焦爐鍋爐氣余熱利用技術(shù)的探討

焦爐鍋爐氣余熱利用技術(shù)的探討

在焦化行業(yè)，焦爐的運行效率通常低于70%，其廢水占焦爐總能耗的20%以上，具有很高的節(jié)能潛力。因此,通過回收廢氣余熱,代替部分燃氣鍋爐生產(chǎn)蒸汽,或者替代焦化生產(chǎn)中用于加熱的蒸汽,可以降低能源消耗,提高經(jīng)濟效益,減少廢氣排放,改善大氣環(huán)境。該技術(shù)是一項國家鼓勵應用,變廢為寶,符合循環(huán)經(jīng)濟政策的技術(shù)。1焦爐設備的基本結(jié)構(gòu)和性能山西焦化集團有限公司(以下簡稱山西焦化)目前擁有1×50孔JN60-89型6m頂裝焦爐2座,即112蒸汽蒸汽焦爐煙道氣余熱回收技術(shù)在國內(nèi)已普遍應用,一是利用余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽,如太化焦化廠、山西永鑫焦化等企業(yè)已應用實施,效果比較好;二是用于煤調(diào)濕,只有濟鋼、昆鋼等少數(shù)企業(yè)應用,效果有待于通過時間來驗證;三是用煙道廢氣余熱加熱軟水,目前還沒有企業(yè)采用。2.1煙道氣煤調(diào)濕技術(shù)焦爐入爐煤水分控制(即煤調(diào)濕)技術(shù)的前身是煤干燥技術(shù),它是將煉焦煤在裝爐前除掉一部分水分,并保持裝爐煤水分穩(wěn)定的一項技術(shù)。煤調(diào)濕裝置不僅可減少進入焦爐的水分,節(jié)約煉焦耗熱量;而且由于裝爐煤含水量的降低,使其堆密度增加,焦炭產(chǎn)量和質(zhì)量得到提高,節(jié)能降耗顯著,具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。煙道氣煤調(diào)濕技術(shù)屬于第一代煤調(diào)濕技術(shù),它是利用煙道廢氣與濕煤在多層圓盤立式調(diào)濕機內(nèi)進行直接熱交換的一種工藝,在日本中山廠有應用。該工藝有兩個缺點,一是除塵困難;二是煙道氣供熱量不足,還需要用加熱爐供給30%的熱量。我國第一套煤調(diào)濕裝置于1996年在重鋼焦化廠投產(chǎn),應用的是導熱油煤調(diào)濕工藝,裝置處理能力為140t/h(干煤),入干燥機濕煤平均水分10.5%、出干燥機調(diào)濕煤水分6.5%、入爐煤水分6.0%、調(diào)濕煤溫度約80℃、導熱油循環(huán)量147t/h。寶山鋼鐵股份有限公司、太鋼焦化公司、四川攀枝花鋼鐵有限責任公司的焦爐煤調(diào)濕裝置均采用低壓蒸汽為熱源的煤調(diào)濕技術(shù),只有濟鋼、昆鋼采用以焦爐煙道廢氣為熱源的調(diào)濕風選技術(shù),該技術(shù)的使用,降低煉焦配煤水分3%左右,使煉焦爐增產(chǎn)5%~10%,焦炭強度提高0.1%~1.5%,煉焦耗熱量降低5%左右,每噸煤減少剩余氨水約44kg等,獲得良好的經(jīng)濟效益。2.2熱管技術(shù)及熱回收利用熱管是一種新型的超級導熱元件,其傳熱能力比相同尺寸的銅棒高幾百倍,已在傳熱、散熱和均溫等方面得到了廣泛的應用。熱管通過密閉真空管殼內(nèi)工作介質(zhì)的相變潛熱來傳遞熱量,其傳熱性能類似于超導體導電性能,具有傳熱能力大,傳熱效率高的特點。