焦炉上升管荒煤气余热回收系统中汽包尺寸的确定

上升管荒煤气余热利用技术摘要：在焦炭的生产过程中，煤被焦炉中的隔离空气加热和蒸馏，产生焦炭并产生大量废气，这部分废气即荒煤气。

650℃～800℃荒煤气蕴含大量的余热资源。

本文介绍了焦炉荒煤气余热利用技术，以及两种上升管换热装置。

将荒煤气的显热利用起来用于生产饱和蒸汽、过热蒸汽等，既实现了节能减排，又进一步提高了能源利用率，不仅为环境保护做出了贡献而且创造了可观的经济效益，符合国家的节能政策。

关键词：焦炉上升管；荒煤气；余热利用引言随着干熄焦和焦炉烟道废气余热锅炉技术的成熟，煤在干馏过程中产生的高温荒煤气的余热回收与利用就成为历来是焦化行业节能关注的焦点。

理论计算和各种试验装置的试验数据均表明，每生产1吨红焦焦炉上升管段的高温荒煤气余热回收后至少能产生0.8MPa蒸汽0.1吨，2019年我国生产焦炭4.48亿吨，如其荒煤气余热全部得到回收利用，则至少可回收4480万吨0．8MPa蒸汽，折合标煤约424万吨，年可减排二氧化碳量1102万吨，二氧化硫量10.2万吨，氮氧化物量3.0万吨，节能减排潜力巨大。

1概述荒煤气余热利用技术是对于占焦炉支出热的36%的中温余热进行利用的技术。

利用上升管换热器回收荒煤气中的余热加热水，从换热装置出来的汽水混合物通过汽包进行汽水分离，产生蒸汽产品。

作为钢铁企业中的一个重要生产工序，焦炉生产过程中能源消耗占钢铁总能耗的7%～8%，焦化过程中每吨焦有50千克标煤可以进行回收利用。

上升管荒煤气余热在焦炉生产中热量支出排第二位，该余热资源进行回收后，可产生低压饱和蒸汽11.45万吨/a，同时，可节约氨水用电量96×104kWh/a。

目前，国内已经有多家焦化厂采用了上升管荒煤气余热利用技术，河北某大型钢铁企业焦化厂2x45孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术生产压力0.8MPa，温度175℃的饱和蒸汽供厂区自用；江西某钢铁焦化厂2x63孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术后，产生0.5~0.7MPa饱和蒸汽进行蒸汽并网；河南某焦化2x55孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术生产过热蒸汽，每年可可产蒸汽约8.8万吨。

焦炉荒煤气上升管余热利用方案比较焦炉是焦化企业生产的关键设备和能量聚集点。

焦炉的支出热主要由三部分组成：一是焦炉炭化室出焦时所推出的红焦带出的高温余热，约占37%；二是焦炉上升管排出的高温荒煤气带出的中温余热，约占33%；三是焦炉烟道排出的废气带出的低温余热，约占17%。

焦炉荒煤气是焦煤在结焦过程中挥发份逸出而形成，通常温度为600—800℃左右，其显热占焦炉热支出的约33%左右。

为降低焦炉荒煤气温度便于后续焦化工艺处理，传统工艺采用喷氨水急冷的工艺冷却高温荒煤气，使荒煤气急剧降温至80-85℃。

该工艺流程不仅浪费了大量的荒煤气显热，而且消耗大量的氨水、又浪费了大量的水资源和电力，增加污水排放。

其中，红焦带出的高温余热目前已通过干熄焦技术予以回收并发电；烟道气排出的低温余热也已采用煤调湿、煤干燥、热管技术予以回收；但对于焦炉顶部上升管排出的800℃荒煤气，其带出的热量在焦炉输出显热中位居第二，该项中温余热是焦炉余热余能回收利用的最后一道亟待攻破的技术难关。

目前关于荒煤气显热利用已经研究了近30年，有水套式、热管式、风媒式、荒煤气引出式、介质浴式等等方法。

水套式。

这种方式试验最早，是在原上升管外面包覆一层水套，形式有若干种，利用荒煤气的部分热量产生热水或蒸汽。

以6m焦炉为例，每根上升管产0.5MPa蒸汽约79kg/h，荒煤气从692℃降低到606℃，100根上升管可产蒸汽约7.9t/h，强制循环泵功率约30KW，设备总投资约1000～2000多万元。

