焦?fàn)t煙氣余熱回收技術(shù)及應(yīng)用

鄭 雯

煤炭資源是我國(guó)重要的礦業(yè)資源，十分珍貴且不可再生，在焦化廠的實(shí)際生產(chǎn)過程中，煤炭在焦?fàn)t中燃燒的同時(shí)會(huì)向大氣中不斷持續(xù)排放300℃以上的焦?fàn)t煙氣，不但造成了大量的熱量資源浪費(fèi)，而且在焦?fàn)t煙氣中混雜著的大量污染物會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，影響“綠水青山就是金山銀山”環(huán)保理念在實(shí)際生產(chǎn)中的貫徹落實(shí)。在如今低碳環(huán)保理念的不斷貫徹落實(shí)下，國(guó)家和政府提出了更為嚴(yán)苛的要求，對(duì)我國(guó)焦化行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響，所以如何做好節(jié)能減排成為檢驗(yàn)焦化企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)發(fā)展是否具備環(huán)保理念的重要指標(biāo)之一。當(dāng)下科技水平迅猛發(fā)展，焦化行業(yè)中不斷涌現(xiàn)出更多的新興技術(shù)，例如近年來的熱管技術(shù)在焦化實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)了焦化行業(yè)的煙氣余熱回收進(jìn)程。如何正確將煙氣中的余熱進(jìn)行回收，對(duì)于有效節(jié)省煤炭資源、降低熱污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境都有著重要意義。

1 焦?fàn)t煙氣余熱資源相關(guān)概述

焦?fàn)t煙氣余熱資源是焦化廠實(shí)際生產(chǎn)過程中所排放出的煙氣中的高溫?zé)嵩?，由于是?shí)際生產(chǎn)過程之外的熱量排放，所以屬于余熱資源。隨著我國(guó)推行的環(huán)保政策和節(jié)能減排理念的落實(shí)，對(duì)于焦?fàn)t煙氣余熱回收和煙氣排放污染處理也受到更高的重視。焦?fàn)t煙氣是焦?fàn)t燃燒過程中產(chǎn)生的氣體，煙氣余熱資源的有效回收可以解決資源浪費(fèi)現(xiàn)象，例如在一個(gè)焦化廠每年生產(chǎn)3 億噸焦炭，在生產(chǎn)焦炭的過程中焦?fàn)t廢氣溫度會(huì)一直在250℃上下徘徊，熱量流失嚴(yán)重，因此對(duì)其煙氣的余熱回收具有重大意義，在實(shí)際進(jìn)行的焦炭生產(chǎn)過程中，雖然一般來看大部分的焦化廠在設(shè)計(jì)初期都會(huì)考慮到廢氣余熱的回收和利用，但為了更好的保障實(shí)際生產(chǎn)效率，在實(shí)際生產(chǎn)的過程中往往總煙道排出的焦?fàn)t煙氣的溫度會(huì)長(zhǎng)期超過350℃，進(jìn)而導(dǎo)致能源的大量浪費(fèi)，并且伴隨著未被處理的廢氣大量排放，對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際生態(tài)環(huán)境也會(huì)帶來一定程度的破壞。所以對(duì)焦?fàn)t煙氣余熱資源進(jìn)行回收利用，并對(duì)煙氣中的有害氣體進(jìn)行處理，除有效做到節(jié)能減排、降低資源損耗外，還會(huì)獲得額外收益。在煙氣余熱回收裝置的實(shí)際運(yùn)行過程中，技術(shù)人員通過在煙氣余熱回收裝置安裝前，構(gòu)建煙氣溫度與時(shí)間之間的關(guān)系式，并參考關(guān)系式中非穩(wěn)態(tài)的分布特性，制定以此為基礎(chǔ)的針對(duì)性策略，進(jìn)而開發(fā)出具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性的熱源和調(diào)配余熱回收裝置，并從生產(chǎn)實(shí)際中參考到實(shí)際余熱回收要求對(duì)相關(guān)設(shè)備的參數(shù)做到及時(shí)調(diào)整，該方案對(duì)于有效助推焦化廠實(shí)際生產(chǎn)具有重要作用。