眾所周知,焦化行業(yè)是典型高能耗企業(yè),并有大量余熱可以回收利用,若采用熱管換熱器,可大幅度提高換熱效率,縮小換熱器的面積,大大降低焦化廠全廠的能耗。在焦化工業(yè)中,無論是焦爐煙道氣、荒煤氣、循環(huán)氨水和熱廢水,還是各種餾分蒸汽和尾氣中,均有大量的余熱可回收利用,因此熱管換熱器在焦化行業(yè)中的應用前景極為廣闊。3焦爐、香煙氣回波技術(shù)方案3.1走廊氣體剩余回收適用于煤調(diào)節(jié)技術(shù)3.1.1入爐煤水分山西焦化原料煤水分10%~13%,入爐煤水分較高,帶來如下問題:(1)上煤和裝煤操作困難,同時入爐煤水分過高,增加了煉焦耗熱量,因而也增大了回爐煤氣的消耗量。(2)入爐煤水分過高,煤餅相對堆密度降低;由于耗熱量增加,焦爐升溫時間相應增加,結(jié)焦周期延長,從而降低焦爐產(chǎn)量。(3)入爐煤水分升高,造成焦爐荒煤氣中攜帶的水蒸氣增多,從而增加了煉焦過程中高氨氮廢水的排放量,增加了廢水處理的負荷。鑒于以上問題,采用煤調(diào)濕技術(shù),利用焦爐煙道氣余熱調(diào)節(jié)入爐煤水分,能夠避免廢氣余熱高溫排放造成的能源浪費,改善操作條件,降低煉焦耗熱,節(jié)省焦爐煤氣,提高焦爐的生產(chǎn)能力,減少煉焦過程中高氨氮污水的排放。3.1.2焦爐公用煉焦系統(tǒng)焦爐煉焦廠煉焦車間1該項目配套建設系統(tǒng)處理能力165t/h(濕煤)的裝置。兩座焦爐公用1套備煤系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由廢氣引風機、煉焦煤流化床、廢氣布袋除塵器及煤料輸送機等配套設施組成。煤調(diào)濕系統(tǒng)設備檢修期間,原料煤由原有系統(tǒng)完成破碎、輸送煤料。3.1.3流化床煤調(diào)濕風選流程煤調(diào)濕系統(tǒng)的工藝流程可分為煤料流程、煙氣流程和除塵流程3個部分。(1)煤料流程:原料配合煤通過原上煤皮帶、卸料器卸至新建溜槽,原煤均勻送至流化床進料槽,再經(jīng)流化床進料裝置送至流化床調(diào)整水分,合格的產(chǎn)品煤料從流化床底部落到J1皮帶機,經(jīng)新建1(2)煙氣流程:溫度250℃~280℃的焦爐煙道廢氣自1(3)除塵流程:焦爐煙道氣進入流化床,將流化床內(nèi)濕煤脫出的水分吸收,達到調(diào)整煉焦用煤水分的目的,經(jīng)過流化床之后的煙道氣進入陶瓷多管除塵器(一級除塵),再經(jīng)脈沖布袋除塵器進行過濾,凈化后的煙氣通過除塵風機,經(jīng)40m的煙囪排放。除塵器除下的粉塵采用刮板輸送機輸送至皮帶,與調(diào)濕后的煤混合,經(jīng)皮帶轉(zhuǎn)運至現(xiàn)有輸煤皮帶,送往煤塔。3.1.4入爐煤水分過高對煉焦耗熱量的影響項目預計投資3279萬元。效益分析如下。(1)按照煙道氣熱量計算,年可回收總熱量=煙氣量×煙氣密度×溫差×比熱×年運行時間=2×100000×1.295×(265-70)×1.099×8000=4.44×10(2)入爐煤水分過高時,增加了煉焦耗熱量。