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孝義市梧桐煤化工園區(qū)產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺
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干法熄焦回收焦炭顯熱
發(fā)布時間：
2019-08-28 11:40
來源：
1、課題提出的背景
1.1項目研究的目的和意義
約占焦爐總耗熱量33.1%熱量的荒煤氣，從炭化室經(jīng)上升管、橋管進入集氣管內(nèi)，荒煤氣在橋管和集氣管處用氨水噴灑冷卻，使其溫度由650—750℃降至80—85℃。為達到這一溫度要求，每噸干裝爐煤需噴灑5—6噸氨水用于冷卻荒煤氣，也就是說荒煤氣的廢熱不但沒有得到利用，而且還要消耗動力使煤氣冷卻和部分焦油汽冷凝下來；荒煤氣由于高溫裂解往往在上升管根部結(jié)成堅硬的石墨，影響荒煤氣的順利排出，要清除這些石墨也得在很艱苦的條件下進行；上升管輻射散發(fā)大量的熱，造成爐頂操作環(huán)境溫度高。
目前國內(nèi)外在對焦爐余熱回收利用方面有很多成熟的技術(shù)，例如利用初冷器回收荒煤氣余熱；干法熄焦回收焦炭顯熱；小煙道廢熱回收利用；循環(huán)氨水余熱回收等，但是在上升管余熱回收利用方面的生產(chǎn)應(yīng)用目前仍停滯不前。在當前整個社會提倡節(jié)能減排，低碳環(huán)保的大環(huán)境下，焦爐上升管余熱回收利用的研究具有廣闊的前景和發(fā)展空間，無論是從經(jīng)濟效益還是社會效益都具有非常重要的意義。
1.2國內(nèi)外研究與實踐動態(tài)
前蘇聯(lián)哈爾科夫煉焦廠曾于上世紀五十年代在15個上升管上加了水套，進行工業(yè)規(guī)模的上升管廢熱利用試驗，用泵將采暖用水強制通過水套，使水溫由60℃加熱至85℃，從而利用上升管余熱獲得采暖水，但以后未看到有關(guān)進行工業(yè)規(guī)模推廣應(yīng)用的報道。
我國從上世紀七十年代以來，首鋼焦化廠、太鋼焦化廠、北京焦化廠、武鋼焦化廠、鞍鋼化工總廠、沈陽二煤氣、馬鋼焦化廠、淄博焦化煤氣公司以及我廠等單位先后在焦爐上升管建立了多套采用自然循環(huán)系統(tǒng)的焦爐上升管汽化冷卻裝置，進行工業(yè)生產(chǎn)蒸汽取得一定效果。但由于設(shè)計不合理等原因，頻繁出現(xiàn)上升管水套漏水損壞爐體，上升管蓋揭啟困難，上升管水套下部結(jié)焦油餅堵塞上升管，蒸汽產(chǎn)量不穩(wěn)定水套易“干鍋”甚至導(dǎo)致鍋爐汽包爆炸等問題，不能長期平穩(wěn)使用，因此未在全行業(yè)進行推廣應(yīng)用。
日本新日鐵公司名古屋廠在上世紀八十年代在16個上升管內(nèi)添加了夾套，用薩姆斯-700（主要成分烷基聯(lián)苯，沸點315℃）有機介質(zhì)作為熱載體與荒煤氣換熱。加熱后的薩姆斯-700用于產(chǎn)生蒸汽或煤預(yù)熱，但以后也未看到有關(guān)進行工業(yè)規(guī)模推廣應(yīng)用的報道。
近幾年，濟鋼焦化廠曾在焦爐5孔上升管采用導(dǎo)熱油夾套技術(shù)回收荒煤氣余熱并生產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電，但并未見到詳實的技術(shù)報道。
1.3汽化冷卻裝置存在的弊端
1.3.1回收熱量不穩(wěn)定。
由于炭化室內(nèi)產(chǎn)生的荒煤氣在不同的結(jié)焦時段煤氣量不一樣，而汽化冷卻裝置的吸熱效率很高，所以汽化冷卻裝置在產(chǎn)氣量少的時段會造成上升管內(nèi)荒煤氣溫度低于400℃，溫度過低會造成煤氣中焦油氣凝結(jié)，回流炭化室或粘附在管內(nèi)壁影響荒煤氣導(dǎo)出，清掃困難。還會導(dǎo)致集氣管、吸氣管等通道中焦油流動阻力增加。