2 焦?fàn)t煙氣余熱回收技術(shù)相關(guān)分析

2.1 焦化廠余熱回收技術(shù)應(yīng)用背景

焦化廠的實(shí)際工作是將煤炭進(jìn)行加工，煉制成焦炭等更為廣泛使用的資源，焦炭是冶煉鋼鐵時(shí)不可缺少的必需品。焦?fàn)t煙氣是指焦?fàn)t中煤氣燃燒后產(chǎn)生的廢氣等，由于廢煙氣會(huì)帶走大量的熱能資源，所以焦?fàn)t在實(shí)際生產(chǎn)過程中的熱效率一般都在60%左右，因此做好焦化廠的煙氣余熱回收對(duì)于幫助企業(yè)提高收益有非常重要的意義。而從大氣污染的角度進(jìn)行分析，煙氣中主要污染物成分為硫、氮的氧化物等，2012年6月國(guó)家相關(guān)部門頒布的GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定了焦化行業(yè)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，其中關(guān)于SO2和NOx排放限值方面有著更為嚴(yán)苛的要求，伴隨著近年來國(guó)人的整體環(huán)保意識(shí)不斷提高，國(guó)家也出臺(tái)了相應(yīng)大量環(huán)保政策，對(duì)于SO2和NOx等大氣污染物在焦化廠實(shí)際生產(chǎn)過程中的排放提出了更高要求。

焦?fàn)t煙氣余熱回收技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)階段我國(guó)的焦化廠生產(chǎn)過程中，對(duì)有效保障焦化廠實(shí)際收益起重要作用，是焦化廠有效節(jié)約生產(chǎn)資源，提高收益的有效措施，例如在以下實(shí)際生產(chǎn)過程中：現(xiàn)有某焦化廠年產(chǎn)100 萬噸焦炭，未進(jìn)行煙氣余熱回收改造之前，其煙囪實(shí)際排出廢煙氣的溫度在300℃上下，煙氣余熱浪費(fèi)所產(chǎn)生的資源損耗量已經(jīng)占到了實(shí)際焦?fàn)t總能耗的25%以上，且在煙氣進(jìn)行排放的實(shí)際過程中缺乏合格的尾氣處理裝置，導(dǎo)致在進(jìn)行煙氣排放的過程中其中的二氧化硫和氮氧化物含量嚴(yán)重超標(biāo)，難以符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定要求，所以為有效保障其煙氣排放符合國(guó)家的要求，并在一定程度上降低焦化廠的實(shí)際能源損耗，一套能夠有效進(jìn)行煙氣余熱回收和節(jié)能減排的裝置對(duì)于解決現(xiàn)狀起重要作用。

2.2 煙氣余熱回收一體化技術(shù)概述

現(xiàn)階段較為廣泛使用的焦?fàn)t煙氣余熱回收的技術(shù)為將焦?fàn)t煙氣先通過脫硝裝置進(jìn)行煙氣脫硝，再將煙氣通過氣汽換熱器進(jìn)行余熱回收，然后經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)將煙氣進(jìn)行增壓處理，增壓后的煙氣進(jìn)入濕法脫硫裝置進(jìn)行脫硫，最后將處理好的煙氣向大氣進(jìn)行排放。這類技術(shù)可以有效解決目前焦化廠在實(shí)際生產(chǎn)過程中所造成的余熱浪費(fèi)和環(huán)境污染現(xiàn)象，在煙氣進(jìn)行換熱過程中可以對(duì)煙氣中的余熱做到有效的回收，這部分回收的熱量可以反過來促進(jìn)焦化廠生產(chǎn)或者應(yīng)用于冶鐵煉鋼過程，可以有效降低生產(chǎn)資源的整體消耗。

2.3 煙氣余熱回收系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

在余熱回收和尾氣處理系統(tǒng)的支撐下，熱煙氣的冷卻與水氣液態(tài)的轉(zhuǎn)化均在熱管外部進(jìn)行，相較于傳統(tǒng)模式的煙氣余熱回收更為強(qiáng)化了傳熱效率和換熱效率，并且真正做到了熱煙氣系統(tǒng)與汽水系統(tǒng)之間的獨(dú)立，有效保障了系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中的安全性。除此之外，整個(gè)余熱回收系統(tǒng)在技術(shù)上還具有以下幾類特點(diǎn)：

