焦炉废气余热利用设计

焦炉废气余热利用设计1、设计原则。1.1在不影响焦炉正常运行的前提下最大限度地利用余热；1.2在生产可靠的前提下，尽可能采用先进的工艺技术方案，以降低操作成本和改造基建的投入；1.3以生产可靠为前提，采用成熟、可靠的工艺和装备；1.4余热锅炉的过程控制采用集中控制原则，基本实现自动化为目标1.5贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、计量、消防等方面的有关规定和标准，做到“三同时”。2、设计项目背景及概况。年产80万吨焦炭的焦炉1座，生产中焦炉加热后的废气通过总烟道汇总会一直向大气排放。同时废烟气温度可达到260-300℃，烟气将通过烟囱的自拔力排放到空中，严重浪费能源和污染厂区环境。如果这些余热不进行回收利用，浪费了宝贵的能源，也污染了环境。因此采取措施，对焦炉产生的废气进行余热回收利用，对有效降低能耗，推动实现可持续发展战略具有十分重要的现实意义。现规划对焦炉烟道废气余热进行回收利用，将产生的蒸汽并网供厂区内的生产和生活使用。3、建设条件。3.1焦化工艺。煤车间送来的配合煤装入煤塔，装煤车按作业计划从煤塔取煤，经计量后装入炭化室内。煤料在炭化室内经过一个结焦周期的高温干馏制成焦炭并产生荒煤气。炭化室内的焦炭成熟后，用推焦车推出，经拦焦车导入熄焦车内，并由电机车牵引熄焦车到熄焦塔内进行喷水熄焦。熄焦后的焦炭卸至凉焦台上，冷却一定时间后送往筛焦工段，经筛分按级别贮存待运。煤在炭化室干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化室顶部空间，经过上升管、桥管进入集气管。约700℃左右的荒煤气在桥管内被氨水喷洒冷却至90℃左右。荒煤气中的焦油等同时被冷凝下来。煤气和冷凝下来的焦油等同氨水一起经过吸煤气管送入煤气净化车间。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。对于其中经总烟道进入烟囱的热烟气（温度260-300℃）仍有较大的余热回收价值。本次方案就是为回收这一部分烟气的余热而设计。3.2余热资源。焦炉余热数据表：烟道气成份如下：3.3电源情况。电气、高压电接口：由厂区高压配电室提供，电网连接的分界点在本余热锅炉中线路高压开关柜的下端。3.4水源状况。余热利用工程所需的工业水补充水、消防水、生活水等均从厂区现有系统接入，锅炉系统所有排水均排入焦炉附近的排水系统中。各水管路的接口位置皆在余热锅炉1米处。4、工艺方案。4.1焦炉余热回收技术方案。4.1．1工艺流程图。4.1.2烟气流程。在地下主烟道翻板阀前开孔，将主烟道路热烟气从地下主烟道路引出，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阀后的地下烟道，经烟囱排空；（新建项目可考虑在翻板阀前、后的主烟道上或烟囱上预留孔）4.1.3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。7980φ2800φ2500R12500φ2500φ3000112345φ25001350水泵车间焦炉中心线热管余热锅炉工艺流程图4.1.4汽水流程。工业软化水经过软水泵进入热力除氧器除氧，除氧水一部分由给水泵输入热管软水预热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0.8MPa的饱和蒸汽，送至蒸汽总管或用户；4.1.5余热回收系统平面布置。余热锅炉系统由电动蝶阀、除氧器、蒸发器、省煤器、风管、锅炉水泵、软化水箱、软化水泵、水路系统、循环管路系统，配电柜控制系统烟气引风机系统、平台爬梯等组成。水泵需位于锅炉附近，这样可以节省汽水管线，也减少温损和压降。4.1.6余热回收系统横向布置。在横向设计时，根据工厂的现有建筑物及场地标高，合理拟定车间的标高。4.2热管余热锅炉技术方案。热管余热锅炉系统主要为热管蒸发器、热管省煤器、蒸汽聚集器及汽水管路组成。