焦爐上升管余熱回收系統(tǒng)改造實踐

姚一彤 董少英

摘 要：通過新建上升管系統(tǒng)和導(dǎo)熱油系統(tǒng)，改造負壓脫苯和蒸氨系統(tǒng)，有效回收焦爐上升管余熱，作為脫苯、熔硫、蒸氨的熱源，替代脫苯管式爐、再生管式爐，對于提升焦化綠色清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排及能量高效階梯利用具有關(guān)鍵指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞： 焦爐;導(dǎo)熱油;余熱回收;上升管

引言：

焦化企業(yè)伴隨焦爐生產(chǎn)會產(chǎn)生大量熱源，其化產(chǎn)回收系統(tǒng)同樣也需要大量熱能。由于荒煤氣性質(zhì)復(fù)雜，含有多種氣體成分和雜質(zhì)，同時受煉焦安全性影響，大部分企業(yè)還沒有對荒煤氣的熱量進行回收利用。如何形成一種高效、可靠、安全的余熱回收技術(shù)，對于提升焦化綠色清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排及能量高效階梯利用具有關(guān)鍵指導(dǎo)意義。唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司經(jīng)過前期大量的分析與調(diào)研，決定采用耐高溫導(dǎo)熱油為熱載體的能源介質(zhì)供化產(chǎn)回收系統(tǒng)形成余熱供能體系。本文主要分析了該上升管余熱回收系統(tǒng)的技術(shù)方案、實施過程及創(chuàng)新點等。

1? 技術(shù)方案及實施過程

1.1? 總體技術(shù)方案

I期和II期焦爐上升管余熱均回收導(dǎo)熱油，回收上升管余熱后導(dǎo)熱油集中后，再分配給I期負壓脫苯、II期負壓脫苯、I期蒸氨和II期蒸氨系統(tǒng)使用。同時考慮備用導(dǎo)熱油加熱爐、備用過熱蒸汽加入等輔助補充熱量措施以及蒸汽發(fā)生器等補充移熱手段。項目實施共包括四個主要內(nèi)容：新建上升管系統(tǒng)、導(dǎo)熱油系統(tǒng)及負壓脫苯改造、蒸氨改造。

1.2? 實施內(nèi)容

通過實施6根上升管余熱小試，工業(yè)試驗測定系統(tǒng)參數(shù)，依據(jù)小試數(shù)據(jù)計算熱量平衡，驗證系統(tǒng)安全性和可行性。結(jié)合設(shè)計廠家，完成系統(tǒng)優(yōu)化及能量高效階梯利用設(shè)計，形成施工方案。完成1期上升管和導(dǎo)熱油系統(tǒng)建設(shè)和投產(chǎn)，余熱利用效果顯著，達到預(yù)期目的;實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行與回收用熱單元的匹配，降低循環(huán)氨水用量、實現(xiàn)蒸氨、粗苯尾氣零排放。

1.2.1? 新建上升管系統(tǒng)

新建上升管分I期和II期兩個系統(tǒng)，I期2座焦爐130個上升管分組并聯(lián)布置，每6個上升管為一組（DN100），共22組。II期2座焦爐120個上升管分組并聯(lián)布置，每6個上升管為一組（DN100），共20組。導(dǎo)熱油總管DN400由循環(huán)泵出口總管到焦爐機側(cè)管廊架，分別接DN300導(dǎo)熱油管到焦爐間臺，沿上升管內(nèi)側(cè)設(shè)連接支架上下布置進出導(dǎo)熱油管道，爐端臺設(shè)置連通閥，回油管道布置與進油管道相同，導(dǎo)熱油放空管道DN100布置在上升管外側(cè)，沿爐頭到放空槽。每組上升管的導(dǎo)熱油進出集合管上設(shè)置遠傳壓力和溫度儀表，在進出導(dǎo)熱油總管上設(shè)置遠傳流量表，在進油集合管上還設(shè)置了兩個安全閥，在超壓情況下導(dǎo)熱油通過安全閥排泄到儲油槽中。上升管荒煤氣的余熱回收介質(zhì)采用耐高溫導(dǎo)熱（240 ℃）。導(dǎo)熱油通過循環(huán)泵打入上升管，被高溫煤氣加熱后進入負壓脫苯、蒸氨系統(tǒng)。

1.2.2? 新建導(dǎo)熱油系統(tǒng)

考慮導(dǎo)熱油系統(tǒng)到I期1#和2#焦爐、到II期3#和4#焦爐距離盡可能均等的原則，占用負壓脫苯裝置東側(cè)雨水收集池和事故水收集池的位置（在焦爐中間，導(dǎo)熱油來去管道距離相對較短）建立集中儲油槽和泵送系統(tǒng)。

從1#、2#、3#和4#焦爐上升管返回的240℃導(dǎo)熱油送入熱油集油總管匯合，然后通過閥門調(diào)節(jié)，根據(jù)脫苯、蒸氨不同的熱負荷情況，調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油流量大小。經(jīng)過脫苯、蒸氨使用后的導(dǎo)熱油再匯入乏油總管，由泵再送往焦爐上升管加熱。

1.2.3? 負壓脫苯系統(tǒng)改造方案

負壓脫苯改造內(nèi)容具體為將脫苯塔和再生塔的管式爐取消，新建導(dǎo)熱油富油加熱器和貧油加熱器，新建再生渣油加熱器。脫苯塔貧油加熱器和再生塔渣油加熱器均采用強制循環(huán)式，同時再生工藝改為真空再生工藝。