（1）通過對(duì)焦化廠煙氣特征參數(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)有效利用焦?fàn)t煙氣余熱的方法有以下幾種：一是利用煙氣的熱量用來產(chǎn)生熱飽和蒸汽，將煙道內(nèi)的煙氣經(jīng)過氣汽換熱器進(jìn)行有效降溫后，用其溫度制成飽和蒸汽，雖然這類方式的余熱利用率較低，但由于其設(shè)備的安裝，維修和處理的要求較低，適用于總生產(chǎn)量較低的中小型焦化廠。二是通過煤炭原料與焦?fàn)t煙道進(jìn)行直接接觸而產(chǎn)生熱量的交換，從而對(duì)煉焦煤的濕度進(jìn)行合適的調(diào)整，此類方法有著遠(yuǎn)超其他方式的余熱利用率，但是對(duì)于除塵器的整體要求和后期維護(hù)要求較高，適用于總產(chǎn)量較高的大型焦化廠。三是煤氣發(fā)電，由于在實(shí)際進(jìn)行的焦?fàn)t生產(chǎn)過程中焦?fàn)t的煙道廢氣存在著溫度高低不定，波動(dòng)幅度較大的情況，所以將剩余的煤氣提供煙氣，進(jìn)而提高蒸汽參數(shù)進(jìn)行發(fā)電，該技術(shù)在一定程度上可以有效對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中的低壓飽和蒸汽的利用問題進(jìn)行解決，但相較于其他兩種方式，其經(jīng)濟(jì)適用性還有待提高。而對(duì)實(shí)際焦化廠進(jìn)行的熱飽和蒸汽法進(jìn)行煙氣余熱回收的基本流程進(jìn)行分析可知，其整體煙氣余熱回收系統(tǒng)主要有軟化水設(shè)備、水箱、軟水泵、除氧器、中溫?zé)峁苷羝l(fā)生器、鍋爐給水泵、低溫?zé)峁苷羝l(fā)生器、省煤器、控制儀表、鍋爐引風(fēng)機(jī)及部分管道等組成。而在實(shí)際進(jìn)行的工業(yè)生產(chǎn)過程中，所需要使用的軟化水會(huì)借由軟水泵輸送到除氧器中進(jìn)行操作，除氧水的一部分會(huì)經(jīng)過水泵輸送到省煤器中進(jìn)行預(yù)熱，而后進(jìn)到汽包。經(jīng)過處理的水會(huì)經(jīng)由下降管流入中溫的熱管蒸汽發(fā)生器，吸收熱量后會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡退缓笤俳?jīng)過上升管進(jìn)入汽包，進(jìn)行水汽分離，最終產(chǎn)生0.4MPa 的飽和蒸汽進(jìn)入蒸汽母管。該方法的使用需要先在地下的煙道頂部進(jìn)行開孔處理，進(jìn)而將高溫的煙氣從地下引出，經(jīng)過余熱鍋爐進(jìn)行熱量回收之后將低溫的煙氣再通過引風(fēng)機(jī)送回到煙囪內(nèi)部，進(jìn)而向大氣進(jìn)行排放。以上幾種方法是業(yè)內(nèi)現(xiàn)階段較為廣泛使用的幾種煙氣余熱回收方式，每種方式都具有著不同的特點(diǎn)和較為適用的環(huán)境，有效推動(dòng)了我國(guó)焦化廠焦?fàn)t煙氣余熱回收進(jìn)程。

（2）SO2和NOx的減排技術(shù)可從燃燒前的準(zhǔn)備、燃燒中的溫度控制和燃燒后尾氣處理三個(gè)方面入手，煙氣脫硫脫硝技術(shù)從整體上來看屬于燃燒后的減排技術(shù)。目前科技水平有限，缺乏能有效進(jìn)行煙氣脫硫脫硝的技術(shù)，所以企業(yè)通常會(huì)分別建立脫硫與脫硝裝置。焦?fàn)t煙氣余熱回收技術(shù)目前大多采用熱管式鍋爐，利用焦?fàn)t加熱燃燒后的煙道廢氣進(jìn)行換熱，回收煙氣中40%以上的余熱，并用于焦?fàn)t生產(chǎn)過程中的加熱工段等。不但可以降低焦?fàn)t工藝的能源消耗，而且還可以明顯減少硫化物、氮氧化物的排放量。而在脫硝工藝中主要使用到的催化劑是TiO2和V2O5,在實(shí)際進(jìn)行的脫硝反應(yīng)過程中屬于傳統(tǒng)的選擇性催化還原法，在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行脫硝反應(yīng)時(shí)，由于溫度影響，會(huì)將一部分的SO2轉(zhuǎn)化成SO3，并且在適合的溫度范圍內(nèi)，被轉(zhuǎn)化成的SO3與上述反應(yīng)過程中的NH3會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成較為粘稠的固化物，該固化物會(huì)在催化劑上附著，嚴(yán)重影響反應(yīng)進(jìn)程。所以為有效保障實(shí)際生產(chǎn)中的尾氣處理效率，必須要在脫硝之前對(duì)焦化煙氣進(jìn)行嚴(yán)格的除硫處理，防止生產(chǎn)中的實(shí)際脫硝效率受到影響。在脫硫處理中，由于煙氣中的水蒸氣含量較大，如若是采用常規(guī)的濕法進(jìn)行脫硫處理，就會(huì)導(dǎo)致在脫硫處理的過程中產(chǎn)生大量的酸性液體，處理難度于無形中增大。為了保障尾氣處理效率，業(yè)界目前所采用的多為半干法脫硫，由于其反應(yīng)會(huì)令煙氣的溫度保持到50℃上下，所以從實(shí)際進(jìn)行分析，用Ca（OH）2進(jìn)行的干脫硫技術(shù)最為環(huán)保，能同時(shí)做到了脫硫和余熱回收，并且經(jīng)過對(duì)脫硫脫硝以及余熱回收整體流程的不斷探索，發(fā)現(xiàn)用Ca（OH）2進(jìn)行脫硫，其脫硫效率可以達(dá)到九成以上，并且其脫硫后的產(chǎn)物還可以用來進(jìn)行醫(yī)療石膏的制作，此類脫硫方法在實(shí)際焦?fàn)t煙氣余熱回收中應(yīng)用不但可以有效解決對(duì)于SO2和NOx等大氣污染物有效處理，還在一定程度上拓展了我國(guó)焦化廠的實(shí)際收益，對(duì)于有效促進(jìn)我國(guó)焦化廠實(shí)際發(fā)展具有較為重要的意義。