系统采用高效传热元件—热管，较一般余热回收装置有许多明显优点。4.2.1热管。热管余热锅炉的核心部件是热管。热管通过密闭真空管壳内工作介质的相变潜热来传递热量，其传热性能类似于超导体导电性能，它具有传热能力大，传热效率高的特点。典型的重力热管如图1所示，在密闭的管内先抽成真空，在此状态下充入少量工质。在热管的下端加热，工质吸收热量汽化为蒸汽，在微小的压差下，上到热管上端，并向外界放出热量，且凝结为液体。冷凝液在重力的作用下，沿热管内壁返回到受热段，并再次受热汽化，如此循环往复，连续不断地将热量由一端传向另一端。由于是相变传热，因此热管内热阻很小，所以能以较小的温差获得较大的传热功率，且结构简单，具有单向导热的特点，特别是由于热管的特有机理，使冷热流体间的热交换均在管外进行，并可以方便地进行强化传热。4.2.2系统工作原理。余热锅炉系统包含热管蒸发器（采用镍基钎焊热管）和热管省煤器（镍基钎焊热管），烟气先经过蒸发器，后经过省煤器。各段换热设备之间有过渡段连接，过渡段上设有膨胀节（以满足设备的热膨胀）和人孔（供设备安装和停炉检修时使用）。每套装置平台均留有通道，以便设备安装和维修需要。热管蒸发器是由若干根热管元件组合而成。其基本结构及工作原理如图2所示。热管的受热段置于热流体风道内，热风横掠热管受热段，热管元件的放热段插在汽--水系统内。由于热管的存在使得该汽--水系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于热流体的风道之外，汽--水系统不受热流体的直接冲刷。热流体的热量由热管传给水套管内的饱和水（饱和水由下降管输入），并使其汽化，所产蒸汽（汽、水混合物）经蒸汽上升管到达汽包，经汽水分离以后再经主汽阀输出。这样热管不断将热量输入水套管，通过外部汽--水管道的上升及下降完成基本的汽--水循环，达到将热烟气降温，并转化为蒸汽的目的。汽包上升管下升管热管热管蒸发器工作原理（图2）热管省煤器也是由若干根特殊的热管元件组合而成，热管的受热段置于烟气风道内，热管受热，将热量传至夹套管中从除氧器进来的除氧水，加热到150℃以上，送至汽包。4.2.3系统特点。采用热管作为传热元件，整个汽水系统的受热及循环完全和热流体隔离而独立存在于热流体烟道以外，这就使本系统有别于一般余热锅炉。设备中热管元件间相互独立，热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响，即使单根或数根热管损坏，也不影响系统正常运行，同时水、汽也不会由于热管破损而进入热流体。采用镍基钎焊技术，根据烟气特点，设计采用镍基钎焊翅片，表面具有致密不锈钢合金层，防低温下酸露腐蚀。设计时调节热管两端的传热面积可有效地调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀。操作简单、维修方便、工作可靠，整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力，故障率低，效率高。整个系统中热管蒸发器和热管省煤器均采用积木式模块化箱体结构设计，全部受压元件的组焊均在厂内完成，分段出厂，现场吊装，减少现场安装焊口，缩短现场安装量，节约安装费用。4.2.4镍基钎焊翅片管技术。在此设备的技术方案中，我们采用一种新技术：镍基钎焊翅片管技术，以提高热管在低温条件下抗酸露腐蚀的能力。它是在高频焊基础上再经过一道镍基钎焊工艺进行深加工，是一种新型翅片管焊接工艺，它由酸、碱钝化、绕片、喷粉、高温钎焊、充工质、封口、抽真空、再钝化、检验等十多道工序组成，利用镍粉在950℃时熔化使其渗入翅片与基管间隙中，并焊接在一起，形成合金连接，同时镍粉也渗入碳钢表面，在翅片管表面形成一层厚度0.05mm左右的致密、光滑的合金保护层，使普通碳钢材料具有不锈钢的性能。