焦?fàn)t鍋爐余熱回收利用

焦?fàn)t鍋爐余熱回收利用

幾年前，中國社會科學(xué)院前院長徐光迪指出。“現(xiàn)在鋼鐵有30%的盈余，盈余不能回收和利用。其中,焦化過程每噸焦約有余熱50kg標(biāo)煤目前,焦?fàn)t煙道氣余熱利用方法較多,且效果各異,但缺乏基于同一標(biāo)準(zhǔn)下的比較方法,給用戶帶來了對不同技術(shù)的領(lǐng)悟和認(rèn)識的困惑。鑒于此,如能提出一個簡單有效的量化評價比較參數(shù),將會有力推動焦?fàn)t煙道氣余熱利用工作的進(jìn)程。1目前和不足的焦化氣體負(fù)荷利用1.1焦?fàn)t余熱利用潛力焦?fàn)t是能量轉(zhuǎn)換裝置中高效率的熱工設(shè)備,凈效率高達(dá)87%~89%。這是因為煉焦過程不僅是一個較完善的能量轉(zhuǎn)換過程,產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的二次能源,而且焦?fàn)t本體設(shè)備經(jīng)過一個多世紀(jì)的不斷改進(jìn),在煤氣燃燒、煙氣熱量利用、絕熱等方面均較完善。但這并不能說明它已達(dá)到最完善的程度,沒有節(jié)能的余地了。為實現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好,高效回收利用煉焦過程中產(chǎn)生的余熱資源是焦化廠節(jié)能的主要方向和潛力所在,也是提高焦化能效的重要途徑之一。焦?fàn)t生產(chǎn)過程的物質(zhì)流和能量流(1t焦炭為基礎(chǔ))示意圖從圖1分析可知650℃~700℃荒煤氣和氣態(tài)化學(xué)產(chǎn)品攜帶熱能和化學(xué)能,以能量流的形式,從上升管排出。生產(chǎn)每噸焦炭荒煤氣帶出熱約占焦?fàn)t總輸出熱量的36%,相當(dāng)于帶出38.9kgce的熱量。250℃~300℃焦?fàn)t煙道廢氣攜帶熱能,以能量流的形式從煙囪逸出。生產(chǎn)每噸焦炭,煙道廢氣帶出熱約占焦?fàn)t總輸出熱量的17%(圖1中表示為輸出熱17%),相當(dāng)于帶出18.4kgce的熱量。還有一部分熱量作為能量流的一部分,從焦?fàn)t爐體表面散發(fā)至空氣中。爐體表面熱損失約占焦?fàn)t總輸出熱量的10%,相當(dāng)于生產(chǎn)每噸焦炭損失10.8kgce的熱量。從圖1可以看出,焦?fàn)t煙道氣帶出的熱量約占焦?fàn)t總輸出熱的17%,以130萬t焦炭/a的常見焦化廠計算,焦?fàn)t煙道氣帶出熱量近3000kgce/h,利用潛力相當(dāng)可觀。1.2間接煤調(diào)濕(1)用于發(fā)生蒸汽:以年產(chǎn)100萬t焦?fàn)t為例,焦?fàn)t設(shè)有兩座煙囪。單座煙囪煙道氣總量約80000m(2)用于煤調(diào)濕:煤調(diào)濕(又稱CMC)過程可采用熱媒,對入爐煤進(jìn)行間接調(diào)濕,如導(dǎo)熱油、蒸汽的間接加熱調(diào)濕工藝,也有直接采用煙道氣對入爐煤進(jìn)行調(diào)濕的方式以云南能源昆焦公司煤調(diào)濕為例以云南能源師宗公司為例(3)用于加熱除鹽水和洗浴用水等1.3煙道氣余熱回收利用方式單一上述回收煙道氣雖在一定程度上降低了焦?fàn)t的能耗,但筆者認(rèn)為上述方式均存在不同程度上的不足:(1)采用直接煙道氣回收蒸汽,但蒸汽在后續(xù)階段仍然用于加熱工藝介質(zhì),按照從煙道氣轉(zhuǎn)換成蒸汽、蒸汽用于加熱工藝介質(zhì)的效率均為90%計,經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換,煙道氣的余熱利用效率也就是81%左右,可見這種間接式的煙氣余熱利用方式的利用效率并不高。