入爐煤水分在離開焦爐時的溫度達到約820℃,帶走大量的熱量,根據(jù)焦爐生產(chǎn)經(jīng)驗,平均水分每降低1%,可降低煉焦耗熱量33.5kJ/kg(濕煤),因此經(jīng)煤調(diào)濕后,全年可降耗:33.5×165×8000×10(3)隨入爐煤水分的降低,結(jié)焦時間相應的縮短,配合煤中有3%的水分不需要進入焦爐,根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù),焦炭產(chǎn)量可增加5%~10%,按焦炭增產(chǎn)5%、生產(chǎn)每噸焦炭富余焦爐煤氣200m3.2采用插管技術(shù)將香煙氣殘余加熱去除鹽水3.2.1滿負荷生產(chǎn)的系統(tǒng)根據(jù)山西焦化的實際情況,如果將6座焦爐的煙道氣余熱全部用于加熱鍋爐用軟水,據(jù)計算,在滿負荷生產(chǎn)前提下,1裝置主要由熱管蒸發(fā)器、熱管省煤器、蒸汽聚集器及汽水管路組成。系統(tǒng)主要采用高效傳熱元件———熱管。熱管省煤器也是由若干根特殊的熱管元件組合而成,熱管的受熱段置于煙氣風道內(nèi),熱管受熱后與夾套管中從除氧器進來的除鹽水進行換熱。3.2.2余熱回收系統(tǒng)裝置主要由煙氣回收、余熱回收及除鹽水輸送部分組成。(1)煙氣流程:在地下主煙道翻板閥前開孔,將250℃~280℃熱煙氣從地下主煙道引出,經(jīng)余熱回收系統(tǒng)換熱降溫后,將熱煙氣降溫至約160℃,經(jīng)引風機再排入主煙道插板閥后的地下煙道(或煙囪側(cè)面原有預留門),經(jīng)煙囪排空。(2)余熱回收系統(tǒng):該系統(tǒng)由熱管軟水預熱器、給水泵、內(nèi)連水管路及閥門、煙氣管路及閥門、系統(tǒng)引風機、控制儀表等組成。(3)汽水流程:除鹽水由給水泵輸入熱管軟水預熱器預熱后,送至系統(tǒng)的除氧器。3.2.3投資和效率的初步評估項目總投資約600萬元。年回收熱量=2×100000×1.295×(265-160)×1.099×8000=2.39×103.3增設余熱回收控制系統(tǒng)在充分利用焦爐原有地下煙道、煙囪的基礎(chǔ)上,增設地上煙道、余熱鍋爐、汽水系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、電氣及熱工控制系統(tǒng),形成完整的余熱回收系統(tǒng),對焦化廠煉焦車間13.3.1余熱鍋爐低熱值(1)煙氣流程:為了確保將高溫煙氣引入余熱鍋爐,對焦爐主煙道與余熱鍋爐進出口煙道進行改造。在焦爐煙氣出口的主煙道上開1個煙道口,同時在主煙道設置1臺翻板式閘板閥,在新開的煙道口用管道將管道口和余熱鍋爐的進氣口連接,并在進余熱鍋爐前再設置1臺翻板式閘板閥,最后在出余熱鍋爐的管道上再設置1臺閘板閥。運行時,將鍋爐進口前的閘板閥打開,主煙道上的閘板閥關(guān)閉,通過引風機的作用,將265℃的煙氣引至鍋爐系統(tǒng),同時將除鹽水引入鍋爐水側(cè),通過換熱,產(chǎn)生蒸汽供生產(chǎn)和生活使用。為防止系統(tǒng)產(chǎn)生露點腐蝕,必須保證余熱鍋爐排煙溫度在140℃~170℃。換熱后,溫度降低到160℃左右的煙氣經(jīng)引風機送入煙囪排放。當余熱鍋爐出現(xiàn)故障停機時,可以關(guān)閉余熱鍋爐前后電動閥門,確保焦化工藝正常生產(chǎn)。(2)汽、水流程:由供汽車間送來的除鹽水作為除氧系統(tǒng)