利用有机朗肯循环发电机回收荒煤气余热的初步想法

2014-12-02赖良军

四川冶金 2014年5期

赖良军

(四川省川威集团有限公司，四川成都610100)

1 引言

焦炉炼焦生产过程中产生大量的余热，其中荒煤气带走的余热占到了总余热的36%，荒煤气中成分复杂并且含大量焦油，在生产过程中每个孔道的荒煤气量及其温度波动大，因此荒煤气的余热回收难度很大，各种回收方案都在探讨和实验之中，本文以有机朗肯循环螺杆发电机组利用初冷器中荒煤气的高温部分余热进行探讨。

2 荒煤气余热回收利用的必要性

焦炭生产过程中，配合煤在焦炉中被隔绝空气加热干馏，生成焦炭的同时产生大量的荒煤气。从炼焦生产过程热平衡分布看，从焦炉炭化室推出的950℃ ～1 050℃红焦带出的显热(高温余热)占焦炉支出热的37%，650℃ ～750℃焦炉荒煤气带出热(中温余热)占焦炉支出热的36%，180℃ ～230℃焦炉烟道废气带出热(低温余热)占焦炉支出热的16%，炉体表面热损失(低温余热)占焦炉支出热的11%。

炼焦荒煤气余热回收利用的经济效益显著。理论及测试数据表明，每生产1t红焦的高温荒煤气余热回收后至少能产生0.1t0.6MPa蒸汽，节能潜力巨大。

3 我国炼焦荒煤气余热回收利用的现状

早在上世纪70年代，首钢、太钢采用夹套上升管，夹套内冷却水吸收荒煤气所携带的热量而汽化，产生蒸汽。

在总结水套上升管教训的基础上，济钢把冷却水换成了导热油回收荒煤气余热。

梅山钢铁公司炼焦厂采用热管回收荒煤气余热产生蒸汽。

中冶焦耐工程公司设计的冷却流程，使脱硫贫液与高温荒煤气间接换热，脱硫贫液换热后通过闪蒸装置产生蒸汽。

此外，我国焦化工作者还设计了用锅炉回收荒煤气带出热的方案，半导体温差发电技术回收荒煤气余热等。

虽然上述炼焦荒煤气余热回收利用技术在我国经历了多年的研究历程，但其材料、结构均不能很好满足现场工况要求，效率低、寿命短，关键技术没有突破，至今尚无成熟、可靠、稳定的大工业化应用实例。

4 利用有机朗肯循环发电机回收荒煤气余热方案

目前对荒煤气的处理采用的工艺为:从焦炉炭化室经上升管逸出的荒煤气(也称为粗煤气)温度为650～750℃，首先经桥管进入集气管，被喷洒的循环氨水冷却到80～85℃，然后经初冷器将煤气温度降至21～22℃。

其中在集气管中煤气温度从650～750℃降为80～85℃，煤气热量并未被带走，只是将高温热能变为了低温热能，煤气的热能转换为水汽的热能，80～85℃的荒煤气几乎被水汽所饱和。可见进入初冷器的80～85℃的荒煤气具有大量的热量，并且热量主要存于煤气中处于饱和状态的水蒸汽中，尤其是处于70℃ ～85℃状态的荒煤气。经计算，1Nm3焦炉煤气由 82℃降到 75℃可释放800kJ，凝结水蒸汽量335g。

有机朗肯循环发电机的工艺流程见图1，利用有机介质的低沸点特性(35～65℃蒸发)，当余热温度大于介质蒸发温度时，有机介质在蒸发器内汽化，相变为具有一定压力的气体，膨胀推动螺杆或透平机做功，螺杆机或透平机拖动发电机发电。做功后有机介质气体的温度和压力下降，从螺杆机或透平机排出时为气液两相，经冷凝器冷凝为全液相，进入储液槽，工质泵将液态工质泵入蒸发器，完成一个做功循环。

热水、低压饱和蒸汽、热物液、烟气等经蒸发器流出，有机工质在蒸发器内汽化，当温度达到70℃时，工质气体压力可达到1.0～1.5MPa，推动螺杆机旋转拖动发电机发电。因此可利用有机朗肯循环发电机回收初冷器中焦化荒煤气高温部分(82～75℃或82～70℃)的热量进行发电。