焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)應(yīng)用分析

姜 崴

(山西國控環(huán)球工程有限公司,山西 太原 030024)

我國焦炭產(chǎn)量在世界范圍內(nèi)處于前列，然而整體科技水平不高，許多焦化企業(yè)面臨著虧損。我國焦炭大部分被用來煉鐵。焦?fàn)t荒煤氣攜帶著大量的熱量，不合理利用的話會造成巨大的損耗。鑒于這一現(xiàn)實情況，焦化企業(yè)要積極調(diào)整工藝結(jié)構(gòu)，優(yōu)化和完善焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)。

1 焦?fàn)t荒煤氣以及煤焦油結(jié)焦的特征

荒煤氣內(nèi)含有多種成分，不僅含有凈煤氣，還含有硫化氫、煤焦油、水分等成分。硫化氫作為荒煤氣中的成分之一，在干燥狀態(tài)下不會對金屬造成腐蝕和破壞。然而，當(dāng)焦化企業(yè)利用換熱器回收荒煤氣時，由于換熱器壁面與荒煤氣之間的溫度差異，會導(dǎo)致水蒸氣凝結(jié)或煤焦油凝結(jié)，使得可融入水的硫化氫在水蒸氣或煤焦油之中溶解，進而對換熱器的金屬壁面造成嚴(yán)重的腐蝕破壞，對設(shè)備的安全使用造成威脅，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患。煤焦油內(nèi)含有多種成分，根據(jù)沸點的高低可分為瀝青、蒽油、洗油等成分。實踐證明，煤焦油的凝結(jié)溫度為450℃，凝結(jié)之后的煤焦油會順著換熱器的避免往下流動，當(dāng)流動到換熱器的底部時，凝結(jié)后的煤焦油在炭化室的高溫輻射下得到再一次分解，其中煤焦油中的固體成分將在換熱器表面附著，導(dǎo)致積碳現(xiàn)象。當(dāng)換熱器避免的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤焦油的溫度時，煤焦油會迅速冷凝成為結(jié)焦，這些現(xiàn)象都是制約焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)發(fā)展的難題，攻克焦?fàn)t上升管換熱器運行問題有助于促進荒煤氣余熱回收技術(shù)的發(fā)展。結(jié)焦周期內(nèi)荒煤氣的流量變化溫度變化具有一定聯(lián)系。在一個結(jié)焦周期內(nèi)，荒煤氣的產(chǎn)量呈持續(xù)遞減狀態(tài)，而溫度則是先升后降，荒煤氣與溫度之間的具體關(guān)聯(lián)與焦?fàn)t的加熱程序密不可分。影響換熱器工作效率和安全性的因素有很多，其中焦?fàn)t荒煤氣流量與溫度之間的周期性變化會導(dǎo)致?lián)Q熱器壁面出現(xiàn)周期性熱應(yīng)力現(xiàn)象，致使換熱器內(nèi)避免出現(xiàn)疲勞破壞現(xiàn)象。焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)涉及到多個環(huán)節(jié)，相關(guān)工作人員不僅將換熱器熱膨脹問題處理到位，還要將換熱器運行狀態(tài)下的內(nèi)壁溫度進行科學(xué)有效的控制，讓換熱器內(nèi)壁的溫度能夠穩(wěn)定在確定的區(qū)間范圍內(nèi)，有效避免由于熱應(yīng)力波動導(dǎo)致的換熱器損壞。

關(guān)于煤焦油結(jié)焦現(xiàn)象的研究有很多，這些科學(xué)研究有利于推動荒煤氣應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。結(jié)合科學(xué)研究者的論證結(jié)果以及焦油的本質(zhì)屬性，工作狀態(tài)下的荒煤氣換熱器壁面溫度要處于適宜狀態(tài)，不宜溫度過低，當(dāng)換熱器壁面溫度過低時，煤焦油會發(fā)生凝結(jié)反應(yīng)，使得凝結(jié)后的煤焦油在換熱器內(nèi)壁附著，產(chǎn)生不宜清理的焦油渣。同時，當(dāng)經(jīng)過冷凝后的焦油順著換熱器壁面向下流動時，會受到炭化室高溫輻射的影響，導(dǎo)致焦油再一次被分解，而殘留下的固體成分會導(dǎo)致?lián)Q熱器壁面出現(xiàn)積碳現(xiàn)象，給換熱器的正常使用造成影響。鑒于這一現(xiàn)實情況，在應(yīng)用焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)時，荒煤氣換熱器底部應(yīng)該被放置導(dǎo)油槽，以有效緩解換熱器進口處的積碳問題。

2 淺析荒煤氣余熱回收技術(shù)

我國荒煤氣余熱回收基礎(chǔ)還處于發(fā)展階段，要需要進一步完善和優(yōu)化。當(dāng)前越來越多的焦化企業(yè)和科研機構(gòu)關(guān)注荒煤氣余熱回收工作，并開展了一系列的研究和探索，以期能促進焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)的發(fā)展?？v觀荒煤氣余熱回收技術(shù)的發(fā)展，其主要分為換熱技術(shù)以及直接利用技術(shù)。

