本文介紹了熱管技術(shù)、煤調(diào)濕、負(fù)壓蒸氨等煙道廢氣余熱利用技術(shù)，并通過對余熱回收效果進(jìn)行對比分析，指出獨(dú)立焦化企業(yè)采用焦?fàn)t煤氣加熱，宜采用熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽（或負(fù)壓蒸氨）；鋼鐵聯(lián)合企業(yè)采用高爐煤氣加熱，建議采用煤調(diào)濕技術(shù)。

1、前言

焦?fàn)t煙道廢氣溫度為180℃—300℃，其帶出熱約占焦?fàn)t總輸出熱量的17%，目前大多數(shù)焦化廠將焦?fàn)t煙道廢氣通過煙囪放散至大氣中，造成極大的能源浪費(fèi)。在當(dāng)前提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的背景下，對焦?fàn)t煙道廢氣余熱進(jìn)行回收利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排意義。目前焦?fàn)t煙道廢氣余熱利用技術(shù)主要有熱管技術(shù)、煤調(diào)濕、負(fù)壓蒸氨、取暖和生產(chǎn)熱水洗浴等。

2、煙道廢氣余熱利用途徑

2.1、熱管技術(shù)

近幾年，用熱管余熱鍋爐回收焦?fàn)t煙道廢氣余熱生產(chǎn)蒸汽技術(shù)，因其投資省，見效快而快速發(fā)展。煙道廢熱余熱回收生產(chǎn)蒸汽的工藝原理：熱流體的熱量由熱管傳給放熱端水套管內(nèi)的水，并使其汽化，所產(chǎn)汽—水混合物經(jīng)蒸汽上升管達(dá)到汽包，經(jīng)集中分離后再經(jīng)蒸汽主控閥輸出。由于熱管不斷將熱量輸入水套管內(nèi)的水，并通過外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循環(huán)，達(dá)到將熱流體降溫，并轉(zhuǎn)化為蒸汽的目的。

焦?fàn)t煙道廢氣余熱生產(chǎn)蒸汽的工藝流程：在焦?fàn)t主煙道翻板閥前開孔，將焦?fàn)t主煙道廢氣引出，經(jīng)調(diào)節(jié)型蝶閥入余熱回收系統(tǒng)，換熱降溫后約170 ℃的煙氣通過風(fēng)機(jī)抽送，再經(jīng)開關(guān)型蝶閥排入主煙道翻板閥后的地下主煙道，最后經(jīng)焦?fàn)t煙囪排入大氣。鍋爐水被加熱后汽化，經(jīng)汽包并計(jì)量后并入蒸汽管網(wǎng)，供各生產(chǎn)車間使用。余熱回收系統(tǒng)由軟化水處理裝置、除氧器、水箱、除氧給水泵、鍋爐給水泵、熱管蒸汽發(fā)生器、軟水預(yù)熱器汽包、上升管、下降管等組成。其核心技術(shù)是熱管技術(shù)回收煙氣中的顯熱，將軟化水加熱成水蒸氣，其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 熱管鍋爐回收煙道廢氣余熱工藝流程

焦?fàn)t煙道廢氣余熱回收生產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)是一項(xiàng)節(jié)能減排工程，產(chǎn)生的飽和蒸汽可并入焦化廠蒸汽管網(wǎng)，供低壓蒸汽用戶使用。

2.2、煤調(diào)濕

煤調(diào)濕是將煉焦煤在裝爐前除去一部分水分，保持裝爐煤水分穩(wěn)定在6%左右，然后裝爐煉焦。日本、俄羅斯等國家普遍使用，在我國煤調(diào)濕已成為焦化行業(yè)重點(diǎn)開發(fā)并積極推廣的技術(shù)。利用焦?fàn)t煙道廢氣煤調(diào)濕工藝不但可以節(jié)省能源，減少廢氣、廢水、廢熱的排放，而且可以提高裝爐煤堆密度及煉焦初期升溫速度、縮短結(jié)焦時間，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