水套式的优点是设备体积较小，不结焦，对焦炉原有工艺没有太大影响，但是焦炉的上升管变成一个压力容器，存在运行时起停不易的限制和泄漏隐患。

风媒式。

这种方式是在原上升管外面制造一个风冷却套，其形式也有若干种，将荒煤气的一部分热量吸收产生热风，再将热风引到地面的余热锅炉中产生蒸汽，热风放热后再通过风机循环回上升管中。

还是以6m焦炉为例，荒煤气从692℃降低到637℃，100根上升管可产蒸汽约4.5t/h，循环风机电耗约179KW，设备总投资约600～1000万元。

焦炉上升管荒煤气余热回收装置制作安装施工工法焦炉上升管荒煤气余热回收装置制作安装施工工法一、前言焦炉上升管荒煤气余热回收装置是一项重要的能源回收技术，通过将炉内余热进行回收利用，可以减少能源浪费，提高能源利用效率。

本文将介绍焦炉上升管荒煤气余热回收装置的制作安装施工工法。

二、工法特点焦炉上升管荒煤气余热回收装置制作安装施工工法具有以下特点：1. 工法简单明了，容易掌握和操作。

2. 施工过程中的仪器设备和材料需求较少，成本低廉。

3. 适用范围广，可适用于不同型号、不同规模的焦炉。

三、适应范围焦炉上升管荒煤气余热回收装置制作安装施工工法适用于各种能源回收项目中，包括但不限于煤矿、冶金、化工、电力等行业。

四、工艺原理该工法的工艺原理是通过在焦炉上升管系统中设置余热回收装置，使炉内烟气中的余热转化为热能并回收利用。

具体工艺原理如下：1. 首先，根据焦炉的实际情况和工艺要求，制定合理的焦炉上升管荒煤气余热回收装置的设计方案。

2. 按照设计方案，进行焦炉上升管荒煤气余热回收装置的制作。

3. 在焦炉上升管系统中进行必要的改造，确保焦炉上升管荒煤气余热回收装置的安装能够顺利进行。

4. 将焦炉上升管荒煤气余热回收装置安装到焦炉上升管系统中，并进行必要的连接和调试。

5. 在焦炉运行过程中，监测焦炉上升管荒煤气余热回收装置的工作状况，及时进行维护和保养，以保证其正常运行和高效回收热能。

五、施工工艺焦炉上升管荒煤气余热回收装置的施工工艺主要包括以下几个阶段：1. 焦炉上升管荒煤气余热回收装置的设计方案制定和审批。

2. 原材料的准备和加工，包括管道、阀门、设备等。

3. 焦炉上升管系统的改造，包括管道的安装、支撑设备的加固等。

4. 焦炉上升管荒煤气余热回收装置的制作和调试。

5. 将焦炉上升管荒煤气余热回收装置安装到焦炉上升管系统中，进行连接和调试。

6. 对焦炉上升管荒煤气余热回收装置进行监测和维护，确保其正常运行。

六、劳动组织施工中需要确定责任部门和责任人员，并进行组织协调工作，确保施工进度和质量的顺利推进。

焦炉上升管荒煤气余热回收系统中汽包尺寸的确定作者：陈海生来源：《科技创新与应用》2016年第17期摘要：提出了焦炉上升管荒煤气余热回收系统中汽包直径和直筒段长度设计计算的方法，并就实际工程进行举例，列举了汽包选择需要注意的问题。

关键词：汽包；蒸汽空间体积负荷；荒煤气；余热1 概述汽包是焦炉上升管荒煤气余热回收系统的重要组成部分，它的主要作用如下：（1）接受从除氧器或给水预热器来的给水，向过热器输送饱和蒸汽，与循环上升管、循环下降管连接构成闭路循环。