（3）熱管技術(shù)的應(yīng)用有效提高了焦化廠的煙氣余熱回收效率，熱管是煙氣余熱回收裝置中最為核心的構(gòu)件，其導(dǎo)熱性能與電學(xué)中的超導(dǎo)體類似，傳熱效率極高，導(dǎo)熱能力極強(qiáng)。根據(jù)筆者對(duì)現(xiàn)階段實(shí)際進(jìn)行的熱管余熱回收裝置進(jìn)行分析，不難了解到其主要由熱管原件通過一定的空間結(jié)構(gòu)而組成，余熱回收系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括熱管蒸發(fā)器和熱管省煤器，在實(shí)際進(jìn)行的生產(chǎn)過程中，煙氣首先通過蒸發(fā)器，而后經(jīng)過省煤器。熱管能令氣-水轉(zhuǎn)化系統(tǒng)與熱源系統(tǒng)進(jìn)行分離，使得熱流煙氣避免了直接與氣—水轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行接觸，對(duì)于有效保護(hù)氣—水轉(zhuǎn)化系統(tǒng)具有重要意義，并且該技術(shù)可以有效應(yīng)用在實(shí)際的鋼鐵廠冶鋼冶鐵工作過程中，有效幫助鋼鐵廠進(jìn)行節(jié)能減排，提高能源利用率。

（4）焦?fàn)t煙氣在通過了煙氣余熱回收裝置后可以直接向大氣中進(jìn)行排放，但在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，由于避免由于煙氣余熱回收設(shè)備可能出現(xiàn)的問題，所以必須要令原有的煙囪一直處于備用狀態(tài)，這樣就可以有效解決由于煙氣余熱回收裝置出現(xiàn)問題后的煙氣排放問題，煙道廢氣可以直接從原煙囪進(jìn)行排放，為煙氣余熱回收裝置的維修提供了便利。生產(chǎn)中必須保障實(shí)際通過余熱回收裝置的煙氣必須要比煙氣的露點(diǎn)溫度高，以此來有效避免由于溫度較低導(dǎo)致的結(jié)露現(xiàn)象對(duì)煙囪內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞，所以必須在實(shí)際生產(chǎn)過程中確保原煙囪的熱備用狀態(tài)。