目前，煤調(diào)濕裝置的熱源主要有導(dǎo)熱油、蒸汽和焦?fàn)t煙道廢氣等。相比較而言，以導(dǎo)熱油和蒸汽為熱源的煤調(diào)濕工藝存在設(shè)備繁瑣、運(yùn)行費(fèi)用高等問題；以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源的煤調(diào)濕工藝可以利用廢氣余熱干燥入爐煤，熱效率高，節(jié)能效果好。目前以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源的煤調(diào)濕工藝主要有流化床式、風(fēng)動選擇式和沸騰流化床式等。

2.2.1、流化床煤調(diào)濕

1996年10月日本在北海制鐵公司室蘭廠投產(chǎn)了采用焦?fàn)t煙道廢氣對煤料干燥的流化床煤調(diào)濕裝置，其工藝流程為：將粉碎后的煤料由煤倉送往流化床干燥機(jī)，從分布板進(jìn)入的焦?fàn)t煙道廢氣直接與煤料接觸，對煤料進(jìn)行干燥，調(diào)濕后的粗煤粒從干燥機(jī)排入螺旋輸送機(jī)，剩余的煤粉隨焦?fàn)t煙道廢氣進(jìn)入袋式除塵器，回收的煤粉通過螺旋輸送機(jī)送入皮帶機(jī)上，為抑制揚(yáng)塵，采用加濕機(jī)對干煤粉適當(dāng)加濕，使煤粉和粗煤粒一起經(jīng)皮帶機(jī)送到焦?fàn)t煤塔，工藝流程圖見圖2。

圖2 流化床煤調(diào)濕工藝流程

流化床煤調(diào)濕的工藝特點(diǎn)：該裝置位于備煤車間粉碎機(jī)后，在流化床干燥機(jī)內(nèi)，利用布風(fēng)噴嘴噴出高速斜向氣流使煤料流化而移向出口；只干燥和脫粉，不分級。

2.2.2、風(fēng)動選擇煤調(diào)濕

2007年濟(jì)鋼投產(chǎn)了一套風(fēng)動選擇煤調(diào)濕裝置。該裝置位于粉碎機(jī)前，具有風(fēng)選功能，首先將＜3 mm合格粒度的煤料風(fēng)選出來，減輕粉碎機(jī)負(fù)荷；布袋除塵器濾出的煤粉，壓成型煤，入爐煉焦。其工藝流程：配合煤A 經(jīng)布料器首先進(jìn)入風(fēng)選調(diào)濕器，焦?fàn)t煙道廢氣用鼓風(fēng)機(jī)在風(fēng)選調(diào)濕器的下部鼓入，在風(fēng)選調(diào)濕器的上方流動的煤層建立沸騰層，輕質(zhì)顆粒、細(xì)顆粒被干燥分離成細(xì)顆粒煤流B直接進(jìn)入焦?fàn)t煤塔。而重質(zhì)顆粒、大顆粒被分離成粗顆粒煤流 C，送入破碎機(jī)粉碎，在此粉碎的煤料D，經(jīng)過轉(zhuǎn)運(yùn)站，在風(fēng)選調(diào)濕器入口前重新與配合煤初次煤流A合流后成煤料E，進(jìn)入風(fēng)選調(diào)濕器進(jìn)行再次調(diào)濕。其工藝流程圖如圖3所示。

圖3 風(fēng)動選擇煤調(diào)濕工藝流程

風(fēng)動選擇煤調(diào)濕工藝特點(diǎn):該裝置位于備煤車間粉碎機(jī)前，具備風(fēng)選功能，＜3mm的煤料直接送往煤塔，其中的大顆粒、重質(zhì)顆粒進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎后的煤再進(jìn)行風(fēng)選，形成閉路循環(huán)，裝爐煤中不存在大顆粒、重質(zhì)顆粒，水分降至6%～7%，不僅實(shí)現(xiàn)了入爐煤的風(fēng)動選擇粉碎，而且實(shí)現(xiàn)了對入爐煤水分的調(diào)濕；布袋除塵器濾出的煤粉，壓成型煤入爐煉焦。

