规模化高温半焦余热回收工艺简述

徐鸿钧，李国莉，姜永涛，赵玉良

（中国重型机械研究院股份公司，陕西西安 710032）

规模化高温半焦余热回收工艺简述

徐鸿钧，李国莉，姜永涛，赵玉良

（中国重型机械研究院股份公司，陕西西安 710032）

对规模化高温粉料半焦余热回收系统中常用的几种技术方案，进行了详细的介绍和分析，其中重点阐述了热泵技术在余热回收应用中的工艺和参数。为不同生产规模、投资等因素下，合理选用余热回收方案，提供了依据。

余热回收；高温粉料；半焦

1 规模化粉煤干馏系统简介

我国能源缺油、少气、煤炭资源丰富，但低阶煤储量大，低阶煤主要包含褐煤和低变质烟煤，其中褐煤查明资源储量1 334.69×108t，低变质烟煤查明资源储量3 330.09×108t，总共占全国煤炭资源总量的45.68%。目前我国资源结构中煤炭约占一次能源的73.4%，到2050年煤炭在我国一次能源生产和消费中仍将处于主导地位，仍将占一次能源的47.7%，直接燃烧的利用方式不仅能源利用率低而且污染环境。近年来我国东西部大范围雾霾天气日益频繁，人们更加关注煤炭终端产品质量的提高。

煤低温热解干馏技术因为方法相对简单，投资较少，热能转化效率高，是利用低阶煤资源最具竞争力的工艺途径，煤的低温热解干馏工艺可大大改善煤，特别是低阶煤的品质，提高煤利用率且大大改善环境，同时可以得到煤焦油和煤气等副产品。对于高效、经济及规模化粉煤低温热解干馏工艺，目前常用的设备为加热管回转式热解窑设备。其工艺原理图如图1所示。煤经过干燥、预热后进入回转式热解窑，经过低温干馏后，其主要产物高温半焦从回转式热解窑出来后进入半焦冷却及余热回收系统，在此将高温半焦冷却至可运输及储存的温度。其附属产物为煤焦油和煤气混合物，经过除尘、净化、分离，得到纯净的煤焦油和煤气。

图1 工艺原理图

节约能源，促进能源的合理和有效利用，对提高经济效益、技术进步及减少环境污染起着重要作用，并且提高能源利用效率的主要途径是加强余热回收利用。因此在规模化粉煤低温热解干馏工艺中，高温半焦的余热回收利用就显得尤为重要。通常根据生产规模、投资、后续工艺及项目地水资源等对高温半焦采用不同的冷却和余热回收方案，常用的有循环水、余热锅炉、热泵技术等。下面分别介绍这几种余热回收方案。

2 规模化高温粉料半焦的余热回收

2.1 循环水冷却及余热回收

图2为传统的冷却水循环系统，常温水经过半焦冷却装置，吸收高温半焦热量，将水加热后排出冷却半焦，被加热的冷却水经冷却塔或冷却水池降温后再循环。该系统最大特点是系统简单，余热不可回收，会造成局部热污染且循环水有一定损耗，故一般只用于试验及小规模的半焦冷却系统。

图3为在上述基础上，将循环冷却水通过换热器换热，产生低温热水，一般采用换热效能较高的板式换热器。该系统具有系统、设备简单，投资少等特点，但最大的不足是提供给热用户的介质温度不高，一般为45℃左右，利用价值小。

图2 传统的冷却水循环系统

图3 增加换热器的冷却水循环系统

2.2 余热锅炉

余热锅炉是这些年在各行各业发展迅猛的高效节能设备，特别适用于中低温（介质温度450℃）余热回收。余热锅炉系统一般由吸热装置（省煤器、蒸发器、水冷壁和过热器）即锅炉、锅筒、水汽系统、电气系统等组成。而其中水汽系统较复杂，由水处理装置、补水水泵装置、除氧装置、加药装置、取样装置等组成，且设备阀门仪表多。

高温粉料半焦余热锅炉系统如图4所示。高温粉料半焦采用余热锅炉回收余热时，省煤器、蒸发器和水冷壁均设计在半焦余热回收装置本体上，并采用自然循环余热锅炉，由于高温粉料半焦的入口温度一般为550℃，故设计蒸汽参数时，一般为0.8MPa（175℃）的饱和蒸汽，如有过热器，根据过热器加热方式和蒸汽输送距离，一般过热温度不超过30℃。

图4 高温粉料半焦余热锅炉系统

余热锅炉用于高温粉料半焦余热利用的特点为：余热温度高、可远距离输送、耗水量小及系统较复杂。当半焦规模不小于60万t/a时，采用余热锅炉型式进行余热回收，经济效益明显，否则蒸汽产量小，系统复杂且投资较大。

2.3 热泵技术的应用

热泵是一个专业用语，是把处于低温位的热量输送到高温位的机械，从热力学原理讲，热泵就是制冷机。在自然状态下，水只能从高处向低处流，通过水泵可以把水由低处输送到高处，根据热力学第二定律，同样在自然状态下，热量只能从高温传向低温，通过热泵则可以把热量从低温传向高温。

热泵的种类很多，其中机械压缩式热泵，以其热效率高，控制方便，技术成熟等优点，成为应用最为广泛的一种，机械压缩式热泵遵循热力学逆卡诺循环的原理，由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置等部件组成，热泵工质在其中循环，并发生相变，实现热能由低温向高温的传递，热泵的基本性能用供热系数COP衡量。

Scale Carbocoal of High Temperature Waste Heat Recovery Process Description

Xu Hong-jun，Li Guo-li，Jiang Yong-tao，Zhao Yu-liang

The scale of high temperature powder carbocoal in waste heat recovery system，commonly used several schemes，carried on the detailed introduction and analysis，and focus on the application of heat pump technology in heat recovery process and parameters are presented.According to different factors such as the scale of production，investment，the reasonable use of waste heat recovery solutions，is provided in this article.

waste heat recovery；high temperature powder；carbocoal

TQ520.6

B

1003-6490（2016）07-0009-02

2016-07-07

徐鸿钧（1962—），男，陕西西安人，教授级高级工程师，主要从事冶金、建材、矿山行业成套装备的研究工作。