（2）汽包中存有一定数量的饱和水，因而具有一定的蓄热能力。

当焦炉上升管荒煤气余热回收系统工况发生变化时，可以减缓汽压变化的速度。

蓄水量越大，越有利于负荷发生变化时的运行调节。

（3）汽包内具有一定的蒸汽容积，将进入汽包的汽水混合物加以分离，并从蒸汽中分离出汽水混合物携带的各种有害介质，从而获得满足一定品质要求的饱和蒸汽。

（4）汽包内部安装有给水、加药、排污、分段蒸发和蒸汽净化等装置以改善蒸汽品质。

2 汽包体积的确定汽包内部空间在正常水位以上部分称为蒸汽空间；以下部分称为水空间或水室。

蒸汽空间的体积称为蒸汽空间体积或蒸汽体积；水空间的体积称为水体积。

（1）汽包体积（一般不计算封头体积）按下式计算：V=AL式中：V-汽包体积，m3；A-汽包圆面积（指按内径计算的面积），m2；L-汽包直筒段长度，m。

（2）蒸汽空间的体积按下式计算：V1=A1L式中：V1-蒸汽空间体积，m3；A1-蒸汽空间的横断面积，m2。

蒸汽空间的横断面积按下式计算：式中：h1-蒸汽空间高度，m；D-汽包直径（指内径），m。

（3）蒸汽空间体积。

蒸汽空间体积应能满足汽水分离和蒸汽干燥的需要，其大小可由蒸汽空间体积负荷和蒸汽空间高度决定。

通过蒸汽空间单位体积的蒸汽体积流量，称为蒸汽空间体积负荷，用RV表示。

RV=qmν"/V1式中：RV-蒸汽空间体积负荷，m3/（m3·h）；qm-蒸汽质量流量，kg/h；ν"-蒸汽比容，m3/kg。

摘要：在焦炭的生产过程中，煤被焦炉中的隔离空气加热和蒸馏，产生焦炭并产生大量废气，这部分废气即荒煤气。

650℃～800℃荒煤气蕴含大量的余热资源。

本文介绍了焦炉荒煤气余热利用技术，以及两种上升管换热装置。

将荒煤气的显热利用起来用于生产饱和蒸汽、过热蒸汽等，既实现了节能减排，又进一步提高了能源利用率，不仅为环境保护做出了贡献而且创造了可观的经济效益，符合国家的节能政策。

关键词：焦炉荒煤气；上升管换热器；余热利用引言随着我国能源供求矛盾的日趋突出和能源结构不合理问题的严重困扰，除广开能源供应渠道、大力开发利用新能源等措施外，节能新技术、新工艺和节能设备的开发和应用，对于提高我国能源利用效率、促进“十三五”节能减排目标的实现，也具有十分重要的现实意义[1]。

炼焦化学工业是我国国民经济的重要组成部分，焦炭的生产过程为：配合煤在焦炉里隔绝空气的条件下加热干馏，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等过程制成焦炭，过程中产生大量荒煤气。

焦炉荒煤气的温度650℃～800℃，这一部分热量属于中温余热，占焦炉支出热的36％[2]。

从80年代初期国内就开始尝试回收焦化荒煤气带出的这部分显热，但至今未形成成熟、可靠、高效的回收利用技术，焦炉荒煤气余热资源没有得到有效回收利用的现象，造成大量能源浪费[3]。

1荒煤气余热利用技术简介荒煤气余热利用技术是对于占焦炉支出热的36%的中温余热进行利用的技术（见表1）。

利用上升管换热器回收荒煤气中的余热加热水，从换热装置出来的汽水混合物通过汽包进行汽水分离，产生蒸汽产品。

作为钢铁企业中的一个重要生产工序，焦炉生产过程中能源消耗占钢铁总能耗的7%～8%，焦化过程中每吨焦有50千克标煤可以进行回收利用。

上升管荒煤气余热在焦炉生产中热量支出排第二位，该余热资源进行回收后，可产生低压饱和蒸汽11.45万吨/a ，同时，可节约氨水用电量96×104kWh/a 。

目前，国内已经有多家焦化厂采用了上升管荒煤气余热利用技术，河北某大型钢铁企业焦化厂2x45孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术生产压力0.8MPa ，温度175℃的饱和蒸汽供厂区自用；江西某钢铁焦化厂2x63孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术后，产生0.5~0.7MPa 饱和蒸汽进行蒸汽并网；河南某焦化2x55孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术生产过热蒸汽，每年可可产蒸汽约8.8万吨。

圆园20年第7期焦炉荒煤气是一种具有很大回收和利用价值的炼焦生产副产品,其成分中不仅包含有焦油、粗苯等化工产品可供回收,而且还具有很高的热能。

炼焦生产中约有70%的热量被成熟焦炭和高温荒煤气带走,而其中荒煤气所含有的热能与红焦显热基本相当,由此可见高温荒煤气热量之高。

目前,炼焦生产中对于红焦显热可通过干熄焦技术进行回收利用,其应用已非常广泛,但对于荒煤气余热的回收利用却相对较少。

目前,很多国内焦化企业都采用氨水喷洒的方式来吸收荒煤气热量并给集气管降温,而这部分热量则被循环氨水系统带走后白白浪费了。

随着炼焦热能回收技术的发展,上升管荒煤气余热回收的相关技术也已趋于成熟,在当前倡导节能减排和高质量发展的形势下,为了实现对能源的高效利用,各焦化企业纷纷开始加强对荒煤气余热回收相关技术的研究和应用。

