焦炉荒煤气显热纳米回收利用技术

 一、技术简介      
       
       针对目前焦化行业炼焦炉生产过程中大量荒煤气的高温显热未被回收,造成炼焦工序能源消耗高、生产成本高,我公司进行了多次回收荒煤气高温热量的技术研讨和试验,用合金整体结构配以纳米及自洁材料回收显热,既保证了换热效果,有效、安全、可靠的回收荒煤气显热,又保证了在恶劣的工况下换热器的安全经济运行,同时解决了以往的换热器在启动和停止过程中的不适应性问题,保证了设备在极高温度下(1400℃)能够安全正常运行。荒煤气回收技术为国内首创,拥有4项实用新型技术专利。荒煤气回收技术的成功运用得到国内焦化行业认可和武科大的标定,相关论文及运行效果在焦化行业多个期刊上发表。

二、技术研发历程
 
       2010年开始公司进行了多次回收荒煤气高温热量的技术研讨与试验,用合金整体结构配以纳米及自洁材料回收显热,既保证了换热效果,有效、安全、可靠回收荒煤气显热,又保证了在恶劣工况下换热器的安全经济运行,同时解决了以往的换热器在启动和停止过程中的不适应性问题,保证了设备在极高温度下(1400℃)能够安全正常运行。此技术已获得4项实用新型专利、福建三钢焦化2X65孔4.3米焦炉荒煤气余热回收装置技术标定、武钢平煤焦化55孔6米焦炉荒煤气余热回收装置技术标定、福建三钢焦炉荒煤气余热回收装置荣获2017年冶金科学奖技术。

                                   

 
三、焦炉荒煤气显热新型纳米技术创新点
 
1、防漏水
      内筒在2600度高温下熔合成型为整体无缝复合整体,内壁耐高温、耐腐蚀、耐磨损。水、汽换热在封闭空间内,封闭空间在上升管内筒外侧,水汽不会渗漏到炭化室。
2、防挂焦油、防结石墨
     内壁配以纳米自洁材料,经过500°C的高温后内表面形成均匀光滑而又坚固的釉面,均匀光滑、无死角、不会结石墨和凝聚煤焦。 通过进水流量的控制 , 一定程度上控制了上升管的进出口温度差 ,从另一途径减轻了内壁凝结焦油和石墨 。
3、防干烧
     内筒研发阶段经受了干烧、通水、再干烧、再通水的实际考验,上升管不漏水,内筒完好不变形,实际运行表明,该换热器装置能经过长时间干烧后再进水运行。但不要急冷急热进水,且尽量不要出现干烧现象。
 
四、焦炉荒煤气显热新型纳米回收装置
 
系统安全保障如下:
1、系统采用双汽包
      单个系统设置两个汽包并联,年检时可停用一个汽包便于检修。
2、电源及水泵均设置备用
      系统采用两路电源一备一用,强制循环泵及补水泵均两用一备。
3、工艺系统
       整个系统通过强制循环泵,大流量低扬程,充分保证了每个上升管换热器的进水相对平均; 进水管路进行合理梯级管径配置 , 进一步保证了每个上升管换热器的进水出水相对均衡 。
4、上升管的监测保护
       通过对上升管的外表温度的在线实时监测 ( 正常运行温度 50~90℃);当温度超过 120℃,系统发出报警,提示操作人员进行现场处理 。尽量避免干烧。
                              

 
五、技术优化,新产品研发
 
      1、针对三钢焦化上升管换热器,从整体结构、吸热介质、换热装置、系统安全稳定性等方面做了大量的总结改进,优化后的武钢焦化上升管换热器运行效果良好,产汽量超过预期效果,外壳温度也低至60度左右。
       2、由于内筒复合整体结构受现有加工设备的限制,我公司在2014年开始针对7米及其以上的焦炉上升管换器进行研发,研发出的第二代产品新型上升管换热器,2015年初在三钢安装了两根进行试验运行,目前已正常运行2年多,2016年10月在武钢上升管余热回收系统中也安装了两根,目前运行安全可靠。同时我公司还在武钢所上系统中安装了两根第三代产品,目前试验情况也正常。但我公司目前只对试验满2年的第二代产品进行推广,以确保安全可靠。该技术适合于各种型号焦炉。
       我公司的第二代产品主要是针对7米及其以上焦炉上升管换热器余热回收研发的,技术处于国内领先水平。
 
六、工程案例
 
1、福建三钢闽光焦化厂2 X 65 孔 4.3m 焦炉荒煤气显热纳米回收项目
       2014 年2月28日成功投入运行 ,于 2014 年 11 月3日通过验收:  实现产生高品质饱和蒸汽供煤化工车间生产使用的目标,能够连续平稳供汽。截至 2018 年11 月 30 日产汽并网满57个月。

2、武汉平煤焦化 55 孔年产 52 万吨 6m 7# 焦炉荒煤气显热纳米回收项目
       2016 年10月28日成功投入运行,平均产汽量120kg/吨焦以上。截至 2018 年11 月 30 日产汽并网安全运行 25个月。


 
七、应用效益
 
以6米焦炉年产110万吨焦炭为例
 直接经济效益分析
       1 、产生蒸汽的直接效益 : 可产0.6~0.8Mpa饱和蒸汽约13.2万吨 , 按照市场价120元/吨计,年产生经济效益1584万元左右。 能源介质价格各焦化企业有所不同,其运行成本也有所差异。
       2 、年利润总额:约1300万元。
       3、静态投资回收期:18个月—30个月。
节能减排效
      折合标煤1.21万吨 ,二氧化碳减排近 3.4 万吨,节能减排效果明显。 
社会效益
      上升管表面温度由200~280℃降低到50~90℃左右,减少了热辐射,大大降低焦炉炉顶空间环境温度,改善了炉顶职工操作环境 。
降低炼焦工序能耗
      吨焦降低工序能耗大于10公斤标煤
      高效回收炼焦过程中荒煤气产生的显热,是焦化企业节约能源、创建绿色焦化、节能减排的方向和潜力,也是降低能耗,提高效率的主要途径之一。