【焦化】焦炉荒煤气显热的余热利用

北极星环保网讯:摘要：常州江南冶金科技有限公司经过多年研发，研制出利用焦炉上升管荒煤气显热回收利用装置生产0.6～0.8MPa饱和蒸汽，此蒸汽可应用于低压蒸汽发电、煤调湿、供暖及工厂其他能源利用。利用该技术可产生较高的直接经济效益、工序能耗收益、减碳收益等，值得推广。

1 焦化厂焦炉上升管荒煤气余热回收利用的必要性

焦化厂运行过程中的热量分布如表1所示：

表1 炼焦过程中热量分布

项目 比例 属性

红焦所含显热 37 高温余热(干熄焦回收)

荒煤气带走余热 36 中温余热(有待进一步研究)

燃烧废气带走热量 16 低温余热(烟道余热回收)

焦炉炉体表面散热 11 低温余热(加强保温)

焦化厂从加煤开始到推焦，从焦炉炭化室推出的950℃～1050℃红焦带出的显热(高温余热)占焦炉支出热的37%(此部分已经由干熄焦得以解决)，650℃～850℃焦炉上升管荒煤气带出热(中温余热)占焦炉支出热的36%(此部分热量一直没有得到有效解决和利用)，180℃～230℃焦炉烟道废气带出热(低温余热)占焦炉支出热的16%(此部分已经由烟道气余热锅炉解决并利用)，炉体表面热损失(低温余热)占焦炉支出热的11%。

我们经过理论计算及中试数据(三钢集团4.3m焦炉)测试表明，焦炉上升管高温荒煤气余热回收后至少能产生0.6MPa饱和蒸汽0.08吨/吨焦，沙钢集团6.0m焦炉测试表明，焦炉上升管高温荒煤气余热回收后至少能产生0.6MPa饱和蒸汽0.12吨/吨焦，唐山达丰5.5m焦炉测试表明，焦炉上升管高温荒煤气余热回收后至少能产生0.6MPa饱和蒸汽约0.1吨/吨焦，2014年数据统计，我国焦炭产量约4.3亿吨，如将上升管全面改造，测算下来至少可回收3870万吨的0.6MPa饱和蒸汽，折合标煤约355万吨，年可减排二氧化碳量885万吨，二氧化硫26万吨，氮氧化物13万吨，节能又减排。

焦炉荒煤气的余热利用得以实施和推广，目前对治理雾霾天气和环境污染治理具有广阔前景。

2 焦化厂焦炉上升管荒煤气显热余热回收利用的进程

目前世界焦化业传统的方法是喷洒大量70℃～75℃的循环氨水，循环氨水吸热而大量蒸发，使荒煤气温度得以降低，进入后序煤化工产品回收加工工段。这样的结果是，荒煤气带出的热量被白白浪费掉，既浪费了荒煤气热能，还增加了水资源的消耗和电力的消耗，上升管荒煤气余热回收技术尚未取得实质性突破。

1970年开始，国内外都对上升管荒煤气的余热利用进行了多项次的研究和试验，夹套上升管、导热油、热管技术的应用，最终不能完全解决上升管的简体焊缝拉裂、漏水、漏汽等问题，以及上升管内部焦油和石墨的吸附问题，未及深入开发研究和使用，而搁置下来近30多年。炼焦荒煤气余热回收利用技术在我国经历了近30年的研究历程，其材料、结构不能满足现场工况要求，效率低、寿命短，关键技术没有突破，至今尚无成熟、可靠、稳定的大工业化应用实例。

常州江南电力集团经过多年的研发，已研究开发出的一种高效、可靠、稳定的回收利用新技术，回收利用焦炉荒煤气显热，产生高数量、高品质的蒸汽，并实现其在工业上的应用，逐步于2013年在三钢进行中试取得突破性进展，并于2013年11月在三钢初步应用推广，2014年投运。后续可以在国家的引导和支持下，作为示范技术，

推广应用到整个炼焦行业，实现整个行业的热能高效

利用和节能减排，从而显著降低这个行业的碳排放量。

3 焦炉上升管荒煤气显热余热回收技术的应用

焦炉上升管荒煤气显热的回收，成为近年来我国焦化企业研发的热门课题，主要集中在导热油夹套管、热管、锅炉和半导体温差发电等技术，来回收荒煤气带出热(如图1)。

图2所示的传统水夹套方式，2009年，我公司开始组织研发人员进行焦炉上升管荒煤气的余热利用的上升管换热器的研发;按照传统的思维方式设计并生产出一台上升管换热器，其主要的特征是，保持原有上升管的结构，我们对换热器的结构形式进行了多种设计，最终确定了一种形式，就是在换热器的外壁，参照化工反应釜的原理，设计了半圆盘管，经过一段时间的试运行，最终还是因为荒煤气的温差原因，造成焊缝疲劳而裂开，宣告了此种设计的缺陷性和弊端(如图2)。