2.2.3、振動流化床煤調(diào)濕

振動流化床煤調(diào)濕裝置可以用于入爐煤的煤調(diào)濕，也可以用于配合煤分級調(diào)濕。

其工藝流程：煤料通過播灑裝置連續(xù)拋灑到振動流化床分級干燥機(jī)上，在振動力和高速氣流作用下，所有煤料處于劇烈運(yùn)動中。＞3mm的大顆粒煤料送往粉碎機(jī)；中顆粒煤料從布風(fēng)板中心區(qū)隨氣流快速上升，沿兩側(cè)壁下滑回落或從低速處回落，如此循環(huán)幾次后，即可到達(dá)出料端；小顆粒隨氣流一起上升，隨氣流帶出，由除塵器收集，工藝流程圖如圖4所示。

圖4 振動流化床煤調(diào)濕工藝流程

振動流化床煤調(diào)濕工藝特點(diǎn)：該煤調(diào)濕裝置位于粉碎機(jī)前，煤料在振動流化床分級干燥機(jī)的床面上，在振動力和高速氣流作用下，所有顆粒都處于劇烈運(yùn)動中；不同顆粒有不同的運(yùn)動狀態(tài)；細(xì)顆粒承受氣流床干燥，中顆粒承受內(nèi)循環(huán)流化床干燥，大顆粒承受振動流化床干燥；分級效率高；對不同粒級煤粒干燥具有選擇性；＞3mm的調(diào)濕煤從干燥機(jī)排出后，送粉碎機(jī)粉碎。

2.2.4、煤調(diào)濕技術(shù)需注意的問題

1）因調(diào)濕后煤料水分降低，運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的粉塵增加，因此必須加強(qiáng)皮帶、通廊等裝置嚴(yán)密性以及設(shè)置除塵設(shè)施。

2）炭化室和上升管結(jié)石墨現(xiàn)象加重，必須設(shè)置除石墨設(shè)施，有效清除石墨，以免影響焦?fàn)t操作。

3）調(diào)濕后煤粉混入煤氣凈化系統(tǒng)，焦油質(zhì)量下降。必須在初冷器前增設(shè)空噴塔對荒煤氣進(jìn)行洗滌，同時采用超級離心機(jī)對焦油進(jìn)行脫渣脫水，以確保焦油質(zhì)量。

2.3、負(fù)壓蒸氨

負(fù)壓蒸餾工藝技術(shù)為利用液體混合物中各組分揮發(fā)度不同以及液體沸點(diǎn)隨著壓力的降低而降低的原理，將液體混合物預(yù)熱到一定溫度后，送入負(fù)壓蒸餾塔內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓蒸餾，同時塔底加熱，從而將液體混合物各組份分離，該技術(shù)可以降低操作溫度、達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源的負(fù)壓蒸氨工藝流程：剩余氨水經(jīng)換熱器換熱后送入蒸氨塔進(jìn)行蒸餾，蒸氨塔頂氨汽經(jīng)分縮器、冷卻器冷卻后，冷卻氨水進(jìn)入回流槽，槽頂不凝汽在真空裝置吸力作用下，經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入吸煤氣管道中；槽底氨水用回流泵抽出，一部分送蒸氨塔頂回流，一部分作為產(chǎn)品氨水外送。蒸氨塔底蒸氨廢水進(jìn)入煙氣熱管換熱器循環(huán)加熱后返回蒸氨塔內(nèi)；另一部分蒸氨廢水與原料剩余氨水換熱降溫后送廢水處理裝置。其工藝流程圖如圖5所示。

圖5 煙道廢氣負(fù)壓蒸氨工藝流程圖

傳統(tǒng)的蒸氨方法是直接利用蒸汽來加熱的，冷凝后與塔底廢水一起排出，蒸氨工序不但沒有形成廢水減排，而且增加了蒸氨廢水，并消耗大量的蒸汽熱能，造成了能量的浪費(fèi)，也污染了環(huán)境。

負(fù)壓蒸氨技術(shù)的工藝原理與焦?fàn)t煙道廢氣熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽相同，都是是利用焦?fàn)t煙道廢氣的余熱，所不同的是負(fù)壓蒸氨技術(shù)直接使用熱管換熱器加熱蒸氨廢水，而不生產(chǎn)蒸汽。在負(fù)壓條件下蒸氨，蒸氨塔塔頂壓力由原來的10kPa降至-40kPa左右，蒸餾溫度由105℃降至80℃左右。

