焦爐荒煤氣顯熱回收利用技術的應用

武躍

（河北鋼鐵集團宣鋼公司，河北張家口 075100）

引言

焦化廠是產生二次能源最多的工序，煉焦過程更是典型的能源再加工和再利用的環(huán)節(jié)，而焦炭、荒煤氣是煉焦工藝的最主要能源產物。目前，河鋼宣鋼已將焦炭顯熱應用到干熄焦設備發(fā)電上，但是面對從焦爐炭化室溢散的荒煤氣顯熱卻多年未回收利用。荒煤氣溢散攜帶著巨大的熱能，若能將這部分熱能充分應用在發(fā)電設備上，將極大提高河鋼宣鋼發(fā)電效率，降低購電成本。

1 現狀分析

焦煤在焦爐炭化室隔絕空氣加熱干餾期間產生大量荒煤氣，這部分荒煤氣溢散溫度基本維持在650～800 ℃，攜帶著巨大熱能。目前，河鋼宣鋼焦化廠5#6#焦爐煉焦工序產生的荒煤氣，經炭化室溢散通過上升管進入到橋管，被70～75 ℃的循環(huán)氨水持續(xù)噴灑冷卻，待荒煤氣溫度下降到75 ℃左右再進入到煤氣初冷器，此時再利用低溫冷卻水吸收荒煤氣顯熱，直至荒煤氣顯熱溫度維持在21 ℃，再經過一系列裝備設施生產出凈煤氣和其他化工產品[1]。由此可見，焦爐溢散的荒煤氣到被利用生產化工產品的巨大顯熱被循環(huán)氨水冷卻吸收，這既造成荒煤氣熱能的損失，同樣加大了水資源、能源的浪費。

焦爐荒煤氣冷卻工藝流程見圖1。

圖1 河鋼宣鋼5#6#焦爐荒煤氣冷卻工藝

2 改造優(yōu)化方案

2.1 總體思路

在5#、6#焦爐原有基礎上配以一組兩座6 m 高50 孔上升管系統(tǒng)，輔以相應的供水、輸氣、汽包和控制系統(tǒng)?；舅悸肥牵柚上ń钩跛鳛榛拿簹怙@熱回收的關鍵媒介，除氧水通過除氧器、水泵送入到汽包中，再由汽包中的強制循環(huán)泵壓入送到上升管換熱器吸收荒煤氣顯熱，所形成的氣液混合物再次返回到汽包中，經汽包汽水分離器產生飽和蒸汽，這部分飽和蒸汽通過連接的蒸汽管網，進入到發(fā)電系統(tǒng)。

2.2 技術方案

(1)工藝技術

5#、6#焦爐焦煤氣顯熱回收利用的基本介質就是除氧水，除氧水在補水泵作用下進入到緩沖水箱，充當補給原料。給水泵將緩沖水箱中的除氧水持續(xù)輸送到汽包中，且保持汽包中除氧水的定量，借助強制循環(huán)泵使除氧水不斷在汽包和上升管之間形成“汽—液”形態(tài)的循環(huán)變化。同時通過在汽包和換熱裝置之間設置的連接管，除氧水在經過下水管進入到管熱裝置吸收荒煤氣顯熱后汽化形成蒸汽，這部分蒸汽便經換熱裝置的汽管進入到汽包中，受汽包汽水分離后形成的飽和蒸汽通過連接管進入到焦化廠內部蒸汽網管，而汽包分離后的飽和水則和除氧水混合再次循環(huán)[3]。見圖2。

圖2 荒煤氣顯熱回收利用工藝流程圖

(2)供電系統(tǒng)

為防止焦化廠用電負荷波動引起的停電、導致換熱裝備斷水干燒情況，本次5#、6#焦爐荒煤氣顯熱回收供電系統(tǒng)采用一用一備兩路電源，設備負荷屬于二、三級負荷，便可通過焦化廠現有一級變電站分別向外引出兩路獨立的380 V供電電源。

（3）供水系統(tǒng)

除氧水是荒煤氣顯熱回收的基本原料，由干熄焦發(fā)電站除氧水站能夠為其提供0.4 MPa 常溫除氧水，按年回收利用荒煤氣預計消耗除氧水11.55萬t。本次5#、6#焦爐顯熱回收配置1個緩沖水槽，目的是防止除氧水供給出現問題，緩沖水槽能夠第一時間提供除氧水基礎原料。

（4）蒸汽系統(tǒng)

通過5#、6#焦爐荒煤氣顯熱回收裝置收集的汽水混合物集中到汽包中，利用汽包的汽水分離作用實現蒸汽的分離，并通過汽管輸送到焦化廠蒸汽管網。

（5）控制系統(tǒng)

為了實現5#、6#焦爐荒煤氣顯熱回收精細化管理，借助以太網數據傳輸，對工序操作中涉及的各類操作參數以工藝流程形式反饋到終端控制級應用程序上，按照操作參數重要性在畫面上顯示指示、調節(jié)、記錄、積算、報警及聯鎖等功能[4]，實現對整個工序的調節(jié)控制、數據采集處理、設備運行狀態(tài)及故障狀態(tài)顯示等功能。

3 實施效果

（1）2019 年全年荒煤氣顯熱回收蒸汽量見圖3。5#、6#焦爐應用荒煤氣顯熱回收穩(wěn)定，月均0.9 萬t?；拿簹怙@熱回收利用技術產出的蒸汽能夠直接用于發(fā)電，發(fā)電效益顯著。

圖3 2019年5#、6#焦爐荒煤氣顯熱回收產蒸汽量

（2）5#、6#焦爐荒煤氣顯熱回收技術的應用有效降低了30%氨水用量，降低用電成本約15%，按電度電費0.51 元，氨水泵電機功率220 kW。節(jié)省電費約15.03萬元/年。

220×15%×24×365×0.51/10 000=15.03

（3）5#、6#焦爐荒煤氣顯熱回收技術的應用有效降低焦爐上升管表面溫度，經過實測數據表明，焦爐爐頂上升管表面溫度溫度由200～280 ℃降低到40～60 ℃，見圖4。減少了熱輻射，改善了職工操作環(huán)境。

圖4 上升管投入前后爐壁溫度對比

4 結語

5#、6#焦爐荒煤氣顯熱回收技術的應用能夠為河鋼宣鋼年增產0.5～0.9 MPa 飽和蒸汽約11 萬t，折合節(jié)約標煤1.05 萬t，每年可以實現減排二氧化碳2.82 萬t，煉焦工序能耗下降10 kgce/t 焦以上，為河鋼宣鋼節(jié)能降耗工作做出了貢獻。