1.2.4? 蒸氨系統(tǒng)改造

目前蒸氨系統(tǒng)已采用導(dǎo)熱油加熱，如蒸氨工藝不變，改用回收上升管導(dǎo)熱油后，直接將來自焦爐上升管的導(dǎo)熱油接入蒸氨再沸器即可，其他設(shè)備均可利舊。同時預(yù)留備用蒸汽直接和間接換熱的位置及接口，設(shè)置正常的 導(dǎo)熱油、間接蒸汽、直接蒸汽加熱方式。

2? 運行與優(yōu)化

2.1統(tǒng)籌換熱性能優(yōu)化與指標可控

在一個完整的干餾周期內(nèi)，焦爐上升管煤氣入口溫度和出口溫度基本呈同步變化，隨裝煤最低溫度 815.2 K 上升到焦炭成熟時最高溫度1074.5 K，然后開始推焦，溫度又持續(xù)降低。上升管螺旋管中導(dǎo)熱油的入口溫度由于受到整個導(dǎo)熱油系統(tǒng)的影響，有一定的波動，進出口溫差除了推焦階段有明顯變小以外（約65 K），基本溫差都維持在（ 288.1—291.3 K） 。上述結(jié)果表明，在一個結(jié)焦周期內(nèi)，上升管煤氣進出口平均溫度分別為 1001.1 K和 875.2 K，基本可以排除焦爐煤氣中焦油析出掛結(jié)的可能性。導(dǎo)熱油出口平均溫度達到 520.2 K，可以滿足脫苯裝置的溫度要求。

2.2? 以導(dǎo)熱油為熱源上升管余熱回收鼓冷工藝應(yīng)用

實施以導(dǎo)熱油為換熱介質(zhì)的焦爐上升管余熱回收技術(shù)攻關(guān)，降低了煤氣溫度減少了、降低了循環(huán)氨水噴灑量，荒煤氣溫度降低4.1 ℃、初冷器阻力平均1080 Pa。

2.3? 以導(dǎo)熱油為熱源上升管余熱回收脫苯工藝應(yīng)用

實施以導(dǎo)熱油為換熱介質(zhì)的焦爐上升管余熱回收技術(shù)攻關(guān)，替代了脫苯塔管式爐、再生管式爐加熱，避免了局部加熱及煤氣壓力波動帶來的塔底溫度波動，脫苯塔塔底溫度運行更加平穩(wěn)、循環(huán)洗油指標在保持穩(wěn)定條件下噸苯洗油消耗降低3.2 kg，脫苯塔塔底溫度范圍為226-230 ℃，整體保持穩(wěn)定，由于導(dǎo)熱油溫度可控波動范圍小，保證了脫苯塔塔頂循環(huán)洗油熱源供給穩(wěn)定、可控。

3? 效益分析

3.1? 直接經(jīng)濟效益

實施以導(dǎo)熱油為換熱介質(zhì)的焦爐上升管余熱回收技術(shù)攻關(guān)后，單個上升管高溫荒煤氣經(jīng)余熱回收（730 ℃-550 ℃），可回收熱量71077 kcal/h。共計可從焦爐上升管取出熱量8366600 kcal/h，相當(dāng)于14 t/h蒸汽。年回收熱量年回收熱量：按標煤7000 kcal/千克標煤折算，節(jié)能10470噸標煤/年。按回收熱量相當(dāng)于14 t/h蒸汽，蒸汽180元/噸計算，年節(jié)約支出為：2520萬元。

3.2? 社會效益

研究了以穩(wěn)定性可靠、傳熱效率利用率高的導(dǎo)熱油為介質(zhì)的上升管余熱利用方案論證、實驗小試、工業(yè)應(yīng)用，為焦化綠色清潔生產(chǎn)及高效階梯能源利用模式探索了新思路，擯棄了連續(xù)多年的，全年減排廢氣1.14億m?。

4? 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點

開發(fā)了導(dǎo)熱油介質(zhì)高效換熱上升管，可實現(xiàn)煤氣與導(dǎo)熱油的高效換熱。利用分組匹配設(shè)計和氮氣運行保護技術(shù)，能夠在維修及事故處理狀態(tài)下和開車時的惰性保護，并避免干燒狀態(tài)使內(nèi)筒出現(xiàn)高壁溫、油溫急劇升高和氣化導(dǎo)致的壓力驟升及導(dǎo)熱油品質(zhì)嚴重惡化及結(jié)焦，且具有運行溫度和壓力穩(wěn)定及調(diào)節(jié)和檢修的便捷性特點。

以6根上升管工藝實際工況為數(shù)據(jù)，模擬仿真并建立了導(dǎo)熱油上升管熱量匹配數(shù)據(jù)組模型，為指導(dǎo)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用及調(diào)整提供了數(shù)據(jù)支撐。

實施了高效階梯、余熱導(dǎo)熱油工業(yè)應(yīng)用，替代了傳統(tǒng)導(dǎo)熱油爐、管式爐，循環(huán)氨水用量降低240 m3/h，實現(xiàn)蒸氨、粗苯零尾氣排放，年節(jié)能標準煤10470噸。

5? 結(jié)語

實施以導(dǎo)熱油為換熱介質(zhì)的焦爐上升管余熱回收，大幅提高了焦化流程系統(tǒng)能效回收、而且對降低污? 染物排放、工藝過程智能化改進、對降低生產(chǎn)運行成本發(fā)揮積極有效的推動作用，為焦化綠色清潔生產(chǎn)及高效階梯能源利用模式探索了新思路。

（唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司，河北 唐山 063700）