焦炉上升管余热回收系统改造实践

姚一彤 董少英

摘 要：通过新建上升管系统和导热油系统，改造负压脱苯和蒸氨系统，有效回收焦炉上升管余热，作为脱苯、熔硫、蒸氨的热源，替代脱苯管式炉、再生管式炉，对于提升焦化绿色清洁生产、节能减排及能量高效阶梯利用具有关键指导意义。

关键词： 焦炉;导热油;余热回收;上升管

引言：

焦化企业伴随焦炉生产会产生大量热源，其化产回收系统同样也需要大量热能。由于荒煤气性质复杂，含有多种气体成分和杂质，同时受炼焦安全性影响，大部分企业还没有对荒煤气的热量进行回收利用。如何形成一种高效、可靠、安全的余热回收技术，对于提升焦化绿色清洁生产、节能减排及能量高效阶梯利用具有关键指导意义。唐钢美锦（唐山）煤化工有限公司经过前期大量的分析与调研，决定采用耐高温导热油为热载体的能源介质供化产回收系统形成余热供能体系。本文主要分析了该上升管余热回收系统的技术方案、实施过程及创新点等。

1  技术方案及实施过程

1.1  总体技术方案

I期和II期焦炉上升管余热均回收导热油，回收上升管余热后导热油集中后，再分配给I期负压脱苯、II期负压脱苯、I期蒸氨和II期蒸氨系统使用。同时考慮备用导热油加热炉、备用过热蒸汽加入等辅助补充热量措施以及蒸汽发生器等补充移热手段。项目实施共包括四个主要内容：新建上升管系统、导热油系统及负压脱苯改造、蒸氨改造。

1.2  实施内容

通过实施6根上升管余热小试，工业试验测定系统参数，依据小试数据计算热量平衡，验证系统安全性和可行性。结合设计厂家，完成系统优化及能量高效阶梯利用设计，形成施工方案。完成1期上升管和导热油系统建设和投产，余热利用效果显著，达到预期目的;实现系统稳定运行与回收用热单元的匹配，降低循环氨水用量、实现蒸氨、粗苯尾气零排放。

1.2.1  新建上升管系统

新建上升管分I期和II期两个系统，I期2座焦炉130个上升管分组并联布置，每6个上升管为一组（DN100），共22组。II期2座焦炉120个上升管分组并联布置，每6个上升管为一组（DN100），共20组。导热油总管DN400由循环泵出口总管到焦炉机侧管廊架，分别接DN300导热油管到焦炉间台，沿上升管内侧设连接支架上下布置进出导热油管道，炉端台设置连通阀，回油管道布置与进油管道相同，导热油放空管道DN100布置在上升管外侧，沿炉头到放空槽。每组上升管的导热油进出集合管上设置远传压力和温度仪表，在进出导热油总管上设置远传流量表，在进油集合管上还设置了两个安全阀，在超压情况下导热油通过安全阀排泄到储油槽中。上升管荒煤气的余热回收介质采用耐高温导热（240 ℃）。导热油通过循环泵打入上升管，被高温煤气加热后进入负压脱苯、蒸氨系统。

1.2.2  新建导热油系统

考虑导热油系统到I期1#和2#焦炉、到II期3#和4#焦炉距离尽可能均等的原则，占用负压脱苯装置东侧雨水收集池和事故水收集池的位置（在焦炉中间，导热油来去管道距离相对较短）建立集中储油槽和泵送系统。

从1#、2#、3#和4#焦炉上升管返回的240℃导热油送入热油集油总管汇合，然后通过阀门调节，根据脱苯、蒸氨不同的热负荷情况，调节导热油流量大小。经过脱苯、蒸氨使用后的导热油再汇入乏油总管，由泵再送往焦炉上升管加热。

1.2.3  负压脱苯系统改造方案

负压脱苯改造内容具体为将脱苯塔和再生塔的管式炉取消，新建导热油富油加热器和贫油加热器，新建再生渣油加热器。脱苯塔贫油加热器和再生塔渣油加热器均采用强制循环式，同时再生工艺改为真空再生工艺。

