焦炉上升管余热回收系统的运行效果与实践应用

李岩 郑璇

南京华电节能环保设备有限公司 江苏南京 210000

1 焦炉上升管余热回收系统概述

上升管余热回收系统是通过热交换将荒煤气降温，且在此过程中可以形成1.6MPa-2.5MPa 饱和蒸汽、高温水或过热蒸汽，使余热得到充分的利用。当前绝大多数焦化厂都以循环氨水进行降温，但这却不利于荒煤气余热的回收和利用，因此应用上升管余热回收技术，以减少能耗。

2 焦炉上升管余热回收系统的工艺组成

上升管余热回收系统通过干熄焦的除氧水作为汽包给水，汽包中的水经循环泵输送到上升管中换热，生成汽水混合物将会送回汽包，再利用汽水分离器，产生1.6MPa-2.5MPa 饱和蒸汽、高温水，高温水可用于代替化产区域管式炉系统，饱和蒸汽可并入厂区管网，具体如下。

焦炉上升管余热回收系统内部，换热器并联设计，汽包内产生的高温饱和水经循环泵输送至每根上升管，通过选择合理给水母管、回水母管及各上升管分配支管管径，并在给水母管与回水母管之间设置差压监测装置及调节阀，控制进出母管之间压差，使高温饱和水均匀分配至每个上升管，荒煤气的流向由下至上，与进水形成顺流换热，饱和水被加热成汽水混合物被送回汽包内后产生饱和汽[1]。

管式炉替代原理（加热富油，过热低压蒸汽）：

新建富油换热器，高温循环水（204-226℃）与富油进行换热，使富油温度自130℃加热至180℃，并入原系统使用，

原脱苯用的低压过热蒸汽，可在焦炉上升管中单设几台上升管过热器，饱和蒸汽由就近低压管网引入上升管过热器，低压饱和汽被加热到350℃后送至脱苯系统，

化产检修时，低压过热蒸汽放散，短路富油换热器，使上升管蒸发器的全部热量用于产饱和汽。

加药系统：汽包设置加药口，系统配备加药装置，可满足汽包内水质要求。

放空、放散、放净等系统：系统最高点设置排气点，系统上水和启动时，排去蒸发器内空气及不凝性气体；

汽包设置安全阀，供事故状态泄压；过热蒸汽在脱苯区域设置放散阀，确保系统平稳开车运行；

3 焦炉上升管余热回收系统的运行效果

某厂5#、6# 焦炉荒煤气回收系统的总体运行状态良好，外部没有出现腐蚀情况，且蒸汽产量稳定。下面以该厂为例浅谈焦炉上升管余热回收系统的运行。

3.1 蒸汽回收情况

5#、6# 焦炉 每小时可产蒸汽4.5 吨（替代管式炉后富裕产汽量），如化产检修，系统热量全部用于产汽时，可外供0.6MPa蒸汽约17t/h。该厂120 个上升管（其中110 根蒸发器上升管，10 根过热器上升管）从投运至今，5#、6# 焦炉的焦炭产量为2312000 吨，共计产出0.6 兆帕蒸汽39420 吨（替代管式炉后富裕产汽量）。

3.2 荒煤气温度情况

该厂在相关项目实施前，荒煤气进出口的温差不大，温降约在10℃左右。随后该厂开展了余热回收利用项目，有效应用焦炉上升管余热回收系统，进口温度在800-850℃，出口温度控制在450-480℃。

3.3 管式炉代替情况

通过富油换热器，将190m³/h 富油自130℃加热至180℃，同时10 根上升管过热器将4.5t/h 低压饱和汽（0.6MPa、165℃）过热至450℃，用于替代原化产管式炉，原管式炉在加热同等量富油及饱和蒸汽时，需消耗煤气量为600m³/h，自运行至今，上升管余热回收系统替代管式炉节约煤气量约520 万立方，对于节能减排、环境治理有显著效果。

4 焦炉上升管余热回收系统的实践应用

4.1 循环泵后给水母管压力报警

循环泵作为整个余热回收系统的动力输出和心脏，在系统运行中起至关重要作用，如果循环泵故障，会引发上升管干烧，出现安全事故。为了能够保证焦炉的安全运作，该系统配备2 台循环泵，一用一备，故障自动切换，且设置双电源供电，同时设置泵后总管压力报警装置，确保循环泵正常运转，如出现任何异常情况，系统将会触发警报。报警后及时检修、恢复[2]。

4.2 配置蒸发器

该厂所有上升管都处于一种单独运作的状态，上升管蒸发器进出口阀门均选用2 道双密封焊接式截止阀，保证阀门质量，在上升管出水支管顶部设置放空口，便于单根上升管更换检修。上升管系统对循环水质要求比较高，该厂给水设置反渗透装置，达到二级除盐水水质标准，尽量规避汽包、上升管盘管内壁结垢等现象，截止至目前未出现异常现象。

4.3 完善蒸发器的结构

近年来有多家企业进行焦炉荒煤气余热回收的试验研究，上升管结构多为水夹套结构，该结构存在热应力集中，不能高压运行，易爆管，壁温不好控制等弊端，易出现上升管内壁结焦、冒黑烟现象[3]。

该厂通过配置新焦炉上升管余热回收装置，其特点：①采用专有盘管复合结构、内筒不承压，禁绝炭化室进水确保焦炉安全；②换热器内的固体浴结构技术、强化传热技术、阻热剂控制技术；③换热器内荒煤气流通壁面温度调控技术；④换热器的耐高温、抗腐蚀技术；⑤回收系统的均流技术；⑥系统的紧急事故（停水、停电）技术；⑦换热器的极端工况抗干烧技术；独特的的隔热保温技术；⑧整套余热回收系统采用集散控制系统（PLC）对装置进行自动控制，实线系统平稳运行，在业界得到一致认可好评。

5 结语

随着我国科学技术的不断发展，余热回收系统也在不断改进，有效应用可以进一步提高经济效益。因此，在焦炉荒煤气余热回收方面，需要对该技术加强关注力度，避免能源浪费等现象，发挥该技术的经济及社会效益，需要将该技术在焦炉荒煤气领域进行推广，为该行业实现绿色可持续发展提高推动力。