焦炉烟道气余热回收利用

申孝国

（山东科泰能源科技有限公司，山东济南 250101）

节能减排

焦炉烟道气余热回收利用

申孝国

（山东科泰能源科技有限公司，山东济南 250101）

通过分析烟气成分、改造原有烟道系统，采用热管+水管组合式余热锅炉，具体热力流程为热管省煤器+水管蒸发器，进行焦炉烟道气余热回收利用，减少了温室气体和酸性气体的排放，年产生蒸汽约9.6万t，收益约1 152万元，每年节约标煤约9 300 t。

焦炉；烟道气；余热利用；回收

1 前言

焦炉加热用的焦炉煤气由外部管道架空引入。焦炉煤气经预热后送到焦炉地下室，通过下喷管把煤气送入燃烧室立火道底部与由废气交换开闭器进入的空气汇合燃烧。燃烧后的废气经过立火道顶部跨越孔进入下降气流的立火道，再经蓄热室，又经格子砖把废气的部分显热回收后，经过小烟道、废气交换开闭器、分烟道、总烟道、烟囱排入大气。废烟气温度可达到260～290℃，若直接排入大气，即会造成能源浪费且污染环境。为此，采用成熟的余热回收技术对焦炉产生的废气进行余热回收利用［1］。

2 烟道气余热回收工艺

以100万t焦炉为例，焦炉废烟气温度260～290℃，流量165 000 Nm3/h，压力-500 Pa；排烟温度160℃，蒸汽压力0.8 MPa，饱和蒸汽温度。该烟道废气为焦炉煤气燃烧产物，对空气完成预热后，自焦炉的蓄热室排出，其基本成分为CO26.36%，H2O 20.27%，O23.65%，N269.2%。焦炉加热燃烧的焦炉煤气一般经过净化处理，其中的H2S含量通常控制在≤200 mg/Nm3，燃烧产物中含有SO2，加之烟气中水蒸气含量较高，应考虑酸露点的影响，且需防止产生危害。经计算，烟气酸露点约为98.5℃。

本着合理、先进、适用、经济、可靠的原则，优化工艺流程和布置，采用先进可靠的工艺技术和自动化控制技术。

2.1 工艺布置

本技术工艺需对原有烟道系统进行改造，在地下主烟道翻板阀前开孔，将主烟道热烟气从地下主烟道引出，经余热回收系统换热降温后，将热烟气降至约160℃，经锅炉引风机再排入主烟道翻板阀后的烟气总烟道，经烟囱排空。工艺布置见图1。

图1 焦炉烟道气工艺布置

1）余热锅炉烟气进口管道部分。在焦炉原有的地下烟道上，烟道闸板阀前面位置，开出1个烟道孔，将制作好的烟气管道吊装放置在开口处，用耐火浇注料浇注，保证密封。同时另一端和连接余热锅炉进口的主烟气管道进行焊接。另外，在引出烟道上各安装一台电动蝶阀，用来实现烟气的切换。

2）余热锅炉出口烟气管道部分。焦炉烟气通过余热锅炉降温后经引风机送入位于主烟道翻板阀后的烟气总烟道内，经烟囱排空。引风机入口设有风门，引风机采用变频调速，以调节烟气流量，保证焦炉生产正常运行。