1.2.4  蒸氨系统改造

目前蒸氨系统已采用导热油加热，如蒸氨工艺不变，改用回收上升管导热油后，直接将来自焦炉上升管的导热油接入蒸氨再沸器即可，其他设备均可利旧。同时预留备用蒸汽直接和间接换热的位置及接口，设置正常的 导热油、间接蒸汽、直接蒸汽加热方式。

2  运行与优化

2.1统筹换热性能优化与指标可控

在一个完整的干馏周期内，焦炉上升管煤气入口温度和出口温度基本呈同步变化，随装煤最低温度 815.2 K 上升到焦炭成熟时最高温度1074.5 K，然后开始推焦，温度又持续降低。上升管螺旋管中导热油的入口温度由于受到整个导热油系统的影响，有一定的波动，进出口温差除了推焦阶段有明显变小以外（约65 K），基本温差都维持在（ 288.1—291.3 K） 。上述结果表明，在一个结焦周期内，上升管煤气进出口平均温度分别为 1001.1 K和 875.2 K，基本可以排除焦炉煤气中焦油析出挂结的可能性。导热油出口平均温度达到 520.2 K，可以满足脱苯装置的温度要求。

2.2  以导热油为热源上升管余热回收鼓冷工艺应用

实施以导热油为换热介质的焦炉上升管余热回收技术攻关，降低了煤气温度减少了、降低了循环氨水喷洒量，荒煤气温度降低4.1 ℃、初冷器阻力平均1080 Pa。

2.3  以导热油为热源上升管余热回收脱苯工艺应用

实施以导热油为换热介质的焦炉上升管余热回收技术攻关，替代了脱苯塔管式炉、再生管式炉加热，避免了局部加热及煤气压力波动带来的塔底温度波动，脱苯塔塔底温度运行更加平稳、循环洗油指标在保持稳定条件下吨苯洗油消耗降低3.2 kg，脱苯塔塔底温度范围为226-230 ℃，整体保持稳定，由于导热油温度可控波动范围小，保证了脱苯塔塔顶循环洗油热源供给稳定、可控。

3  效益分析

3.1  直接经济效益

实施以导热油为换热介质的焦炉上升管余热回收技术攻关后，单个上升管高温荒煤气经余热回收（730 ℃-550 ℃），可回收热量71077 kcal/h。共计可从焦炉上升管取出热量8366600 kcal/h，相当于14 t/h蒸汽。年回收热量年回收热量：按标煤7000 kcal/千克标煤折算，节能10470吨标煤/年。按回收热量相当于14 t/h蒸汽，蒸汽180元/吨计算，年节约支出为：2520万元。

3.2  社会效益

研究了以稳定性可靠、传热效率利用率高的导热油为介质的上升管余热利用方案论证、实验小试、工业应用，为焦化绿色清洁生产及高效阶梯能源利用模式探索了新思路，摈弃了连续多年的，全年减排废气1.14亿m?。

4  关键技术与创新点

开发了导热油介质高效换热上升管，可实现煤气与导热油的高效换热。利用分组匹配设计和氮气运行保护技术，能够在维修及事故处理状态下和开车时的惰性保护，并避免干烧状态使内筒出现高壁温、油温急剧升高和气化导致的压力骤升及导热油品质严重恶化及结焦，且具有运行温度和压力稳定及调节和检修的便捷性特点。

以6根上升管工艺实际工况为数据，模拟仿真并建立了导热油上升管热量匹配数据组模型，为指导大规模工业应用及调整提供了数据支撑。

实施了高效阶梯、余热导热油工业应用，替代了传统导热油炉、管式炉，循环氨水用量降低240 m3/h，实现蒸氨、粗苯零尾气排放，年节能标准煤10470吨。

5  结语

实施以导热油为换热介质的焦炉上升管余热回收，大幅提高了焦化流程系统能效回收、而且对降低污  染物排放、工艺过程智能化改进、对降低生产运行成本发挥积极有效的推动作用，为焦化绿色清洁生产及高效阶梯能源利用模式探索了新思路。

（唐钢美锦（唐山）煤化工有限公司，河北 唐山 063700）