占地应在焦炉主烟道旁空地布置。

　　2.3焦化工艺

　　由备煤车间来的洗精煤，由输煤栈桥运入煤塔，由煤塔漏嘴经装煤车按序装入炭化室。洗精煤在950～1050°C的温度下高温干馏成焦炭。成熟的焦炭被推焦车经拦焦车导焦栅推出落入熄焦车内，由熄焦车送至干熄焦炉进行熄焦，熄焦后的焦炭放至皮带送焦场。湿熄焦作为备用熄焦系统，熄焦塔处设光电自动控制器，通过控制器中的时间继电器调整喷洒时间，保证红焦熄灭。

　　干馏过程中产生的荒煤气经炭化室顶部、上升管、桥管汇入集气管。在桥管和集气管处用压力为～0.3MPa，温度为～78°C的循环氨水喷洒冷却，使～800°C的荒煤气冷却至84°C左右，再经吸气弯管和吸气管抽吸至冷鼓工段。在集气管内冷凝下来的焦油和氨水经焦油盒、吸气主管一起至冷鼓工段。

　　焦炉加热用回炉煤气由外管送至焦炉，经煤气总管、煤气预热器、主管、煤气支管进入各燃烧室，在燃烧室内与经过蓄热室预热的空气混合燃烧，燃烧后的废气经跨越孔、立火道、斜道，在蓄热室与格子砖换热后经分烟道、总烟道，后从烟囱排出。对于其中经总烟道进入烟囱的热烟气仍有较大的余热回收价值。原工艺流程如下图所示：

　　2.4余热资源

　　业主提供余热资源条件：

　　焦炉余热数据表

　　烟道气成份如下（参考）

　　2.5电源情况

　　电气、高压电接口：由厂区高压配电室提供，电网连接的分界点在本余热锅炉中线路高压开关柜的下端。

　　2.6 水源状况

　　余热利用工程所需的工业水补充水、消防水、生活水等均从厂区现有系统接入，锅炉系统所有排水均排入焦炉附近的排水系统中。各水管路的接口位置皆在余热锅炉1米处。

　　3.工艺方案

　　3.1焦炉废气余热回收技术

　　3.11余热回收系统的组成

　　节能技术改造方案综述：经对现有工艺的技术分析，提出对现有烟气处理作如下设计修改：

　　3.12、现有地下烟道保持不变。

　　3.13、在现有地下总烟道翻板前开两个孔，将烟气从地下烟道引出依次进入地上钢制烟道、余热锅炉、锅炉引风机、钢烟道、地下烟道、经烟囱排放。

　　3.14、当锅炉检修时，关闭余热锅炉前烟道阀，开启地下总烟道翻板阀，烟气沿原地下烟道排出。

　　3.15.该系统由软化水处理装置、除氧器、水箱、除氧给水泵、锅炉给水泵、中温热管蒸气发生器、软水预热器、低温热管蒸气发生器、汽包、上升管、下降管、外连管路和控制仪表、锅炉引风机等组成，并且互相独立。

　　3.16.汽水流程

　　工业软化水经过软水泵进入除氧器除氧，除氧水一部分由给水泵输入热管软水预热器预热到后进入汽包，水通过下降管进入中温热管蒸汽发生器，水吸收热量变成饱和水，饱和水再经上升管进入汽包，在汽包里进行水汽分离，形成0.8MPa的饱和蒸汽，送至蒸汽总管或用户；

　　3.17.余热回收系统平面布置

　　余热锅炉系统由电动蝶阀、除氧器、蒸发器、省煤器、风管、锅炉水泵、软化水箱、软化水泵、水路系统、循环管路系统，配电柜控制系统烟气引风机系统、平台爬梯等组成。水泵需位于锅炉附近，这样可以节省汽水管线，也减少温损和压降。

