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关于焦炉荒煤气显热的余热利用

作者:社会保障
出处:www.lunrr.com
时间:2019-10-30

1炼焦厂焦炉冒口废热的回收利用的必要性

炼焦厂从给煤到推焦开始。焦炉碳化室中从焦°C到1050°C的显热(高温废热)占焦炉消耗热量的37%(此部分已通过焦炭淬火干燥)溶液650 °C850°C焦炉上升管产生的废气余热(中温余热)占焦炉余热的36%(这部分热量尚未得到有效解决和利用),180°C230 °C焦炉烟气废气中的废气(低温余热)占焦炉热的16%(此部分已由烟气余热锅炉解决和利用)和热量损失炉表面的热量(低温废热)占焦炉热量的11%。

通过理论计算和中试数据(三钢集团4.3m焦炉)试验,可以看出,沙钢集团焦炉立管高温废气余热回收后,以0.08吨/吨焦炭可产生至少0.6MPa饱和蒸汽。 6.0m焦炉试验表明,高温废气余热回收量为0.12吨/吨后,在焦炉上升管中至少可产生0.6MPa的饱和蒸汽。唐山大丰5.5m焦炉试验表明,高温废气余热回收后,焦炉冒口至少可产生0.6MPa。饱和蒸汽约为0.1吨/吨焦炭。据2014年统计,中国焦炭产量约为4.3亿吨。如果提升管进行全面改造,则至少可以回收3870万吨0.6 MPa饱和蒸汽,相当于约355万吨标准煤。每年可减少二氧化碳排放885万吨,减少二氧化硫26万吨,减少氮氧化物13万吨,节约能源,减少排放。

焦炉废气余热的利用已经得到推广,在控制霾天气和控制环境污染方面具有广阔的前景。

2炼焦厂显热回收过程及焦炉提升气的利用

目前,世界炼焦行业的传统方法是喷洒大量的70°C75°C的循环氨水,循环的氨水吸收热量和大量的蒸发,从而使废料的温度升高。气体可以减少,并进入后序煤化工产品循环利用处理区。结果,浪费了来自废气的热量,这浪费了废气的热能,增加了水的消耗和电的消耗,并且在废热回收技术上还没有取得实质性的突破。

自1970年以来,国内外对上升的管道废气的余热利用进行了许多研究和实验。带夹套立管,导热油和热管技术的应用不能完全解决立管的简化焊接裂纹。漏水和蒸汽泄漏以及提升管内部的焦油和石墨吸附等问题尚未得到进一步开发和使用,并且已搁置了将近30年。焦化废气的余热回收技术在中国经历了近30年的研究。其材料和结构不能满足现场工作条件的要求,效率低,寿命短,关键技术没有突破,没有成熟,可靠,稳定的大件。工业应用实例。

经过多年的研究和开发,常州江南电力集团已开发出一种高效,可靠,稳定的回收技术,对焦炉废气显热进行回收利用,产生大量高质量的蒸汽,并在行业中实现。该应用程序于2013年在三钢的试点测试中逐渐取得突破,并于2013年11月在三钢首次应用,并于2014年投入运行。后续技术可以作为示范技术推广和应用到整个炼焦行业在国家的指导和支持下,实现了整个行业的高效能源利用和节能减排,从而大大减少了行业的碳排放。

3显热回收技术在焦炉上升管废气中的应用

从焦炉立管中回收显热已成为近年来中国焦化企业研究和开发的热点。它主要致力于传热油套,热管,锅炉和半导体热电发电技术以回收废气。

在图2所示的传统水套方法中,我公司于2009年开始组织研发人员进行立式换热器的研究开发,以用于焦炉上升管废气的余热利用。按照传统的思维方式设计和生产一个。立管热交换器的主要特征是,它可以保持原始立管的结构。我们为热交换器设计了各种设计,最后确定了一种形式,即热交换器的外壁。设计了化学反应釜的原理。设计了半盘管。经过一段时间的试运行,由于废气的温度差异,焊缝疲劳并开裂,这表明了设计的缺陷和弊端。迄今为止,该技术已被首钢,太钢和济南钢铁的传热油技术以及眉山钢铁的单独热管技术彻底淘汰。

常州江南电力设备集团有限公司经过多年的研究和开发,经历了多次失败和反复。我们组织了化学和压力容器以及热交换器的设计和开发人员,从专业的热交换器和化学机械开始,跳出了炼焦行业的圈子,介绍了公司单晶硅生长炉的结构和技术应用,为我们带来了触发和灵感,生产过程中单晶炉的工作温度为1400°C1700°C。在如此高温的情况下,炉体需要冷却,其结构值得学习。为此,我们将单晶炉冷却系统的特殊设计与我们的热交换效果结合在一起,形成了独特的热交换器结构。三港焦化厂进行了一系列的中试,取得了突破性进展。经过五次试点测试,它取得了圆满成功。其下属的节能公司已于2014年在两个焦炉(2×65孔)中进行了工业化。在三钢的成功基础上,其子公司常州江南冶金科技有限公司进一步开发并采用了大量新的材料和新技术。经过唐山大丰焦化5.5m焦炉和沙钢集团6m焦炉的试用,掌握了大量的试验数据和经验,2014年11月与邯郸钢铁公司签订了6m焦炉立管余热回收总合同和钢铁集团,并已开始实施。因此,上升管余热利用工程有了很大的进步,成为我国唯一一家进行6m焦炉上升管余热回收利用的企业。