(2)對于直接利用煙道氣余熱的情況,也存在煙道氣余熱利用不完全的情況。如上面提到的兩個煙道氣余熱調(diào)濕的情況,一個的煙氣利用效率為35%~40%,另外一個的利用效率約25%~30%,利用效率較低。由此可見,對于煙道氣的余熱利用,要充分考慮煙道氣的利用效率,這樣才能夠使焦?fàn)t煙道氣的綜合利用效果得以保障,使煙道氣的熱利用效果最大化。2煙道氣多階、梯級利用及熱效應(yīng)提高煙道氣的綜合利用效果,首先應(yīng)當(dāng)考慮煙道氣的利用效率,即首先應(yīng)當(dāng)考慮盡可能采用煙道氣工藝直用的方式。以焦化流程中熱量的主要用戶蒸氨來說,如果用煙道氣轉(zhuǎn)換成蒸汽,再用于蒸氨,增加轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),煙道氣的利用效率會下降;其次,利用煙道氣的余熱還要考慮匹配的問題。如上所述的煙道氣直接用于煤調(diào)濕的情況,一方面是焦?fàn)t的煙道氣量較大(噸焦需焦?fàn)t煤氣1300m綜上所述,煙道氣余能的綜合利用應(yīng)以多階利用為原則,體現(xiàn)按照不同的用戶匹配使用;應(yīng)以工藝直用為途徑,提高煙道氣余能的轉(zhuǎn)化效率;應(yīng)以梯級利用為措施,提高煙道氣余能的綜合利用率。在此基礎(chǔ)上,清華大學(xué)化工系、中國煉焦協(xié)會專家委員會、濟(jì)南冶金化工設(shè)備有限公司聯(lián)合提出了一種焦?fàn)t煙道氣余熱的多階、梯級應(yīng)用新方案。焦?fàn)t煙道氣多階、梯級熱應(yīng)用方案示意圖見圖2(以某150萬t/a焦化裝置為例)。焦?fàn)t煙道氣通過加熱焦?fàn)t蓄熱室,初步利用其余熱后,溫度由800℃降至230℃,排出焦?fàn)t。然后分別將230℃焦?fàn)t煙道氣作為熱源,用于蒸氨、焦粉干燥和煤調(diào)濕過程。3利用網(wǎng)化度評價為了進(jìn)一步比較圖2中煙道氣余熱多階、梯級的使用效果,清華大學(xué)化工系、中國煉焦協(xié)會專家委員會、濟(jì)南冶金化工設(shè)備有限公司聯(lián)合提出利用網(wǎng)化度來進(jìn)行評價。3.1其他替代性行為網(wǎng)化生產(chǎn)或網(wǎng)化集成過程的結(jié)果是實現(xiàn)系統(tǒng)或流程的節(jié)能與減排,其措施是實現(xiàn)過程廢棄資源或能源的二次利用,其表現(xiàn)形式是流程中流股的一次或多次相交。為了快速、定性評價流程網(wǎng)化生產(chǎn)的狀況,定義一個易于計算的參數(shù):網(wǎng)化數(shù)=特定子流程、生產(chǎn)線中二次利用資源或能源的次數(shù)=特定流程圖中流股的相交次數(shù)(1)所謂特定子流程是指網(wǎng)化利用均針對某種一次資源或能源的替代性行為,如化產(chǎn)廢料生產(chǎn)型煤是利用化產(chǎn)廢料替代部分原煤,從流程上看是化產(chǎn)廢料流股與原料流股發(fā)生了一次相交,即其網(wǎng)化數(shù)為1;焦粉濕磨配煤的目的仍然是替代部分焦煤,即焦粉流股與焦煤流股發(fā)生了一次相交,其網(wǎng)化數(shù)亦為1。