利用焦?fàn)t上升管安裝余熱鍋爐以實現(xiàn)荒煤氣顯熱回收的做法始于日本，然而這一技術(shù)存在明顯的缺陷，實驗并未進行下去。蘇聯(lián)哈爾科夫煉焦廠利用在上升管上安裝水套的方式進行工業(yè)化的上升管廢熱實驗，試圖借助強制循環(huán)將采暖水加熱。這一技術(shù)在具體操作時存在諸多困難，在工業(yè)領(lǐng)域并未得到大范圍的推廣和普及。我國作為最早開始研究荒煤氣汽化冷卻技術(shù)的國家，早在20世紀(jì)70年代便開展了上升管汽化冷卻實驗，并運用到實際生產(chǎn)之中。早期的上升管汽化冷卻裝置通過在上升管外壁焊接的夾套，并將軟水注入夾套下部，以實現(xiàn)荒煤氣熱量的轉(zhuǎn)換。由于早期的上升管汽化冷卻裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計尚不完善，在實際應(yīng)用中容易出現(xiàn)漏水問題。針對技術(shù)層面上的不足，相關(guān)工作人員進行了一系列的改革創(chuàng)新，將上升管結(jié)構(gòu)由最初的平板型封頭調(diào)整為翻邊型封頭和U型封頭，這一舉措有效改善了上升管焊接縫處易漏水的問題。結(jié)焦問題是制約荒煤氣余熱回收的另一個因素，在使用過程中，換熱器底部容易出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)焦問題，嚴(yán)重時會造成上升管通道堵塞。與此同時，若換熱器內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)焦問題，會使得加熱器內(nèi)避免的傳熱能力受阻，進而嚴(yán)重影響傳熱效率。導(dǎo)熱油夾套技術(shù)作為水夾套技術(shù)的革新，利用高溫導(dǎo)熱油有效改善換熱器內(nèi)壁的溫度問題，緩解由于換熱器內(nèi)壁溫度過低而導(dǎo)致的壁面結(jié)焦現(xiàn)象，從而有效改善嚴(yán)重的結(jié)焦問題。與此同時，導(dǎo)熱油可以作為換熱介質(zhì)降低夾套的運行壓力。然而，導(dǎo)熱油夾套技術(shù)在運行過程中也暴露出了不少問題，如環(huán)境污染問題、油品質(zhì)量問題以及費用問題等。隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進步和完善，焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)正逐步完善，同時也存在許多不足?？蒲腥藛T要正式技術(shù)存在的不足，逐個擊破阻礙焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)發(fā)展的難題。

熱管式荒煤氣余熱回收技術(shù)最早在梅鋼進行試點實驗。根據(jù)陳小蕓的研究報告顯示，熱管式荒煤氣余熱回收技術(shù)在運行三到四天之后，荒煤氣的出口溫度略高于實驗設(shè)計值，換熱管表面依然會出現(xiàn)焦油冷凝現(xiàn)象，致使導(dǎo)熱效率不佳。直接利用技術(shù)是焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)的另一種方式，具有工藝流程略長的特點，適用于現(xiàn)代化的焦化生產(chǎn)企業(yè)。直接利用技術(shù)作為科學(xué)有效的技術(shù)手段，一方面可以利用部分氧化裂解制氫，一方面可以利用裂解生產(chǎn)合成氣。高溫荒煤氣在進入反應(yīng)器之后會產(chǎn)生氧氣和蒸汽，讓荒煤氣中大部分的焦油得到氧

化，通過采用科學(xué)有效的提純技術(shù)，能夠?qū)錃馓崛〕鰜?，這種制氫方式能夠有效降低成本，提高經(jīng)濟效益。高溫荒煤氣在進入熱裂解爐之后能夠?qū)⒔褂汀?、萘等有機物裂解為一氧化碳和氫氣為主的合成氣體，進而將其生產(chǎn)為合成氨、甲醇、二甲醚等，還可以直接生產(chǎn)還原鐵。為了有效克服加熱器內(nèi)壁面結(jié)焦的問題，不少研究者致力于研究可用于換熱器內(nèi)壁的不粘涂層技術(shù)。關(guān)于換熱器涂層技術(shù)的研究，要關(guān)注涂層能否有效解決換熱器的結(jié)焦問題和腐蝕問題，以及是否具有良好的導(dǎo)熱性能。陳光等人在研究中對比了具有納米不粘涂層的金屬與沒有涂層的金屬，經(jīng)過實驗，兩者的導(dǎo)熱性能基本一致。關(guān)于焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)還處于發(fā)展階段，還需要進一步的優(yōu)化和創(chuàng)新。

3 總結(jié)

本文簡要論述了焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)。換熱器技術(shù)適用于當(dāng)前焦化企業(yè)的荒煤氣余熱回收，通過調(diào)整換熱器能夠有效延長換熱器的使用年限，克服換熱器泄露這一難題；根據(jù)荒煤氣、焦油特點研制的新型涂層能夠有效處理上升管換熱器結(jié)焦腐蝕的難題，有助于促進焦?fàn)t荒煤氣上升管換熱器的發(fā)展?？v觀我國上升管換熱器技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)低壓水蒸氣是國內(nèi)企業(yè)應(yīng)用最為普遍的方式，應(yīng)用工藝相對單一，亟待創(chuàng)新和優(yōu)化。縱觀焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)的發(fā)展，焦化企業(yè)要重視荒煤氣換熱器的安全問題以及換熱效率，完善荒煤氣換熱器的安全監(jiān)測技術(shù)，優(yōu)化荒煤氣換熱技術(shù)，有效延長換熱器的使用年限，增強換熱器的安全性能。

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