3 焦?fàn)t煙氣余熱回收的實(shí)際效益分析

通過探索焦?fàn)t煙氣余熱回收裝置的合理性，我們了解到積極采用高性能熱管技術(shù)對(duì)焦?fàn)t煙氣余熱進(jìn)行回收，可以有效的將煙氣余熱中的能量進(jìn)行回收利用，該系統(tǒng)將高性能熱管技術(shù)運(yùn)用的淋漓盡致，并且將余熱回收裝置的系統(tǒng)完善到了一個(gè)非常高的層次，達(dá)到了對(duì)于煙氣余熱資源的最大化回收利用。綜合實(shí)際情況來看，有效使用焦?fàn)t煙氣余熱回收可以幫助煤炭焦化企業(yè)增產(chǎn)增收，提高企業(yè)在實(shí)際發(fā)展中的核心競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)由于現(xiàn)階段煤炭資源使用情況日趨緊張，對(duì)焦?fàn)t煙氣余熱進(jìn)行回收和利用可以從實(shí)際上有效減少能源浪費(fèi)現(xiàn)象，同時(shí)還可以將煙氣余熱回收過程中加熱水所產(chǎn)生蒸汽反供給化工生產(chǎn)加工工序使用，有效做到了能源節(jié)約，并且在余熱回收體系的不斷應(yīng)用過程中，不但能夠有效降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，還能夠在很大程度上為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，所以焦?fàn)t煙氣余熱回收勢(shì)在必行。目前的焦?fàn)t煙氣余熱回收的實(shí)際應(yīng)用方向主要有以下兩方面：一是用于鋼鐵廠煉鋼煉鐵工序，由于煉鋼煉鐵過程中需要大量的熱量，保障實(shí)際產(chǎn)量需要大量的熱量提供，而焦?fàn)t煙氣直接排放溫度極高，其中有大量的余熱可以回收，故在實(shí)際進(jìn)行的鋼鐵廠煉鋼煉鐵過程中余熱回收具有重要意義，將焦?fàn)t煙氣余熱回收技術(shù)正確應(yīng)用于煉鋼煉鐵工序?qū)嶋H中，不但會(huì)有效幫助煉鋼企業(yè)減少實(shí)際生產(chǎn)過程中所必須的能源損耗，還會(huì)有效幫助企業(yè)間接提高經(jīng)濟(jì)收益，有效幫助煉鋼企業(yè)實(shí)際發(fā)展。二是應(yīng)用于焦化廠實(shí)際生產(chǎn)，焦化企業(yè)的工作是進(jìn)行煤炭焦化生產(chǎn)，與鋼鐵廠煉鋼煉鐵相似，在實(shí)際生產(chǎn)的過程中需要較為充裕的供熱，故回收煙氣余熱對(duì)于有效幫助焦化廠減少實(shí)際消耗起重要作用。例如在進(jìn)行實(shí)際的焦化煙氣余熱回收過程中：設(shè)某一焦化廠實(shí)際生產(chǎn)過程中煙氣溫度保持在300℃上下，通過煙氣余熱回收系統(tǒng)有效將溫度降低到200℃，在此過程中如果不考慮到能量傳遞過程中的損耗，則每年這部分所回收的能源所造成的實(shí)際收益就十分可觀，有效推動(dòng)我國(guó)焦化廠焦?fàn)t煙氣余熱回收進(jìn)程，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展起重要意義。

4 結(jié)語

焦化行業(yè)是依據(jù)不可再生的煤炭為生產(chǎn)資源，未來的發(fā)展空間勢(shì)必會(huì)受到資源的限制，并且由于這類不可再生資源在消耗的過程中會(huì)對(duì)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，所以有效實(shí)行節(jié)能減排十分必要，但從企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際來看，這類節(jié)能減排政策的實(shí)施會(huì)在一定程度上影響企業(yè)生產(chǎn)，故更為先進(jìn)的節(jié)能減排和廢棄煙氣回收技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中起重要作用。通過對(duì)余熱回收一體化流程進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，使得某焦化廠焦?fàn)t煙道氣主要污染物SO2濃度降低到30mg/m3，脫硫率到達(dá)90%；NOX濃度降低到150mg/m3，脫氮率到達(dá)85%，幫助相關(guān)企業(yè)的焦化廠在進(jìn)行煙氣處理后真正達(dá)到了GB16171-2012 中的具體要求和規(guī)定，同時(shí)將排煙溫度降低到175℃以下，產(chǎn)生蒸汽13t/h，在有效保障了回收余熱的利用率的同時(shí)還對(duì)國(guó)家所要求的相關(guān)大氣廢氣污染物進(jìn)行了有效的解決。而我國(guó)相關(guān)企業(yè)工作者不斷探索和研究焦化廠煙氣余熱回收技術(shù)，不但可以有效降低焦化企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)成本的同時(shí)拓展收益，還可以有效幫助提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，還是有效貫徹“綠水青山就是金山銀山”理念的舉措之一，在一定程度上降低煤炭使用過程中對(duì)于環(huán)境所產(chǎn)生的影響，有效落實(shí)節(jié)能減排和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)于焦化廠的實(shí)際要求，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)焦化行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和推動(dòng)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義。