焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用技術(shù)

＊劉麗麗

（山西首鋼國際工程技術(shù)有限公司 山西 046031）

焦化廠初冷器作為煉焦工藝中的重要設(shè)備，具有高能耗以及高熱效率的特點，因此，一經(jīng)研發(fā)就得到了廣泛的使用[1]。焦化廠初冷器在冷卻煤氣過程中，采用循環(huán)水和制冷循環(huán)水冷卻，對煤氣進(jìn)行冷卻中低溫循環(huán)水在中會產(chǎn)生大量余熱，為降低焦化廠初冷器能耗，針對焦化廠初冷器高溫段余熱方面的回收利用研究，一直是相關(guān)部門熱切關(guān)注的問題。結(jié)合以往針對焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用的研究中，主要通過將初冷器兩段式改為三段式的方式，回收焦化廠初冷器高溫段余熱資源，并加以利用。但傳統(tǒng)余熱回收利用技術(shù)，應(yīng)用在焦化廠初冷器高溫段中存在回收率低的問題，且回收的資源較為分散，無法綜合集中利用焦化廠初冷器高溫段余熱資源，造成焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用率低的現(xiàn)象[2]。這種設(shè)計技術(shù)取得的回收利用結(jié)果較為保守，具有較大的局限性。為此，有必要對焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用技術(shù)展開優(yōu)化設(shè)計。通過設(shè)計一種新型焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用技術(shù)，致力于從根本上提高焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用率，為焦化廠初冷器高溫段的節(jié)能降耗提供技術(shù)支持。針對本文設(shè)計的焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用技術(shù)具體研究內(nèi)容，如下文所述。

1.焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用技術(shù)

(1)計算焦化廠初冷器高溫段耗能量

在本文設(shè)計的焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用技術(shù)中，通過計算焦化廠初冷器高溫段耗能量的方式，分析焦化廠初冷器高溫段存在的余熱資源量[2]?？紤]到在焦化廠初冷器高溫段區(qū)間，焦化廠初冷器中97%的熱量都屬于燃燒熱，因此，可以得出焦化廠初冷器高溫段余熱資源主要屬于燃燒熱所得。基于此，設(shè)焦化廠初冷器高溫段耗能量的計算表達(dá)式為q，則有公式（1）。

公式（1）中，v指的是焦化廠初冷器高溫段中煤氣的消耗總量，單位為Nm3/h；Q指的是焦化廠初冷器高溫段加熱過程中產(chǎn)生的煤氣發(fā)熱量，單位為kJ/m3；G指的是焦化廠初冷器中高溫段的平均溫度，單位為℃。通過公式（1），計算得出焦化廠初冷器高溫段耗能量，由此可見，焦化廠初冷器高溫段耗能量與上述參數(shù)具有關(guān)系。通過上述計算，可以為下階段回收焦化廠初冷器高溫段余熱提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)回收焦化廠初冷器高溫段余熱

以上文計算得出的焦化廠初冷器高溫段耗能量的依據(jù)，為實現(xiàn)焦化廠初冷器高溫段余熱回收要求，需要通過三段換熱的方式，減少焦化廠初冷器高溫段余熱流失，使焦化廠初冷器高溫段能夠形成一個閉環(huán)的現(xiàn)象，深度回收焦化廠初冷器高溫段余熱[3]?？紤]到在焦化廠初冷器中排放煙氣溫度約80℃，結(jié)合以往研究，一般情況下焦化廠初冷器高溫段冷卻水的進(jìn)口溫度為60℃，出口溫度為75℃，按照煤氣量為60000m3/h計算，冷卻水其流量大約在800m3/h。在冷卻降溫煤氣的過程中，影響其質(zhì)量最關(guān)鍵的參數(shù)就是冷卻水的溫度，必須選擇合適的冷卻水溫度，過高或過低都會影響焦化廠初冷器高溫段余熱回收效果[4]。設(shè)焦化廠初冷器高溫段余熱回收最佳冷卻水溫度的計算表達(dá)式為（2）。

公式（2）中，K指的是焦化廠初冷器高溫段蒸發(fā)水量，單位為m3/h；△t指的是焦化廠初冷器高溫段冷卻水進(jìn)口溫度與出口溫度的差值，在本文中設(shè)定為15℃。通過公式（2），得出焦化廠初冷器高溫段余熱回收最佳冷卻水溫度，以此為標(biāo)準(zhǔn)，最大限度上回收焦化廠初冷器高溫段余熱。

(3)利用焦化廠初冷器高溫段余熱

在上文研究基礎(chǔ)上，針對上述回收到的焦化廠初冷器高溫段余熱加以利用，本文采用的焦化廠初冷器高溫段余熱利用途徑為煤氣凈化工藝[5-6]。通過凈化回收到的焦化廠初冷器高溫段余熱資源，得到清潔的焦化廠初冷器高溫段余熱資源。結(jié)合以往研究表明，焦化廠初冷器高溫段余熱主要利用在供暖方面，為提高焦化廠初冷器高溫段余熱利用率，本文在焦化廠初冷器管板前添加了隔熱板，并且在每根管子的前端設(shè)置防護(hù)套管。這樣一來，在焦化廠初冷器高溫段余熱利用過程中，就能夠改善焦化廠初冷器高溫段余熱利用狀況。優(yōu)化后的焦化廠初冷器高溫段的管板結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

圖1 焦化廠初冷器高溫段的管板結(jié)構(gòu)示意圖

2.實驗與分析

(1)實驗準(zhǔn)備

實驗所用焦化廠初冷器由某公司機(jī)械廠制造，在高溫段中產(chǎn)生余熱。并根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料屬性在MATLAB仿真平臺進(jìn)行建模與實驗，焦化廠初冷器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)以及主要材料屬性，如表2所示。

表2 焦化廠初冷器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

結(jié)合表2所示，本文實驗采用加標(biāo)回收率的理論計算公式，計算兩種回收利用技術(shù)的余熱回收利用率。實驗內(nèi)容即為測試兩種回收利用技術(shù)的余熱回收利用率，余熱回收利用率越高，證明該技術(shù)的余熱回收利用效果越好。首先，使用本文設(shè)計技術(shù)回收利用焦化廠初冷器高溫段余熱，通過加標(biāo)回收率的理論計算公式，得出該技術(shù)的余熱回收利用率，記為實驗組。再使用傳統(tǒng)技術(shù)回收利用焦化廠初冷器高溫段余熱，同樣通過加標(biāo)回收率的理論計算公式，得出該技術(shù)的余熱回收利用率，記為對照組。設(shè)置實驗次數(shù)為10次，記錄實驗結(jié)果。

(2)實驗結(jié)果分析與結(jié)論

整理實驗結(jié)果，如下表3所示。

表3 余熱回收利用率對比表

根據(jù)表3可以得出，本文設(shè)計技術(shù)焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用率明顯高于對照組，證明此次設(shè)計技術(shù)在實際應(yīng)用中的有效性，具有現(xiàn)實推廣價值。

3.結(jié)束語

本文通過實驗分析的方式，證明了設(shè)計技術(shù)在實際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計的必要性。因此，有理由相信通過本文設(shè)計，能夠解決傳統(tǒng)焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用中存在的余熱回收利用率低的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對本次余熱回收利用率測定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗，進(jìn)一步提高余熱回收利用率測定結(jié)果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時，還需要對焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，以此為提高焦化廠初冷器高溫段余熱回收利用的質(zhì)量提供建議。