2.2 余热回收设备选用

针对烟气低温、洁净、且蒸汽参数较低的特点，余热回收设备可选用常规余热锅炉和热管余热锅炉，二者皆有优缺点。

为尽可能多回收烟气余热，锅炉设计需采用阶梯式余热回收方式，即由锅炉烟气入口高温段至锅炉烟气出口低温段分别设置过热器（如需要）、蒸发器、省煤器，以实现最大限度的能量回收，发挥锅炉最大产汽能力。锅炉受热面腐蚀原因主要是受热面管壁温度低于烟气酸露点温度（一般不超过125℃），故设计时需严控管壁温度在酸露点以上，以避开酸腐蚀温度区［2］。蒸发器管壁温度约等于饱和温度，这与锅炉产汽压力息息相关，由于焦炉烟道气锅炉产汽压力一般≥0.5 MPa（158.8℃），管壁温度≥158.8℃，在酸露点以上，不会发生腐蚀现象。当低温侧（180℃左右）省煤器采用水管形式，由于水侧传热系数远远超过气侧传热系数，故管壁温度趋向于水侧，此事管壁最低温度一般不超过60℃，受热面必然腐蚀，故不能采用水管式。为提高省煤管壁温度，使之高于酸露点，需采用热管形式。热管是一种密闭容器，其基本组成为壳体、工作液，充入适量工作液后将壳体抽真空或煮真空，密闭壳体便构成一支热管。当热源对其一端供热时，工作液自热源吸收热量而蒸发汽化，携带潜热的蒸汽在压差作用下，高速传输至壳体的另一端，向冷源放出潜热而凝结，凝结液在重力作用下从冷源端回流至热源端，以保持连续的工作循环，实现热量传递。

经论证，本技术采用热管+水管组合式余热锅炉，具体热力流程为：热管省煤器+水管蒸发器。

每台锅炉辅机配置如下：除氧器1台，除氧器给水泵2台，锅炉给水泵2台，磷酸盐加药装置1套，汽水取样装置1套，软化水箱1套，均布置于锅炉副跨内；引风机1台，室外布置于锅炉附近。热管余热锅炉为国内成熟产品，完全国产化。余热锅炉的结构合理、配置科学、适应过程特性、兼顾运行要求，已经成为系列化设计，系统稳定、运行灵活、可靠。

2.3 余热回收系统的组成

该系统由软化水处理装置、除氧器、水箱、除氧给水泵、锅炉给水泵、中温热管蒸气发生器、软水预热器、低温热管蒸气发生器、汽包、上升管、下降管、外连管路和控制仪表、锅炉引风机等组成，并且互相独立。

2.4 汽水流程优化

软化水经过除氧器给水泵进入除氧器除氧，除氧水由给水泵输入热管省煤器预热到后进入汽包，水通过下降管进入中温热管蒸汽发生器，水吸收热量变成饱和水，饱和水再经上升管进入汽包，在汽包里进行水汽分离，形成0.8 MPa的饱和蒸汽，送至厂区蒸汽管网供生产使用。蒸汽参数为：载热体流量165 000 Nm3/h，载热体温度290℃，蒸汽压力0.8 MPa，饱和蒸汽温度，蒸汽流量12.0 t/h，给水温度104℃，锅炉排污率5%，锅炉烟气阻力≤600 Pa，锅炉排烟温度（160±5）℃。

3 结语

焦炉烟道气余热回收利用技术可实现全自动化操作，利用焦炉烟气的余热产生0.8 MPa的饱和蒸汽，年可外供蒸汽量为9.6万t，可以实现销售收入1 152万元（蒸汽价格按照120元/t）；也可为溴化锂蒸汽制冷和干熄焦循环系统提供蒸汽，还也可供生活取暖或热电厂除氧器用；减少了温室气体和酸性气体的排放，每年节约标煤约9 300 t（按8 000 h计算），符合国家节能减排政策，环保节能效益显著。

［1］陈怀斌.余热利用与余热锅炉［J］.应用能源技术，1997（4）：20-21.

［2］仝庆居，王学敏.锅炉烟气余热回收利用技术［J］.科技创新导报，2009（18）：71.

Recovery and Utilization on Coke Oven Flue Gas Waste Heat

SHEN Xiaoguo
（Shandong Ketai Energy Technology Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Through the analysis of flue gas composition,the original flue system was transformed.Using the heat recovery boiler that was combined heat pipe with water pipe,the specific thermal process was the heat pipe economizer plus water evaporator,the coke oven flue gas waste heat was recycled and utilized.The greenhouse gas and acid gas emissions were reduced.The annual production of the steam is about 96 000 t.The income was about 11.52 million Yuan and about 9 300 t of standard coal was saved every year.

coke oven;flue gas;waste heat utilization;recycling

X757

B

1004-4620（2017）01-0048-02

2016-08-05

申孝国，男，1986年生，2008年毕业于北京科技大学热能与动力工程专业。现为山东科泰能源科技有限公司设计经理，助理工程师，从事工程设计工作。