焦炉荒煤气上升管余热利用方案比较

钢铁企业余热资源的回收与利用摘要：本文首先分析了钢铁企业余热回收的现状，接着分析了钢铁企业余热资源的回收与利用的措施，希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。

关键词：钢铁企业；余热资源；回收；利用；措施引言：当烟气从出口排出时的余热温度在100℃以下，那么将会产生大量的潜热，将这些潜热转换为热量在钢铁行业可以得到有效的应用。

类似的余热利用数不胜数，每年通过余热的利用，钢铁行业可以节约大量的蒸汽等物质，由此可见，余热回收能够有效的节约能源成本，促进钢铁行业的发展，同时也能为我国的节能减排工作做出突出贡献。

1钢铁企业余热回收的现状当前，我国的钢铁企业在进行作业的过程中主要有几种产生余热的形式，分别是高温烟气、冷却介质、炉渣、高温凝结水等。

目前，我国很多钢铁企业在进行钢铁生产的过程中都会通过对于余热的利用来进行低压蒸汽的生产，这种余热回收手段也是最基础、最广泛的余热回收利用手段。

但是，仅仅只有这一种余热利用回收手段仍然显得我国钢铁企业在进行余热回收利用的过程中没有体现其应有的技术水平，余热回收率过低，仅仅有30%左右。

这其中又以高温余热的回收利用率最高，可以达到40%以上，而低温余热的回收利用率却很少，只有1%左右。

但是如果针对世界上其他先进国家进行观察，我们能够发现先进国家的钢铁企业在进行运转的过程中，对于余热的回收利用率往往非常高，普遍在85%以上甚至90%以上。

由此可见，当前我国在钢铁企业余热回收方面仍然处于初级阶段。

2钢铁企业余热资源的回收与利用的措施2.1烧结环冷系统余热回收利用在钢铁生产的烧结工序中，烧结矿在经过环冷机冷却时，会产生大量温度较高的热烟气，如果这部分烟气直接排入大气，不仅会造成较大的能源损失，还会对大气造成严重污染。

烧结工序的能耗仅次于炼钢工序，约占总能耗的9%-15%，所以对烧结环冷机中的余热进行回收利用具有很大的节能空间，并且可产生较大的经济效益。

在烧结机生产线中都会配备相应的环冷机，对于烧结矿经过环冷机时产生的高温烟气可以采用两种余热回收利用措施。

焦炉荒煤气显热深度回收热力计算分析丁红光;张忠孝;曹先常;潘金荣;陈时选【摘要】针对焦炉荒煤气显热回收中受热面布置空间小及受热表面结焦致使热回收难以持续等问题,提出下降管多层膜式壁换热结构,且在热回收低温段采取镍涂层、喷氨等除焦措施,对荒煤气显热进行深度回收.热力计算结果表明:入口流量400Nm3/h、温度750℃的荒煤气在经过上升管换热器回收部分显热后,再通过下降管热回收装置最终出口平均温度可达301.3℃,突破了由于焦油凝析结焦带来的荒煤气出口温度的限制,下降管换热器可产生1.9 NPa饱和蒸汽174 kg/h,系统总热回收效率高达65％,可实现显热深度回收利用.%In order to solve the problems that there are small space for heating surface and the unsustainable heat recovery because of heating surface coking,existing in the process of coke-oven raw gas of sensible heat recovery,the paper proposes a multi-layer membrane wall heat exchanging structure in downcomer,and it takes some decoking measure in low temperature heat recovery section as well,such as spraying ammonia,nickel coating.The result obtained by thermodynamic calculation shows:the raw gas with inlet flow rate 400Nm3/h and the temperature 750℃,flowing through the heat exchanger in riser,are recovered partial sensible heat and then passes through the heat recovery device in downcomer,its average temperature at the downcomer outlet reaches 301.3℃,breaking through the limit of the temperature brought by the coal tar of condensation and coking,during the running process,the heat exchanger in downcomer can produce 174 kg/h of 1.9 MPa saturated vapor,the overall efticiency of heat recovery system reachesup to 65％,which can realize the full recovery and utilization for the sensible heat of coke-oven raw gas.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2018(036)002【总页数】5页(P156-160)【关键词】荒煤气;显热回收;下降管;多层膜式壁;热力计算【作者】丁红光;张忠孝;曹先常;潘金荣;陈时选【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海宝钢节能环保技术有限公司,上海200093;上海宝钢节能环保技术有限公司,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TK1150 引言在炼焦过程中，从焦炉炭化室逸出的荒煤气温度高达650～850℃，其携带显热约占焦炉输入能量总额的36%，就焦炉产物带出热量而言，荒煤气显热居第二位，仅略低于红焦炭显热。