3、余熱回收效益對比分析

由于焦?fàn)t加熱用煤氣種類的不同，焦?fàn)t煙道廢氣余熱利用的溫度差別很大，以年產(chǎn)120萬t焦炭的焦?fàn)t煙道廢氣利用熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽（或負(fù)壓蒸氨）和煤調(diào)濕技術(shù)進(jìn)行對比，對比結(jié)果見表1。

當(dāng)焦?fàn)t煙道廢氣余熱生產(chǎn)蒸汽（或負(fù)壓蒸氨）時，獨(dú)立焦化企業(yè)焦?fàn)t大多用焦?fàn)t煤氣加熱，煙道廢氣的進(jìn)口溫度較高，可以使用的廢氣溫差高，因此蒸汽產(chǎn)量高。而鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠大多用高爐煤氣加熱，煙道廢氣進(jìn)口溫度較低，蒸汽產(chǎn)量少。由表1可知，采用焦?fàn)t煤氣加熱的煙道廢氣蒸汽產(chǎn)量比高爐煤氣加熱的蒸汽產(chǎn)量多。

當(dāng)焦?fàn)t煙道廢氣用于煤調(diào)濕時，焦?fàn)t煤氣加熱因焦?fàn)t煤氣中含氫量高，因此煙道廢氣中水分含量高，將其作為煤調(diào)濕熱源時，不利于煤水分的蒸發(fā)，通常只能將入爐煤水分降低約2.5%。而采用高爐煤氣加熱時，高爐煤氣中含氫少，因此煙道廢氣中水分含量少，煙道廢氣可以滿足煤調(diào)濕熱量的需要，現(xiàn)通常將入爐煤水分由10%降低至6%。由表1可知，高爐煤氣加熱的煙道廢氣用于煤調(diào)濕比焦?fàn)t煤氣加熱時可減少的煉焦耗熱量更多。

當(dāng)采用焦?fàn)t煤氣加熱時，盡管煤調(diào)濕技術(shù)可以使用的煙道廢氣溫差更大，但由于煙道廢氣中水分含量高，并不利于煤的調(diào)濕。且煤調(diào)濕技術(shù)工藝流程長，設(shè)備復(fù)雜，相對熱損失高。因此，由表1可知，煙道廢氣采用熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽的經(jīng)濟(jì)效益比煤調(diào)濕技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益好。

當(dāng)采用高爐煤氣加熱時，煤調(diào)濕技術(shù)可以使用的廢氣溫差明顯比熱管技術(shù)的高，并且煤調(diào)濕技術(shù)有降低焦化廢水產(chǎn)生量、提高焦炭質(zhì)量和產(chǎn)量等其他經(jīng)濟(jì)效益。因此，由表1可知，煤調(diào)濕技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益明顯比熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽的經(jīng)濟(jì)效益好。

綜上所述，對于獨(dú)立焦化企業(yè)，由于采用焦?fàn)t煤氣加熱，因此不建議采用煤調(diào)濕技術(shù)，而宜采用煙道廢氣余熱熱管技術(shù)生產(chǎn)蒸汽（或負(fù)壓蒸氨）。對于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，由于采用高爐煤氣加熱，因此建議采用煙道廢氣余熱煤調(diào)濕技術(shù)。

山東新澤儀器有限公司的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，所有探頭、采樣系統(tǒng)部件都采用耐腐蝕材料，其中，探頭材質(zhì)為特種耐酸不銹鋼(316L) 、過濾器材質(zhì)為陶瓷、采樣伴熱管線為特別定制的Φ8聚四氟乙烯伴熱管。取樣探頭通過加熱器加熱到120℃～150℃，防止樣氣在經(jīng)過取樣探頭后，產(chǎn)生冷凝水。來自采樣探頭的樣氣經(jīng)高溫伴熱管線，通過三級過濾器除塵，經(jīng)過兩級冷凝系統(tǒng)除水后直接進(jìn)入分析儀內(nèi)測量。保證氣體測量的精準(zhǔn)性，設(shè)備的耐用性！