热管式锅炉在焦炭生产烟气余热回收中的应用

时间：2024-07-28

王洪记

（兖矿集团煤化分公司，山东邹城 273500）

某公司1.75 Mt/a焦炭生产过程中焦炉外排烟气温度一般在260℃，最高时达300℃，烟气量165.6×103m3/h（标准状态）；锅炉外排烟气温度150℃，烟气量456.1×103m3/h。这些具有较大余热回收利用价值的热烟气直接排入大气环境，不仅污染环境，而且浪费大量热能。

热管式锅炉是一种高效率的低品位热能回收装置，可用于回收这些烟气余热，副产低压饱和蒸汽。采用热管式锅炉对烟气余热实施回收后，将回收的低压蒸汽并入同压力的蒸汽管网，补充化工生产系统用汽，具有明显的节能和经济效益，同时也减少了废热、烟尘等大气污染物的排放。

1 热管式锅炉的适用性

热管式锅炉是一种高效率的气-水换热器，其核心部件是热管。热管是在一个封闭的体系内，依靠预先装入的流体的相态变化来传递热量的传热元件。热管内是高效相变传热，热管式锅炉传热性能优越，温度均匀性好，抗热冲击能力强，易于实现温度控制，通过改变介质和管材，可用于不同温度下的传热，适用于不同的应用场合。热管的加热段和冷却段都是管外换热，通过合理的流速设计，设备具有自清灰效果，容易处理换热面的积灰和腐蚀，每支热管可单独进行安装更换，维护方便。

热管彻底隔离了热源和冷源，可以从根本上避免含硫烟气和水汽接触，不会产生冷热流体的掺混，即使烟气侧热管腐蚀泄漏，也不会使水汽和烟气互通，水汽侧仍可正常运行，可以充分保证设备运行的安全性、可靠性和连续性[1-2]。

2 工艺流程及存在问题

2.1 焦炉烟气

焦炉煤气经预热后送到焦炉地下室，通过下喷管把煤气送入燃烧室立火道底部与由废气交换开闭器进入的空气汇合燃烧。燃烧后的废气经过立火道顶部跨越孔进入下降气流的立火道，再经蓄热室，由格子砖把废气的部分显热回收后，经过小烟道、废气交换开闭器、分烟道、地下主烟道、烟囱排入大气。进入烟囱后烟气温度一般在260℃左右，最高时约300℃，烟气量约165.6×103m3/h，具有较大的余热回收利用价值。这些烟气余热直接排入大气，热能没有得到回收利用，不但增加企业生产成本，而且增加环境污染。

2.2 锅炉烟气

改造前，150℃锅炉烟气由引风机直接送入袋式除尘器除尘后，进入氨法脱硫系统脱除二氧化硫，由烟囱排入大气。这种高温烟气不进行热量回收直接进入后续工段，不仅使锅炉效率下降，浪费热量，还对袋式除尘系统、氨法脱硫系统造成不利影响，将会缩短除尘袋寿命，导致氨逃逸量增加、烟气带水现象加重等问题。

3 解决方案及实施

3.1 焦炉烟气余热回收方案

焦炉烟气余热回收改造后，由烟气工艺和汽水工艺2部分组成，分别见图1和图2。改造后，热管式锅炉余热回收系统由软化水处理装置、除氧器、除氧给水泵、锅炉给水泵、热管式锅炉、软水预热器、汽包、上升管、下降管、外连管路和控制仪表、锅炉引风机等组成。

图1 焦炉烟气余热回收改造后烟气流程Fig 1 The flue gas flow of flue gaswaste heat recovery in coke oven after transformation

图2 焦炉烟气余热回收改造后汽水系统流程Fig 2 The gas-water system process of flue gaswaste heat recovery in coke oven after transformation

烟气流程。在地下主烟道翻板阀前开孔，将主烟道热烟气从地下主烟道引出，经热管式锅炉余热回收系统换热降温后，将热烟气降至约160℃，经锅炉引风机再排入主烟道翻板阀后的地下烟道，经烟囱排空。

汽水流程。外来20℃一次水经过软化处理进入软水箱，由软水箱经泵打入除氧器,经除氧器除氧后，再由给水泵补入预热器，然后进入锅炉汽包，汽包水和蒸汽发生器内水自然循环，在汽包内蒸汽与水分离产生0.8 MPa饱和蒸汽并入管网，供化产工段使用。

实施改造后，热管式锅炉进出口压损1.2 kPa，钢制烟道、地下烟道的压损小于0.45 kPa，烟囱吸力0.35 kPa，系统总阻力小于2 kPa。有关数据见表1。

3.2 锅炉烟气余热回收方案

为回收利用锅炉烟气余热，提高锅炉效率，对2台130 t/h（一开一备）及1台260 t/h循环流化床锅炉烟气余热实施回收改造。在锅炉烟气引风机和袋式除尘器之间增加1套热管式锅炉余热回收装置，将150℃热烟气降到130℃后再送入后续除尘、脱硫系统，副产0.23 MPa饱和蒸汽3.45 t/h，并入对应的蒸汽官网，供其他生产系统使用。有关数据见表2。

表1 焦炉烟气余热回收系统参数Tab 1 Parameters of flue gaswaste heat recovery system in coke oven

表2 锅炉烟气余热回收系统参数Tab 2 Parametersof flue gaswaste heat recovery system in boiler

4 经济与环境效益

焦炉烟气余热回收改造项目投资790万元，年回收0.8 MPa饱和蒸汽75 168 t，扣除生产过程中消耗的脱盐水、电耗、人工等费用，企业可获得经济效益834万元，不到1年即可收回项目投资。改造后年节约标准煤量6 467 t，按照国家和地方政府节能奖励方面的有关激励政策规定，企业实施节能改造项目，每节约1 t标准煤可获得政府奖励300元，则可申报节能奖金194万元。

锅炉烟气改造项目总投资320万元，年可回收0.23 MPa饱和蒸汽27 324 t，价值273万元，不到2年即可收回项目投资，具有明显的经济效益。

烟囱排出的高温烟气含有大量的灰尘颗粒，影响大气环境质量。热管式锅炉在回收烟气余热生产蒸汽的同时，还能在一定程度上起到除尘作用。因为热管式锅炉对流烟道的截面积比原排烟道截面积大，含有灰尘颗粒的高温烟气经过热管式锅炉时，烟气流速会降低；同时，当烟气冲刷折流墙和对流管束外壁时其方向将会改变，在惯性作用下烟尘不易转换方向而沉降在烟道底部，大大减少了排入大气中的灰尘颗粒含量。另外，由于余热回收的蒸汽回用于生产系统，减少了燃煤锅炉蒸汽用量，减少锅炉用煤的同时，也减少了烟气及各类烟气污染物的排放。