焦炉余热回收系统及实用性分析摘要：根据我国提倡的节能减排政策，从焦炉生产的整体工艺上进行思考，结合国内外焦化企业的总体设计，论述焦炉的余热回收系统的优缺点和应用的必要性。

关键词：焦炉余热回收优缺点焦化企业在生产过程中，焦炉本体、烟气管道、成熟焦炭等产生大量可回收的热能，在国家提倡节能减排政策的大背景下，如果能高效回收利用这些能源，既能满足企业的生产和生活需要，又能够减少企业排放。

是一项利国、利企、利民的工程。

1 焦炉的余热资源焦炉的余热资源大约70%来自成熟焦炭和高温干馏产生的荒煤气，15%来自炙热的炉体，15%来自烟道废气。

由于焦炉炉体受到周围化产工艺及炼焦工艺设备的影响，因此这部分的余热资源还无法进行回收利用。

其他三部分均可进行回收利用。

2 余热资源的回收和利用2.1 荒煤气余热回收技术从焦炉炭化室经上升管逸出的650～750 ℃荒煤气带出的热量占炼焦耗热总量的32%左右。

2.1.1 上升管汽化冷却技术上升管汽化冷却技术(简称JSQ),为中国首创技术,于20世纪70年代初首先在首钢、太钢等企业的单集气管焦炉上使用。

但是有些企业不知道什么原因就放弃了这项技术，不再使用。

技术优点:投资少,使用过程中所消耗的费用低。

技术缺点:(1)回收的热量仅为荒煤气部分余热,且在上升管根部由于煤气聚冷易造成焦油析出,最终引起结石墨严重。

(2)虽然他的技术不断完善,但是其本身的管理风险还是很大的，易发生如上升管夹套内压过大或漏水等突发情况,均会对焦炉造成很大的危害。

(3)若不采用新的工艺技术匹配,回收热量产生的低压饱和蒸汽利用途径受到极大限制。

2.1.2 导热油夹套技术日本新日铁公司于1982年开发了利用导热油回收焦炉荒煤气余热的技术,并将回收的热量用于炼焦煤的干燥,形成了第一代炼焦煤调湿技术。

技术优点:安全性高,回收热量可在一定范围内精确调整,上升管结石墨现象比汽化冷却方式少。

技术缺点:(1)导热油在使用过程中难免会发生热变质现象,这样工作就无法正常运行。

国内焦炉煤气现状及综合利用情况一、焦炉煤气资源利用现状2022年全国焦炭产能预计3.7亿吨，焦炉煤气产量1500多亿方/年，全国约有焦化企业2000多家，其中1/3为钢铁联合企业，2/3为独立焦化企业；而独立焦化企业主要分布在山西、河南、山东、云南、内蒙等地，其中山西为世界上焦炭最大聚集地。

山西焦炭产能约占全国22%，近期坚持焦化并举，淘汰落后产能，实施总量控制（1.4亿吨），为焦炉气综合利用市场提供良好发展环境；全省焦化投资预计330亿，将继续规范吕梁、临汾两大焦化产业基地，完善30个产焦百万吨的重点企业，孕育良好的焦炉气制甲烷市场契机；2022年，将在介休、孝义等地建设十大焦炉气综合利用园，并在河津、清徐建设两个焦炉气制甲烷示范项目(形成规模10亿m3/a)；山西、河南、山东、云南、内蒙等地焦炉气资源丰富但离中心城市距离远，许多焦炉气被直接燃放，利用率低；焦炉气制甲醇和化肥由于市场受限和发电上网困难等因素影响，目前较好的利用途径是焦炉煤气甲烷化制天燃气。

焦炉煤气是指用炼焦用煤在炼焦炉中经高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体，是炼焦产品的副产品，未经净化处理的称之为荒煤气，经净化处理的称之为净煤气即本文所指的焦炉煤气。

焦炉煤气的热值约为17580kJ/m3～18420kJ/m3，天然气的热值约为35588kJ/m3，焦炉煤气的热值约为天然气热值的一半。

焦炉煤气的密度为0.45kg/m3～0.48kg/m3。

着火温度为600℃～650℃，具有燃烧速度快、着火快、火焰短的特点，理论燃烧温度为1800℃～2000℃。

每炼1吨焦炭，会产生430m3左右的焦炉煤气。

这些焦炉煤气中的一半用于企业自身回炉助燃，另外约200m3必须使用专门的装置进行回收净化处理，否则只能直接排入大气，或者燃烧排放（俗称“点天灯”）。

全国外供焦炉煤气预计就有700多亿立方米，有很多非钢焦化企业所产的焦炉煤气无法利用被“点天灯”而浪费了（这些企业一般远离城市中心），有约300亿立方米被白白排放掉。

