煤气发生炉煤气余热回收利用工程应用实践探索

2019-08-28李启辉中煤科工集团南京设计研究院有限公司

节能与环保 2019年7期

文_李启辉中煤科工集团南京设计研究院有限公司

煤气发生炉产生的煤气平均出口温度为300～550℃，蕴含大量的热能。目前主要通过直接喷淋降温至30～40℃，煤气中携带热能直接通过喷淋水带走，没有加以合理利用，本研究通过余热回收设备回收煤气中余热并用于生产蒸汽，可有效减少能量损失，同时生产的蒸汽可供应厂内生产，并减少喷淋水利用量，节约煤气厂生产成本。

当前普遍所采用的余热回收方式有水或水蒸气换热和导热油换热两种。但由于煤气中含有煤焦油及煤灰，当壁面温度低于250℃时，煤焦油就会粘连在换热设备表面，同时煤气中的煤灰会吸附煤焦油，形成硬块，很难清理干净。如果换热设备管内采用水或水蒸气进行换热，其温度必须控制在250℃以上，对应的饱和压力为4.0MPa，此压力等级下安装余热锅炉，若选用普通管壳式锅炉，压力等级太高；若选用自然循环锅炉，管路太复杂，水动力循环很难保证。

本研究采用导热油为热载体，利用循环热油泵，强制液相循环，将热能输送给用热设备。整个换热设备的壁面温度都大于250℃，无煤焦油附着在换热设备上。

1 煤气发生炉工艺流程和煤气量

本研究利用的煤气发生炉出口的煤气经过喷淋降温除尘处理，电捕焦油器净化，加压机加压后送至焙烧炉作为燃料使用。单台炉煤气量5500Nm3/h，本项目共30台煤气发生炉总的煤气量约165000Nm3/h。煤气发生炉产生的煤气平均出口温度为480℃。

2 余热回收系统的工艺设计

2.1 导热油的选用

对于导热油的选用，首先应考虑工艺温度要求及导热油最高允许使用温度之间的关系，导热油严禁超温使用，同时考虑包括黏度、闪点、酸值、残碳等，同时还应考虑温度与导热油的密度、比热、黏度、导热系数的关系。另外导热油在使用半年后应每3个月对导热油取样化验一次，四项指标中有两项不合格（残炭不大于1.5%、酸值不大于0.5mgKOH/g、闪点变化率不大于20%、黏度变化率不大于15%）或导热油分解成分含量超过10%时，导热油应进行更换。

导热油进出余热回收设备温度分别为250℃、280℃，考虑到热油使用寿命，因此可以选择YD系列导热油。根据煤气产生量及换热器参数，导热油总需要量为30m3。

2.2 余热回收设备及安装位置

项目采用余热回收设备为带扩展受热面的管簇组成，与煤气对流换热，管内导热油为强制循环，带走煤气的热量。设备安装于淋洗塔顶部，采用钢架支撑。

2.3 导热油输送系统

导热油由热油循环泵输送至煤气-油余热回收设备换热后，通过蒸汽发生器经油水换热产生蒸汽。本设计实现了导热油循环利用，导热油输送主管道出主厂房后利用煤气厂现有煤气管道管廊架空敷设。

2.4 蒸汽产生系统

除盐水经水泵进入除氧器除氧，除氧水送入蒸汽发生器，与蒸汽发生器管内的导热油发生热交换产生蒸汽。蒸汽发生器产生的蒸汽汇集到分气缸中，产生的蒸汽除氧器自用外，一部分用于煤气厂生产，剩余部分送至场内现有蒸汽管网。

2.5 吹灰系统

煤气中对含氧量有严格要求，因此通常声波（空气声源）吹灰器不适用，本系统配备蒸汽吹灰装置，同时备用高压水枪冲洗设备。

3 系统安全性分析

3.1 导热油安全性及控制措施

本项目选用YD系列芳烃导热油，其化学性质较稳定，与轻质油相比不易着火燃烧。在允许温度范围内其主要特性有：热稳定性较好，结焦少，使用寿命较长；导热性能、流动性能及可泵性能良好；低毒无味，不腐蚀设备，对环境影响很小；凝固点较低，沸点较高，低沸点组分含量较少，蒸汽压不高，蒸发损失少；温度高于70℃时，与空气接触会被强烈氧化，其受热工作系统需密封；膨胀率远大，温升100℃，体积膨胀率可达8%～10%；过热时会发生裂解或缩合，在容器、管道中结焦或积碳；混入水或低沸点组分时，受热后蒸汽压会显著提高；闪点、燃点及自燃点均较高。

由导热油安全特性可以看出，在允许温度、导热油性能正常、操作得当情况下，系统运行是安全可靠的。但为确保安全，本项目通过防泄漏、避免导热油变质、停电保护等方面设置必要的措施。