4焦炉上升管废气显热回收技术的实现

4.1开发导热系数高,耐腐蚀,废气寿命长的立管衬里材料

立管内衬材料是提高余热回收效率的关键技术之一。原工艺设备立管采用普通碳钢材质,内壁内衬耐火砖。更换余热回收装置后,内壁不能再衬耐火砖,否则导热效率极低。这样,装置内壁直接接触到高温(650℃~900℃)废气,其中含有氧气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氢气、甲烷、水蒸气和芳香烃,在这种温度和环境下,钢在高温下烧蚀,不能满足工作条件的要求。如果使用内筒材料,只能使用耐高温腐蚀的特殊合金钢,如哈司特合金120级钢,但价格会大幅上涨。其中一个研究课题是消除耐火砖,并对材料内壁进行处理,其要求是:(1)耐高温H2S、CO2、渗碳、渗氮腐蚀;(2)耐高温氧化;(3)耐高低温性;(4)抗外部冲击性(内壁需要机械清洗和吹气沉积石墨);(5)降低成本。传统的要求是控制废气温度不低于500℃,避免提升管内壁石墨过长。项目可控制在400℃以上,石墨生长速率低于原常规生产方式。

4.2稳定、可靠、高效传热形式的研究与选择

在废气的热量通过钢制内缸的内壁输出到外壁之后,需要一种良好的导热介质来快速从外壁吸收热量并提供水以进行汽化。因为立管的高度只有大约2m,并且废气以相对较快的速度通过内筒,所以整个导热过程必须很快,以最大程度地从废气中回收废热。因为钢的热导率为80W/m.K,所以介质的热导率必须大于80W/m.K,且越大越好。但是同时,必须将导出的原料气的温度控制得不太低,以免冒口的内壁生长得太快。经过多次测试和计算,最终确定了特殊结构的传热方式。中试结果表明,传热方式满足以上要求。

4.3低热应力换热系统结构的研究与选择

废气迅速通过热交换器的内壁后,必须尽快通过热交换器将热量传递给水,以进行汽化和吸收热量。由于热交换器也是由钢铁制成,因此其导热系数与内管的导热系数相同,因此必须增加其传热面积,只有其传热面积大于内管外壁的传热面积。管。热量可以快速有效地传递。为了将具有较大传热面积的热交换器布置在直径为400-500mm的圆形环形腔中,其结构必须非常紧密且紧凑。由于设备内部和外部之间的温差较大,因此温度范围从室温到900°C,蒸汽-水混合物的压力将达到0.6 MPa,并且气相和液相之间存在热交换。热膨胀和热应力将严重影响热交换系统和整个废热利用系统。因此,热交换系统的结构设计必须具有消除热应力的能力,否则会损坏热交换装置的结构,无法长期有效使用。

目前,已经开发出解决上述问题的技术措施。水蒸气在整个热交换部件的内桶和外桶之间的封闭空间中在管道中流动,压力小于1 MPa。通过特殊连接,不存在泄漏和爆管的问题。它已经通过了中试,并已进行了翻新。

4.4选择并开发合适,可靠且可控的水循环系统,蒸汽循环系统和控制管理系统

为了确保工业应用系统的稳定和有效运行,供水系统和蒸汽循环系统需要可靠,可调节和可监控。同时,控制管理系统必须实时监控系统中的水质,水和蒸汽温度,流量和压力。和系统控制。为了确保系统的安全性,还需要建立集中的运行管理系统,例如故障诊断和安全警报,以便系统监视和控制一系列参数,例如蒸汽压力,温度和临界流量。

显热回收技术对炼焦炉上升管废气的5种好处

5.1炼焦炉上升管废气显热回收利用装置改造技术指标

废气显热利用率为30%至40%,达到国内外先进水平。

吨焦炭产生的蒸汽高达0.10吨,平均温度为158°C,压力为0.6 MPa。

它可以实现工业化的长期稳定运行,操作维护简单,维护成本低。使用寿命超过5年,投资回收期约2年。

焦化过程的能耗降低了10kg标准煤/吨焦炭。

5.2项目研发对行业节能减排的意义

经过这三种钢的一年以上的运行,废热回收和利用焦炉的经济效益显着提高:在高温废气的废热回收后,至少有0.6 MPa的饱和蒸汽可以产生约0.08-0.1吨/吨焦炭。 5.5m和6m焦炉的应用前景将更加广阔,为行业和国家的节能减排做出更大贡献。

5.3环境保护

本项目的原料及中间产品均为“水-汽-水”,水-液两相封闭,无废气。故障时只有少量蒸汽泄漏。

本项目的原料及中间产品均为“水-汽-水”两阶段封闭循环,污水量少。最大出水量为0.5t/h,水质优于焦化厂循环水补给水。因此,将其作为循环水系统的补充水排入炼焦厂的循环水系统。该项目没有外部废水排放。

5.4增量收益

废气温度降低约300℃,氨水,循环水,冷冻水的消耗量降低40%;每个立管单元每小时产生的蒸汽量为0.10吨,而炼焦过程的能耗降低了10 kg。

6结论

常州江南冶金科技有限公司从事焦炉显热和余热的回收利用,以节能降耗的理念为指导进行节能减排的研究与开发与实践。深化和提升传统节能降耗工作。循环经济的作用很重要。通过实践,我们相信我公司开发的炼焦炉上升管废气显热余热回收系列技术和设备填补了焦化行业节能降耗的空白。这些技术和设备在生产,经济和环境保护方面都非常可行,是焦化企业的最佳选择。特别是,它符合国家节能减排的新政策,对促进“十二五”规划的目标将起到一定的作用。

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