摘要：本文主要對焦爐上升管余熱回收利用系統的工藝組成與上升管、汽包、除氧器、除氧泵、循環泵的構造及運行后的蒸汽回收、荒煤氣溫度、上升管筒體溫度變化、經濟效益、社會效益以及運行過程中問題的改進進行闡述。
關鍵詞：焦爐荒煤氣;上升管換熱器;余熱利用
引言
焦爐荒煤氣主要通過噴灑循環氨水(約70℃)將顯熱帶走，而此會造成能量的巨大浪費。焦爐上升管余熱回收系統主要利用上升管換熱器，將荒煤氣余熱與熱力系統除氧后的低溫水換熱，得到大量的汽水混合物，經汽包分離器將汽水分離，產生低壓飽和或過熱蒸汽，既可以提高焦化廠的能源利用率，也可帶來可觀的經濟效益。因為焦爐上升管余熱回收系統爐頂上升管換熱器很多，水力平衡較為復雜，若采用汽水簡單回路，容易造成水力失調等嚴重現象。
近日，國內某工程6.78m搗固焦爐上升管余熱回收項目順利竣工投產，其采用了“一拖二”汽、水系統復雜回路布置，即“一級進水+二級出汽”方式。本文結合該工程焦爐上升管余熱回收工程的現場運行數據，對其汽水系統進行水力工況分析，研究其系統回路水力平衡性。
1荒煤氣余熱利用技術簡介
荒煤氣余熱利用技術是對于占焦爐支出熱的36%的中溫余熱進行利用的技術。利用上升管換熱器回收荒煤氣中的余熱加熱水，從換熱裝置出來的汽水混合物通過汽包進行汽水分離，產生蒸汽產品。作為鋼鐵企業中的一個重要生產工序，焦爐生產過程中能源消耗占鋼鐵總能耗的7%～8%，焦化過程中每噸焦有50千克標煤可以進行回收利用。上升管荒煤氣余熱在焦爐生產中熱量支出排第二位，該余熱資源進行回收后，可產生低壓飽和蒸汽11.45萬噸/a，同時，可節約氨水用電量96×104kWh/a。
目前，國內已經有多家焦化廠采用了上升管荒煤氣余熱利用技術，河北某大型鋼鐵企業焦化廠2x45孔6米焦爐采用上升管荒煤氣余熱利用技術生產壓力0.8MPa，溫度175℃的飽和蒸汽供廠區自用;江西某鋼鐵焦化廠2x63孔6米焦爐采用上升管荒煤氣余熱利用技術后，產生0.5~0.7MPa飽和蒸汽進行蒸汽并網;河南某焦化2x55孔6米焦爐采用上升管荒煤氣余熱利用技術生產過熱蒸汽，每年可可產蒸汽約8.8萬噸。除此之外，還有多家焦化廠正在進行改造，上升管荒煤氣余熱利用技術已經成為一種相對成熟的技術，應用到實際生產中也達到了很好的效果。
2上升管分組及汽、水系統布置
2.1上升管分組
焦爐荒煤氣溫度很高，通常介于450～850℃，焦爐裝煤推焦時荒煤氣溫度是變量。裝煤初始時刻荒煤氣溫度較高，可達1000℃左右，推焦階段荒煤氣溫度下降至450℃左右，由此可以看出焦爐的推焦串序對焦爐爐頂上升管產汽有一定影響。焦爐串序通常表示為m-n串序，其中m代表焦爐所有炭化室劃分的組數(簽號)，即相鄰2次推焦間隔的爐孔數;n代表2趟簽號對應炭化室相隔的爐孔數，生產上常用的串序有9-2串序、5-2串序、2-1串序等。該工程6.78m搗固焦爐采用5-2串序，即按照1#、6#、11#等依次推焦和上一炭化室的平煤。
為保證每次推焦產生的荒煤氣溫度變化對上升管產汽的影響較為均衡，采用5個上升管為1組的汽化系統分組方法，保證每組上升管在1個時間序列有1孔炭化室處于推焦狀態。該工程采用2×62孔搗固焦爐，將每座焦爐分為5×10+6×2組，共計12組，這樣的上升管分組可以盡最大可能保證進水、產汽的均衡性。圖2為上升管汽、水系統分組及布置情況。
2.2汽包部分由汽包本體、放散消音器、定期排污擴容器、汽水取樣器、循環泵和給水泵等設備組成額定蒸發量為18t/h，在30%～110%負荷范圍內運行時，可根據實際焦爐運行進行調節并保證能達到額定設計參數。為利于汽包的熱效率，汽包及上升管和下降管均采用保溫設計。對于汽包本體，汽水混合物通過橫向布置的管座進入汽包，在汽包內部，汽水混合物受到擋板阻隔折流以利于水位的穩定并使汽水更好地進行分離，飽和蒸汽由汽包上部的管座引出汽包，為了最大程度上獲得干燥的飽和蒸汽，在出口管子前的蒸汽空間裝有一只汽水分離器，以分離蒸汽中剩余的水分，循環水通過汽包底部的下降管管座流出。