　　工艺流程：焦炉烟气经蓄热室、斜道、小烟道、分烟道、总烟道、地上钢制烟道约280-300℃左右进入换热器，经换热器降到160℃以下，经引风机排入总烟道，经烟囱排入大气。焦炉烟气余热回收装置工艺技术路线如下图所示：

　　3.2焦炉烟气余热回收装置

　　本次方案就是为回收这一部分烟气的余热而设计。

　　3.3.热管余热锅炉技术方案

　　热管余热锅炉系统主要为热管蒸发器、热管省煤器、气液分离器及汽水管路组成。系统采用传热元件—热管，较一般余热回收装置有许多明显优点。

　　3.31 热管

　　热管余热锅炉的核心部件是热管。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。典型的重力热管如图1所示，在密闭的管内先抽成真空，在此状态下充入少量工质。在热管的下端加热，工质吸收热量汽化为蒸汽，在微小的压差下，上到热管上端，并向外界放出热量，且凝结为液体。冷凝液在重力的作用下，沿热管内壁返回到受热段，并再次受热汽化，如此循环往复，连续不断地将热量由一端传向另一端。由于是相变传热，因此热管内热阻很小，所以能以较小的温差获得较大的传热功率，且结构简单，具有单向导热的特点，特别是由于热管的特有机理，使冷热流体间的热交换均在管外进行，并可以方便地进行强化传热。

　　3.32 系统工作原理

　　余热锅炉系统包含热管蒸发器（采用镍合金渗层钎焊热管）和热管省煤器（镍合金渗层钎焊热管），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。其基本结构及工作原理如图2所示。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。

　　热管蒸发器工作原理（图2）

　　(3)热管省煤器也是由若干根特殊的热管元件组合而成，热管的受热段置于烟气风道内，热管受热，将热量传至夹套管中从除氧器进来的除氧水，加热到125℃以上，送至汽包。

　　3.33 系统特点

　　(1)采用热管作为传热元件，整个汽水系统的受热及循环完全和热流体隔离而独立存在于热流体烟道以外，这就使本系统有别于一般余热锅炉。

　　(2)设备中热管元件间相互独立，热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响，即使单根或数根热管损坏，也不影响系统正常运行，同时水、汽也不会由于热管破损而进入热流体。

　　(3)采用镍合金渗层钎焊技术，根据烟气特点，设计采用镍合金渗层钎焊翅片，表面具有致密不锈钢合金层，防低温下酸露腐蚀。

　　（4）设计时调节热管两端的传热面积可有效地调节和控制壁温，防止低温酸点腐蚀。

　　(5)操作简单、维修方便、工作可靠，整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力，故障率低，效率高。

　　（6）整个系统中热管蒸发器和热管省煤器均采用积木式模块化箱体结构设计，全部受压元件的组焊均在厂内完成，分段出厂，现场吊装，减少现场安装焊口，缩短现场安装量，节约安装费用。

　　3.34 镍合金渗层钎焊翅片管技术

　　该余热系统技术方案中，我们推荐采用一种新技术——镍合金渗层钎焊翅片管技术，以往换热器上使用的都是高频焊翅片管技术，而镍合金渗层钎焊翅片管技术是我公司从美国WHT废热技术公司引进的一项专利。它是在高频焊基础上再经过一道镍合金渗层钎焊工艺进行深加工，是一种新型翅片管焊接工艺，利用镍合金仟料经专用的气体保护高温钎焊炉在1050℃时熔化使其渗入翅片与基管间隙中，并焊接在一起，形成合金连接，同时镍合金也渗入碳钢表面，在翅片管表面形成一层厚度0.05mm左右的致密、光滑的合金保护层，使普通碳钢材料具有不锈钢的性能。

　　采用镍合金钎焊翅片管技术：

　　（1）、翅片管表面形成致密、光滑的不锈钢合金保护层。

　　（2）、表面光滑可减缓积灰，硬度高（HRC≥56）耐冲刷能力增强。

　　（3）、抗600℃高温氧化、耐低温酸点腐蚀。