1.3.2設(shè)計缺陷，裝置容易漏水。
由于上升管位于焦爐爐頭上部，下面是炭化室1000℃以上的高溫砌體，裝置漏水，澆灌爐頭致使砌體損壞。
1.3.3設(shè)計理念先天不足，安全性考慮不夠。
上升管做成夾套后，則成為一個個小鍋爐，變?yōu)閴毫θ萜?。在設(shè)計安裝過程中必須按壓力容器有關(guān)規(guī)程進行，對上升管的質(zhì)量要求非常高。同時在使用過程中需嚴格管理，尤其是必須保證供水。一旦發(fā)生停水事故，必須按干鍋操作處理，另外應(yīng)采取一些技術(shù)措施，杜絕爆炸事故發(fā)生。
1.4我廠對上升管構(gòu)造的四次嘗試
1.4.1我廠原設(shè)計1#、2#爐上升管構(gòu)造為水夾套式汽化冷卻裝置，該裝置降溫效果好，但由于設(shè)計理念、材質(zhì)選用、操作管理等因素導(dǎo)致存在漏水淹爐、“干鍋”甚至存在鍋爐汽包爆炸等問題，最后停止使用。
1.4.2水夾套式汽化冷卻裝置停用之后，我廠更換所有上升管，改用上升管內(nèi)襯粘土磚。運行一段時間后發(fā)現(xiàn)，效果并不理想，由于粘土磚隔熱性不強，造成管壁溫度高，熱輻射大，甚至在晚上能看見整個上升管壁發(fā)紅，導(dǎo)致操作工人無法近身，最后也停止使用。
1.4.3第三次是繼內(nèi)襯粘土磚后作的一次嘗試。改變粘土磚的厚度，在粘土磚和管壁之間夾一層硅酸鋁纖維板。改造后效果非常好，管壁溫度在200℃左右，熱輻射也控制在一個比較理想的范圍。但是在運行一個月左右后，上升管管壁溫度急速上升，管壁表面溫度甚至超過未夾硅酸鋁纖維板的時候。在更換時發(fā)現(xiàn)，夾在中間的硅酸鋁纖維板被燒毀。由于改變了內(nèi)襯粘土磚的厚度，所以溫度變的更高，加劇了上升管的損壞率和更換率。
1.4.4為解決上升管熱輻射造成的爐頂溫度高，影響生產(chǎn)操作，經(jīng)多次調(diào)查研究，采用了國內(nèi)同行業(yè)普遍使用的在上升管內(nèi)壁砌筑輕質(zhì)漂珠保溫磚。使用運行后效果明顯，管壁溫度下降到200℃左右，爐頂溫度明顯下降，減少了熱輻射，改善了操作環(huán)境。所以一直沿用至今。
2、研究的內(nèi)容
2.1設(shè)計思路
2.1.1研究新裝置考慮因素
2.1.1.1安全性
我們在研究設(shè)計新裝置時，一直將裝置的安全性放在第一位。鑒于國內(nèi)外及我廠以前出現(xiàn)的幾種水夾套裝置普遍存在易漏水且不好維修，結(jié)垢嚴重堵塞夾套，汽化后夾套內(nèi)蒸汽壓力大容易造成夾套崩裂，甚至造成汽包爆炸等危險，所以我們設(shè)想的新裝置在不改變現(xiàn)有上升管構(gòu)造的基礎(chǔ)上，適當降低上升管管壁溫度，充分考慮不汽化、減少裝置結(jié)垢、便于維修等方面的特點。
2.1.1.2成本投入
由于是處于嘗試性試驗，研發(fā)資金有限，在選用換熱介質(zhì)的時候，前期考慮過使用導(dǎo)熱油換熱，雖說不存在汽化、結(jié)垢方面的問題，換熱效率會大大增加，但導(dǎo)熱油、泵、管道布置的資金投入很大，后來經(jīng)過項目組討論研究，決定就地取材，使用焦爐上升管水封處循環(huán)二次水作為換熱介質(zhì)。在裝置制作選材方面，我們首先要考慮材質(zhì)必須具有良好的導(dǎo)熱性、抗腐蝕性且耐高溫，經(jīng)過市場調(diào)查，我們選用了價格相對合理且符合工藝要求的0Cr13不銹鋼管材。
2.1.1.3實用性
鑒于國內(nèi)外曾出現(xiàn)的幾種上升管余熱換熱裝置普遍存在維護及管理上的缺點，我們在設(shè)計時應(yīng)重點考慮裝置在安裝、維護、維修及管理上要簡單方便。
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