2.3技術優勢
采用導熱油作為傳熱介質，所選導熱油最高操作溫度高達345℃，導熱油經上升管取熱裝置吸熱升溫后，送至導熱油過熱器、導熱油蒸發器與汽水系統換熱，降溫后的導熱油通過強制循環泵再回到上升管取熱裝置再次吸熱，實現密閉循環。相對于常規直接汽化冷卻式焦爐上升管余熱回收技術，恒壁溫焦爐上升管荒煤氣余熱回收技術在長期運行安全性、蒸汽品質方面具有如下優勢:(1)導熱油最高操作溫度高達345℃，導熱油過熱器、導熱油蒸發器等設備按壓力4.0MPa及以上設計制造，因此可產3.82MPa、300℃以下品質蒸汽，蒸汽品質高，用途更廣泛;常規汽化冷卻式焦爐上升管余熱回收技術，由于受上升管取熱裝置承壓限制，一般只產0.8MPa以下飽和蒸汽。(2)無論產何種壓力的蒸汽，上升管取熱裝置內、外筒均為常壓條件工作，內筒僅承受荒煤氣壓力，外筒工作壓力為大氣壓，上升管取熱裝置中導熱油傳熱管的工作壓力只需克服導熱油循環阻力，正常工作壓力小于0.5MPa，壓力較低，進一步降低了泄漏風險;常規汽化冷卻式焦爐上升管余熱回收技術，上升管取熱裝置承壓取決于汽包蒸汽壓力。
(3)除可間接產高品質蒸汽外，高溫導熱油可遠距離輸送，直接用于煤調濕或蒸氨等焦化工序，實現熱量直接高效利用。(4)不同于汽化冷卻，導熱油在循環過程中始終穩定為液態，不發生汽化，不結垢，不存在局部汽堵，不會因受熱不均發生管道爆裂;常規汽化冷卻式焦爐上升管余熱回收技術，取熱裝置內污垢沉淀較多，且單個取熱裝置無法實現在線排污，影響設備長期運行的安全性。
(5)汽水排污集中在導熱油過熱器和導熱油蒸發器內，對給水水質要求低，可采用軟化水作為系統補給水水源;常規汽化冷卻式焦爐上升管余熱回收技術，為減少取熱裝置內結垢，對給水水質要求高，必須采用除鹽水。(6)導熱油的導熱系數低，約為水導熱系數的15%～20%，且其可操作溫度高，上升管取熱裝置干燒后，無需降溫或更換，可立刻再次投入使用，不會發生爆管。
2.4汽水系統
接自除鹽水站的除鹽水，通過除氧水泵將除鹽水送入熱力除氧器進行除氧，然后通過汽包給水泵將水送入汽包。水在汽包與上升管余熱回收利用裝置之間通過強制循環泵進行強制循環換熱，之后進入汽包，在汽包內進行汽水分離，蒸汽從汽包輸出，輸送到廠區蒸汽管網，水繼續循環進入上升管余熱回收利用裝置進行再次熱交換。汽水系統設置兩臺汽包，一備一用;四臺強制循環泵，兩用兩備。此外，每套汽水系統需設置三臺取樣冷卻器，分別用于汽包水取樣、除氧水取樣和飽和蒸汽取樣。
結語
近幾年國內焦爐上升管荒煤氣余熱回收利用進入實際應用，進入快速發展期，采用導熱油作為媒介取熱的恒壁溫焦爐上升管荒煤氣余熱回收技術可降低焦化工序能耗約11kgce/t，并在長期運行安全性、蒸汽品質和產汽品質指標等方面具有明顯優勢，為焦化廠焦爐上升管余熱回收提供了一種更高效、安全可靠的解決方案。
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能源論文投稿刊物：《南方能源建設》Southern Energy Construction(季刊)2014年創刊，辦刊宗旨立足于為能源行業尤其是電力行業工程建設提供技術支持和信息服務，推廣新理論、新技術的工程應用，提高我國能源建設質量的技術水平。主要面向全國能源行業尤其是電力行業設計、建設、制造等企業、以及相關的研究機構和高等院校的廣大工程技術人員、管理人員、專家學者等。
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