煙道氣分解酚鈉鹽目的是為了替代焦化輔料硫酸,即煙道氣流股與硫酸流股發(fā)生了相交,其網(wǎng)化數(shù)為1。干熄焦發(fā)電的作用是替代部分焦化系統(tǒng)外部電力供給,其實質(zhì)相當(dāng)于紅焦流股與一次輸入電能流股發(fā)生了相交,即網(wǎng)化數(shù)為1。煙道氣煤調(diào)濕的最顯著作用是降低了焦?fàn)t加熱量,可以理解為利用煙道氣的熱量替代了焦?fàn)t供熱量,相當(dāng)于煙道氣流股,對于焦?fàn)t一次能源,即供熱流股發(fā)生了相交,其網(wǎng)化數(shù)亦為1。子系統(tǒng)中,如果有多種網(wǎng)化利用的情況或流程圖中有多個流股的相交點,則子系統(tǒng)的網(wǎng)化數(shù)就等于這些相交點的個數(shù)之和。對于由若干個子流程構(gòu)成的整體流程,其網(wǎng)化數(shù)等于各子系統(tǒng)網(wǎng)化數(shù)之和。流程的網(wǎng)化數(shù)越高,其過程中間資源和能源的二次利用率越高。傳統(tǒng)的焦化流程其網(wǎng)化數(shù)在2~5,近年來采用先進(jìn)網(wǎng)化理念設(shè)計、引入大量網(wǎng)化技術(shù)的新型焦化流程,其網(wǎng)化數(shù)可達(dá)到10~20。3.2網(wǎng)化過程的網(wǎng)化度附加網(wǎng)化數(shù)可反映過程過剩能質(zhì)二次使用的數(shù)量,但不能從效果上評價一次能源和資源的替代或節(jié)省狀況。因此,為了衡量網(wǎng)化過程的效果,特定義網(wǎng)化度為:折標(biāo)量是為了方便統(tǒng)一比較,將網(wǎng)化利用的二次資源或二次能源量折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的數(shù)值;1t焦炭的折標(biāo)量為0.9714tce。網(wǎng)化度可以評價某個子流程網(wǎng)化過程的節(jié)能或節(jié)省資源的效果,也可以將多個網(wǎng)化過程的網(wǎng)化度累加,評價整體流程的網(wǎng)化效果。例如對于年產(chǎn)焦炭100萬t的裝置,剩余氨水萃取,粗酚年產(chǎn)量約320t,如果全部用煙道氣替換硫酸分解酚鈉鹽,可替代硫酸200t,約折焦煤106t,則煙道氣分解酚鈉鹽的網(wǎng)化度約為0.01%。根據(jù)上述網(wǎng)化度的定義,對煙道氣直接排放、煙道氣產(chǎn)生蒸汽方式、煙道氣用于煤調(diào)濕方式和煙道氣多階、梯級熱利用情況進(jìn)行計算,結(jié)果列于表1。由網(wǎng)化度的定義可知,網(wǎng)化度可反映流程或系統(tǒng)內(nèi)部資源和能源的使用情況。網(wǎng)化度越大,流程二次資源和能源綜合利用越充分,過程價值越高。由表1計算結(jié)果可以看出,采用煙道氣直接排放、煙道氣產(chǎn)生蒸汽、煙道氣煤調(diào)濕及多階、梯級熱利用流程的網(wǎng)化度分別為2.82%、3.30%、3.40%和3.56%,采用多階、梯級利用的煙道氣流程比煙道氣直接排放、煙道氣產(chǎn)生蒸汽和煙道氣煤調(diào)濕的網(wǎng)化度分別高26.2%、9.2%和4.7%。說明采用多階、梯級熱利用的方式,煙道氣能源的二次利用程度將得到顯著的提高。4煙道氣余熱回收利用方法4.1現(xiàn)有焦?fàn)t煙道氣的余熱利用方式效果不佳,煙道氣的利用效率較低,亟待改進(jìn)。4.2焦?fàn)t煙道氣多階、梯級熱利用模式,