摘要：本文阐述了焦炉荒煤气余热回收运行过程中的常见问题及难点，通过对工艺装置进行技术改进和完善，有效解决易腐蚀、易析碳结、换热效率低、水利分布不均、冒黑烟等问题，实现了装置安全、稳定、高效运行，效益明显，对同类项目实施具有一定的参考和借鉴意义。
关键词：余热回收 荒煤气 上升管
概述
2018年9月底，由我公司设计、实施、调试的宣钢5#、6#焦炉荒煤气显热回收利用改造工程正式完工投运，实现了产生0.5~0.8公斤饱和蒸汽12t/h以上的良好节能效果。经过历时10个月的生产跟踪和调试改进，掌握和完善了一系列施工和调试过程中的技术提升和工艺优化，在安全生产、环境保护、节能效果等方面得到进一步保障，为今后同类项目设计实施提供了技术积累和经验借鉴。
实施方案及组成
焦化厂2×50孔6米焦炉年产焦炭100万吨，建于2008年，从炭化室经上升管逸出的750℃~850℃荒煤气通过喷洒大量70℃~75℃循环氨水将高温荒煤气冷却至82℃~85℃，再经初冷器冷却到22℃~35℃，荒煤气带出的热量被白白浪费。针对这一现状，公司通对焦炉及荒煤气参数进行计算，设计一套由补水泵、缓冲水箱、加药装置、给水泵、汽包、强制循环泵、上升管换热器、调节阀组、管网及相关附属设施构成余热回收系统。整个方案从设计到施工到投运计划总工期5个月，在保证不影响焦化正常生产的情况下进行节能改造。
工艺流程
工艺过程是除盐水通过补水泵进入缓冲水箱，再经给水泵至汽包。然后水从汽包通过下降管经强制循环泵至上升管换热器，吸热后的汽水混合物再经上升管至汽包，经汽水分离后，饱和蒸汽供入蒸汽管网，未汽化的水重新进入下一个循环。换热器另一侧从炭化室逸出的750℃～850℃荒煤气经过本换热装置温度降至450℃～500℃后，经桥管、集气管进入化产车间。工艺流程图如下：
运行期间出现的问题和解决方案
（1）当停电或强制循环泵停运后，二次恢复供水过程中，在管道末端上升管换热器易出现过热干烧和气阻现象。
分析：末端换热器从给水角度讲位置处于最远端，水克服管道阻力损失，因此末端换热器进口压力Pn进低于其它换热器进口压力；从汽水混合物角度讲位置也是处于最远端，汽水混合物要流回汽包也要克服沿途管道阻力损失，因此末端换热器出口压力Pn出要高于其它换热器出口压力；这样就造成末端换热器介质流动性很差，在流动状态被破坏之后易形成气阻，造成设备过热干烧。
解决方法：①.短时间出现过热和气阻现象，可以短期提高强制循环泵出力，使系统建立新的平衡；②.长时间出现过热和气阻现象，需先对过热换热器进行蒸汽冷却，在提高强制循环泵出力，建立新平衡；③.总之系统庞大，重在优化单体设备的自动化和调控水平。
效果：不良现象消除，系统运行稳定，总产气量指标有所提升。
（2）近汽包端个别上升管底部有结焦现象，开盖有冒黑烟现象。
分析：①.近端换热器水量过大，取热过多，造成上升管直管段荒煤气温降过大，出现析碳结焦现象，进而开盖有黑烟冒出。②.各企业操作过程控制碳化室顶部温度不一，总体780±20℃，再加上单孔碳化室结焦过程荒煤气温度类似正弦曲线波动，结焦末期开盖本身荒煤气正处于温度偏低阶段。
解决办法：①.轻微现象可以通过及时清理换热器内壁和短时间开盖焚烧处理。②.严重现象需控制近端换热器进水量，控制出汽口蒸汽的饱和度。③.经过调整摸索和精确计算对近端换热器进口增加节流孔板精准控制单体设备进水量，同时强制内循环系统增加精确插入式流量测量装置，精准调节内系统循环流量。
设计改进及施工优化
经过整个项目从设计到实施到调试到运营全流程跟踪和试验，并结合实际实施效果和生产数据对比得出如下结论：
1.设计方面优化提升
①.采用树状网络布管技术(见下图), 通过强制循环泵变频、大流量高扬程、分段的管网布局、节流调节等手段保证每个上升管换热器的进水相对均匀，保证整个系统各单体设备水量均匀。
②.分级阀门控制（见下图），精准控制调节单体设备水量控制。
③.通过对上升管换热器的进水管路进行合理梯级管径配置，保证每个上升管换热器的进水出水相对均衡。
④.单炉单系统，系统简单，易于操控。
2.工艺方面优化
①.系统增加单体换热设备自动测温装置,全程监测，根据生产参数变化及时调整。
②.双汽包切换，顺应焦炉生产制度，定期切换进行设备定修、年检。
③.给水泵、强制循环泵采用变频调节，由一开一备大泵模式改进为两开两备小泵模式。一是节能，二是精确调节，三是稳定供水并减少停水几率。保证系统稳定生产。
④.汽包出口采用调节阀控制，稳定内部系统压力，促进内循环系统平衡稳定。
3.生产运行方面优化（精调和微调）
①.内系统循环流量采用高精准仪表测量,反馈准确，调整及时。
②.单个上升管实施节流孔板控制，精准控制供水量，提高生产指标。
4.设备加工制造方面改进
①.从设备制造、加工、材料选择方面，进一步突出防结焦析碳、耐腐蚀、耐高温特点，加强防漏措施。
②.通过改善上升管内部结构组合及对高效换热材料的选择，提高设备换热系数。
③.特殊的隔热保温材料，减少热量散失，外壁表面温度一般低于80℃。
结论
焦炉上升管余热回收技术是一项新型节能环保技术，2016年该技术入选国家发改委《国家重点节能低碳技术推广目录》，实践证明该技术可有效回收荒煤气中约30%显热，降低焦化用能约10%，显著减少焦炉清炉工作量，降低焦炉上升管周围环境温度，改善焦炉炉顶工人工作环境。
随着我国工业化生产水平的不断提高，建设资源节约、环境友好的绿色焦化已经成为行业共识，这也是经济可持续发展和低碳社会发展的需要。提高焦化生产过程中余热资源的回收利用率是降低能源消耗、保护环境的重要途径。荒煤气显热在整个炼焦占有很大的比例，能够将其回收利用对焦化行业乃至整个钢铁行业都具有重大意义。
论文作者:左国辉, 韩雷雷
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第12期
论文发表时间:2019/8/27
标签：换热器论文; 焦炉论文; 汽包论文; 煤气论文; 结焦论文; 系统论文; 余热论文; 《工程管理前沿》2019年第12期论文;