邯钢公司焦化厂通过采用换热器的方式实现了对上升管荒煤气余热的回收利用,为企业带来了良好的经济效益和环境效益。

本文对焦炉上升管荒煤气余热回收利用的好处以及相关技术的应用进行了分析。

一、上升管荒煤气余热回收的好处在焦炭高温干馏过程中,其热量损失主要来自于红焦显热、荒煤气余热、烟道废气热、焦炉炉体表面散热这几部分。

其中红焦显热、荒煤气余热是热量损失的主要部分,两者同属高温余热,分别占到了炼焦过程中热量损失的37%和36%,具有可观的回收利用价值。

红焦显热主要通过干熄焦进行回收,而荒煤气余热主要通过余热锅炉进行回收。

上升管荒煤气余热回收的好处主要有以下几点:1.促进能源高效利用。

碳化室焦炭在高温干馏下产生的荒煤气,由上升管逸出,经集气管送至化产鼓冷工段。

上升管荒煤气余热所携带的热量最多可达到焦炉输出总热量的近40%,与红焦显热基本相当,如果不加以回收利用显然是比较大的能源浪费。

通过在上升管设置余热回收装置,可使大部分荒煤气余热热量得到回收利用,产生的蒸汽可送至蒸汽管网用于工业生产和冬季取暖。

理论数据和相关的试验数据表明,按照50%的回收率计算,每生产1吨成熟焦炭,上升管荒煤气余热回收后至少能产生0.1吨0.8MPa 的饱和蒸汽。

焦炉上升管荒煤气余热利用技术文章介绍了焦炉上升管荒煤气余热利用技术的发展历程，提出了一种新型的利用技术，并就具体应用工程进行了工艺流程、主要设备、投资等介绍。

希望通过文章的分析，能够对相关工作提供参考。

标签：焦炉上升管；荒煤气；余热利用炼焦生产是典型的能源再加工和热能的再回收利用过程，焦炭和炼焦煤气是其主要的能源产品。

表1为炼焦过程中热量损失分布及相应的主要回收利用技术。

随着干熄焦和焦炉烟道废气余热锅炉技术的成熟，煤在干馏过程中产生的高温荒煤气的余热回收与利用就成为历来是焦化行业节能关注的焦点。

理论计算和各种试验装置的试验数据均表明，每生产1吨红焦焦炉上升管段的高温荒煤气余热回收后至少能产生0.8MPa蒸汽0.1吨，2015年我国生产焦炭4.48亿吨，如其荒煤气余热全部得到回收利用，则至少可回收4480万吨0.8MPa 蒸汽，折合标煤约424万吨，年可减排二氧化碳量1102万吨，二氧化硫量10.2万吨，氮氧化物量3.0万吨，节能减排潜力巨大。

1 我国焦炉上升管荒煤气余热利用的进程目前世界焦化行业传统的方法是喷洒大量70℃～75℃的循环氨水，循环氨水吸热而大量蒸发，使荒煤气温度得以降低，进入后序煤化工产品回收加工工段。

这样的结果是，荒煤气带出的热量被白白浪费掉，既流失了荒煤气热能，还增加了水资源的消耗。

早在上世纪70年代，首钢、太钢采用夹套上升管，夹套内冷却水吸收荒煤气所携带的热量而汽化，产生蒸汽，实现热能的回收利用，简称为“焦炉上升管汽化冷却装置”，并相继在武钢、马钢、鞍钢、涟钢、北京焦化厂、沈阳煤气二厂、本钢一铁和平顶山焦化厂等多家企业得到应用。

北京焦化在上升管体卷边结构、焊接方法方面进行了多项改进，仍不能完全解决上升管的筒体焊缝拉裂、漏水、漏汽等问题，运行几年后终因系统安全稳定性、运行成本等方面原因纷纷停用。

据悉国内运行时间最长的本钢一铁也由于2008年4.3m焦炉的拆除而中止了该技术的使用。