焦炉余热及干熄焦余热

鞍山绿冶热能工程技术有限公司焦炉余热回收翅片管-热管式余热回收装置中冶焦耐工程技术有限公司鞍山绿冶热能工程技术有限公司2013年焦炉烟气余热回收工艺返回焦炉烟气工艺流程图鞍山绿冶热能工程技术有限公司锅炉给水泵烟气水侧:软水除氧器预热器汽包蒸发器过热器用户烟气侧:阀门过热器蒸发器预热器引风机阀门烟囱阀门焦炉烟气余热参数焦炉烟气排烟温度：烧焦炉煤气（独立焦化厂）250～300℃烧混合煤气（钢铁联合企业）200～250℃烧高炉煤气（钢铁联合企业）190～230℃以上焦炉排烟温度根据各厂实际操作有所波动。烟气量烧高炉煤气为最大，其次为混合煤气，焦炉煤气为最小。总之同一焦炉烧什么煤气烟气排出的热量变化不大。回收低温烟气余热生产低压蒸汽产生的蒸汽量与蒸汽压力有很大关系。不同压力下饱和蒸汽见下表1：由上表1得知余热锅炉设计时蒸发器排烟温度必须大于低压蒸汽饱和温度，否则对数平均温差△tm为负值。而蒸汽压力越小,蒸发器烟气出口可设计较低，这样蒸汽量相对较大。蒸汽压力MPa0.30.40.50.60.70.80.91.0饱和温度℃133.53143.61151.84158.83164.95170.41175.36179.89焦炉烟气余热回收换热形式比较目前在类似焦炉烟气参数条件下余热回收用余热锅炉换热面换热元件多采用翅片管、翅片热管（轴向和径向）简称热管。换热原理如下：换热公式：Q=K*A*ΔTm式中：Q-换热量KWK-综合给热系数KW/m2*℃A-换热面积m2ΔTm-对数平均温差℃焦炉烟气余热回收换热形式比较焦炉烟气入口软水软水出口图1翅片管工作原理图R1R3R2翅片管换热翅片管换热是烟气热量通过管壁传导将热量直接传递给饱和水、进行换热，既一次换热，。翅片管换热原理图见图1其综合给热系数为：式中：R1-烟气热阻m2*℃/KWR2-导热热阻m2*℃/KWR3-水热阻m2*℃/KW焦炉烟气余热回收换热形式比较热管（轴向和径向）换热热管是一个真空的密闭容器，每根热管都是经过抽真空处理的，热管分加热段和冷却段，加热段走烟气，冷却段走锅炉给水，管内为工质，当热管的加热段受热时，热量经管壁传到工质，工质便汽化、蒸发，借助压差使工质蒸气迅速传到热管的冷却段，在此蒸气凝结成液体，释放出潜热，加热锅炉给水。在重力作用下，工质回流到加热段受热。通过这种“蒸发-传输-冷凝”的反复循环而将热管加热段的热量传递给热管的冷却段。热管换热原理图见图2焦炉烟气余热回收换热形式比较其综合给热系数K热管为：式中：R1-烟气热阻m2*℃/KWR2-加热段导热热阻m2*℃/KWR3-工质传热热阻m2*℃/KWR4-冷却段导热热阻m2*℃/KWR5-水热阻m2*℃/KW热管热阻大于翅片管热阻（R热管〉R翅片管）所以，K翅片管＞K热管烟气软水出口径向热管轴向热管软水入口冷凝段蒸发段冷凝段蒸发段水侧烟气侧软水入口工质软水出口工质图、热管换热原理图焦炉烟气余热回收换热形式比较翅片管为一次换热、热管为二次换热。所以，在相同的换热条件下翅片管换热效率要高于热管。同时翅片管受热段面积与热管加热段面积相同，水在翅片管内面积换热，而热管水在热管冷却段换热，翅片管省去热管冷却段面积，所以翅片管换热比热管换热用钢量少，重量轻，体积小。焦炉烟气余热锅炉主要由预热器、蒸发器、过热器（根据厂方要求设置）、汽水分离器、连接管组成。焦炉排烟温度较低、而烟气中还含有硫化物，所以我们根据烟气成分和换热机理，在充分考虑低温露点腐蚀情况下，采取最大限度地提高换热效率进行设计。由于烟气先经过热器、蒸发器，烟气温度和蒸汽温度都大于露点温度（见表1），所以换热面采用一次性换热的翅片管，烟气直接加热蒸汽换热系数高。烟气经过热器、蒸发器后进入预热器温度降低，而且预热水温度较低（常温除氧20℃），易发生露点，所以换热面采用二次性换热的热管，低温烟气先加热热管内工质，工质受热后再加热水，也就是说被加热的冷介质不与烟气在一个换热面进行换热，可以有效控制管壁温度在露点温度以上。最终采用翅片管和热管相结合的翅片管-热管式余热锅炉，这样既提高了换热效率又避免了露点腐蚀。该项技术目前已被国家知识产权局受理为国家发明专利。结构见图3.焦炉烟气余热回收换热形式比较翅片管式蒸发器热管式预热器汽包翅片管式蒸发器烟气出口烟气入口饱和蒸汽出口来自除氧器除氧水翅片管-热管式余热回收装置结构示意图干熄焦径向换热管式给水预热装置改造实例邯钢邯宝焦化厂鞍山华泰干熄焦工程技术有限公司鞍山绿冶热能工程技术有限公司2013年干熄焦径向换热管式给水预热装置2008年以前干熄焦采用的是轴向热管换热器，由于干熄炉标高一定，所以轴向热管换热器换热面布置空间有限，换热面余量小。实际应用一旦积灰换热效率下降，难达到换热指标。我们与中冶焦耐共同研究，2008年后设计的干熄焦都采用径向换热管式给水预热装置，换热面有余量，运行效果比较好。轴向热管换热器热管排布示意图径向热管式给水预热装置热管排布示意图烟气流向烟气流向L1水套箱体烟气流向烟气流向LL1L2干熄焦径向换热管式给水预热装置2008年以前干熄焦采用的是轴向热管换热器目前已有厂家更换备件，我们将轴向热管换热器更换为径向换热管式给水预热装置，换热效果很好，但带来的是循环气体阻损增加，厂家提出虽然换热效果好了但阻损增加干熄焦增加负荷很难。2012年邯钢邯宝焦化厂给我们提出采用径向换热管式给水预热装置必须保证技术要求的阻损。邯钢邯宝焦化厂非常重视此事，特邀请中冶焦耐技术人员帮助研究，中冶焦耐技术人员和我公司技术人员一起到邯钢邯宝焦化厂与厂方技术人员共同研究，提出在基本不改动原钢结构基础上是否可以充分利用原轴向热管换热器水侧部分，将径向换热管加长这样既增加了换热面又减少阻损。改造后的设备邯钢邯宝焦化厂已投入使用7个月运行很好。2013年5月攀钢也进行了改造目前运行很好，梅钢改造正在加工设备，今年10月中旬投产使用。对比项目热管换热器烟气温度热管换热器水温热管换热器烟气压力入口℃出口℃入口℃出口℃入口Kpa出口Kpa改造前17014449604.344.03改造后17012450764.354.01烟气流向烟气流向LL1L2干熄焦径向换热管式给水预热装置给水出口给水入口给水入口给水出口干熄焦径向换热管式给水预热装置邯钢邯宝焦化厂径向换热管式给水预热装置