采用镍基钎焊翅片管技术：翅片管表面形成致密、光滑的不锈钢合金保护层，表面光滑、硬度高（HRC≥56）；在高温、高流速和腐蚀性介质的冲刷下工作，耐低温酸露点腐蚀；管片焊着率100%，接触热阻接近零，传热效率高；可减缓积灰，耐冲刷能力增强；其使用寿命较普通翅片热管提高了2～3倍，使设备的经济回报率大大提高。4.3余热回收系统技术参数。年产80万吨焦炭焦炉配置一台余热锅炉（9t/h），产压力0.8Mpa，温度170℃的饱和蒸汽；具体方案如下:4.3.1系统参数的确定。经过现场参数确定,最终决定年产80万吨焦炭的焦化炉相关参数如下:系统烟气量:120000Nm3/h;此烟气流量为余热锅炉系统设计参数.风机选型和烟气管道尺寸大小留有余量。废气入锅炉温度：300℃；废气出锅炉温度：165℃；蒸汽压力：0.8Mpa；蒸汽温度：170℃；蒸汽产量：9t/h；4.3.2系统烟气行程的确定。4.3.2.1余热锅炉烟气进口管道部分：在焦炉原有的两条地下烟道上，烟道闸板阀前面位置，各开出一个ф3000mm的烟道孔，将制作好的ф3000mm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ф3500mm的主烟气管道进行焊接，同理，另一条地下烟道也做同样处理。另外，在两条ф3000mm的分烟道上个各安装一台电动调节阀，可以调节两焦化炉内的压力以及进入两分烟道内的烟气流量。在进余热锅炉的烟气主管道上设置一台烟道闸板阀。余热锅炉没问题时打开此阀，关闭旁通阀；检修时，关闭此阀，让烟气由旁路走出。4.3.2.2余热锅炉出口烟气管道部分：焦炉废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主管内（新建项目如烟囱有预留孔可直接排放）。5、余热锅炉系统。5.1余热锅炉指标。5.2余热锅炉其它系统。5.2.1锅炉水质要求。给水要求：硬度≤2.0氧≤15，铁≤50，PH8.8~9.2.凝结水要求：硬度≤2.0溶解氧≤100磷酸根5~15mg/LPH值9.0~115.2.2锅炉供水系统。锅炉选用两台给水泵，一开一备。一台12m3软化水箱。5.2.3锅炉排污系统。排污系统--在汽包的下段设排污管，在水系统的下联箱设定期排污，排去适量的锅炉污水以确保蒸汽品质。在锅炉本体下部配置1台定期排污管，排污降温池布置在锅炉本体下部，且预留好排污降温池位置。5.2.4放气系统。放气系统--在系统的最高点，设置放气点，当上水和启动时，排去锅炉内空气和不凝结气体。蒸汽放散--当锅炉故障或其他设备故障时，低压蒸汽能够通过锅炉的集汽箱实现紧急快速放散蒸汽。事故放水--当锅炉汽包水位高于紧急水位时，打开放水阀，防止汽包满水。6、余热锅炉电控系统。本系统过程控制采用智能仪表，给水系统采用变频自动连续供水。6.1电气主要设备及控制方式。6.1.1锅炉给水泵。系统采用两台锅炉给水泵。一用一备直接起动方式运行。电压为380V交流电源。水泵的运行在控制柜上进行显示或报警，并且具备必要的保护连锁功能。6.1.2监测及控制功能。实现对汽包液位、汽包压力、软化水箱水位、除氧水箱水位、水泵出水压力等监控。采用分布式控制，汽包和除氧水箱的液位采用集中控制，非主要压力检测参数就地显示，关系到装置安全的汽包液位测量为双系统，汽包和除氧水箱液位调节采用变频器控制水泵的转数。6.2电压保护和电力装置接地。6.2.1防雷电设计。对高于15m的建筑物按三类防雷建筑物保护设计，顶部安装避雷针。6.2.2电力装置的接地。高压系统为接地保护，低压系统为接零保护。所有电机均设接地装置，并通过电缆沟及电缆桥架上的接地干线，将各处的接地装置连接起来，形成系统的接地网络。6.3热工控制。测量元件采用差压变送器将汽包的水位转换成电信号传至上位控制模块，经运算输出电信号至水位调节阀，控制锅筒水位在给定范围内。汽包水位控制：设置两台液位计，一台为就地显示的双色液位计；一台为能输出4-20mA信号的磁翻板液位计，同时将4—20mA信号和锅炉给水泵联锁，水位低时，水泵自动启动补水；水位补高时，水泵设置自动停止。当汽包水位过低时，设置紧急声光报警。6.4热工测量。为使余热利用系统可靠运行，对过程中各种参数进行必要的