焦炉上升管荒煤气余热回收系统中汽包尺寸的确定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。

标签：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。

工业锅炉的蒸汽空间体积负荷RV的推荐值见表1。

焦化（煤化工）行业焦炉煤气七大综合利用节能技术解析目录一、总则 (3)二、焦炉煤气用作气体燃料 (3)三、利用焦炉煤气发电 (4)1、蒸汽发电，热电联产供热与发电兼用： (4)2、焦炉煤气用于燃气轮机发电： (5)3、燃气——蒸汽联合循环发电技术（CCPP）： (5)4、用煤气内燃机带动发电机发电： (5)四、利用焦炉煤气制氢 (6)五、焦炉煤气用于生产直接还原铁 (7)六、焦炉煤气用于高炉喷吹炼铁 (7)七、焦炉煤气作为化工原料生产合成气 (8)1、焦炉煤气制合成氨——尿素 (8)2、焦炉煤气生产甲醇 (8)3、焦炉煤气提取或合成天然气 (9)八、焦炉煤气直接生产合成气 (9)一、总则焦炉煤气除部分返回焦炉加热外，剩余主要作为城市煤气，还有相当数量的焦炉煤气会通过火炬燃烧放空。

据估计每年约有350×108m3以上的焦炉煤气未被有效利用而付之一炬，这不仅造成环境污染，还浪费了大量能源。

根据焦炉煤气的特点（含氢量高），我国焦化行业应进一步开发出符合企业特点的应用技术，进而实现煤气资源的优化开发利用，增加焦炉煤气的利用价值，增强炼焦行业的整体竞争力。

焦炉煤气利用程度不断提高，在开发利用技术方面进行了一系列探索，本文总结出七种常用的焦炉煤气综合利用节能技术。

二、焦炉煤气用作气体燃料焦炉煤气是优质的中热值气体燃料，其热值为17兆焦~19兆焦/标准立方米，煤气的主要成分（体积百分比）为氢55％~60％、甲烷23％~27%、一氧化碳5％~8％，含两个以上的碳原子的不饱和烃2％~4％，以及少量的二氧化碳、氮、氧等。

由于我国油气资源缺乏，为解决大中城市民用燃气紧张的问题，20世纪80年代焦炉煤气曾一度广泛应用于民用燃气领城。

目前，在天然气还没有通达而焦化行业有一定基础的地区，焦炉煤气仍是民用煤气和其他工业生产的主要气体燃料提供者。

如将焦炉煤气用作陶瓷厂窑炉的加热燃料，生产出优质的陶瓷制品。

此外，焦炉煤气还可用作水泥和玻璃等工业生产的燃料。

焦炉上升管余热回收工艺流程一、引言焦炉是冶金行业中常见的设备，用于生产焦炭。

在焦炉的运行过程中，会产生大量的余热。

为了充分利用这些余热资源，提高能源利用效率，降低能源消耗和环境污染，焦炉上升管余热回收工艺应运而生。

二、工艺流程步骤 1. 上升管余热回收系统设计在进行焦炉上升管余热回收之前，需要对系统进行设计。

首先需要确定回收余热的方式，常见的有水蒸汽发电、空气预热和供暖供水等。

根据不同的应用需求选择不同的方式，并设计相应的系统结构。

2.系统安装与改造根据设计方案，对现有焦炉系统进行改造和安装。

这包括增加换热器、冷凝器等设备，并与原有系统进行连接。

同时需要对现有系统进行一定程度的改造，以适应新设备的接入。

3.系统调试与运行完成安装和改造后，需要对整个系统进行调试和运行。

首先进行设备检查和试运行，确保设备正常工作。

然后进行系统调试，包括温度、压力、流量等参数的调整，以达到最佳工作状态。

4.热量回收在焦炉上升管中，烟气携带着大量的余热。

通过换热器将烟气中的余热传递给工质（如水蒸汽或空气），实现能量的转化和回收。

换热器通常采用板式或管式结构，通过与烟气接触实现传热。

5.能量利用回收的余热可以用于多种应用，例如发电、供暖、供水等。

在发电方面，通过将余热转化为蒸汽驱动汽轮机发电。

在供暖和供水方面，可以利用余热加热水源，并输送到需要的地方。

6.系统监控与维护完成焦炉上升管余热回收系统的建设后，需要进行系统监控和维护工作。

通过安装传感器和仪表监测系统各项参数，并及时处理异常情况。

定期对设备进行检修和维护，确保系统长期稳定运行。

三、流程图graph LRA[设计回收方式] --> B[系统安装与改造]B --> C[系统调试与运行]C --> D[热量回收]D --> E[能量利用]E --> F[系统监控与维护]四、工艺流程优势 1. 节能环保：焦炉上升管余热回收可以充分利用焦炉产生的余热资源，减少能源消耗，降低对环境的污染。