焦炉上升管余热替代管式炉脱苯技术应用研究

焦炉上升管余热替代管式炉脱苯技术应用研究

张蕊

河北中煤旭阳能源有限公司

摘要：随着新材料的发展，焦炉上升管余热的应用日益成熟，近几年新建焦炉逐渐在普及应用。同时，随着环保形势的发展，粗苯系统管式炉的废气排放开始纳入监管，需要增加尾气处理装置，本文主要研究利用上升管余热产生的蒸汽来替代管式炉进行富油加热及脱苯技术的应用，对应用中存在的一些问题进行探讨。

关键词  上升管；管式炉；蒸汽；

1 概述

煤气净化粗苯回收是焦化企业在整个炼焦工艺中的重要内容。目前脱苯工艺大都采用管式加热炉加热的方式对入塔蒸汽和富油进行加热，该工艺虽然可以提供脱苯所需的热量，但存在一定的工艺缺陷，管式炉煤气加热富油存在富油泄露、煤气回火等重大安全隐患，严重影响粗苯工段安全生产；管式炉高温加快了洗油变质速度，造成洗油消耗加大；煤气消耗增大造成资源浪费；管式炉烟囱排放大量废气，对环境造成污染。

随着环保形势的日益严峻，园区的多座焦炉被迫停产，煤气产量紧张，不能满足园区需求，同时，管式炉尾气逐渐纳入环保系统的监管，需要增加尾气处理装置，满足严格的环保排放要求。利用焦炉上升管余热替代管式炉脱苯就有了非常重要的意义。

2技术工艺流程

在以上背景下，焦化厂招标开始施工建设，分别由两家单位进行施工，施工完成，投入使用。

该技术包含上升管换热器、上升管过热器、汽包、强制循环泵、除盐水箱、除氧给水泵、除氧器、汽包给水泵、富油换热器、冷凝水泵等以及相关电气仪控设备。该技术工艺是将除盐水站来的除盐水作为汽包进水，利用除氧给水泵把除盐水送入除氧器内，经除氧器热力除氧后生成的除氧水由汽包给水泵输送到汽包，汽包内的水由强制循环泵输入到上升管换热器吸收高温荒煤气（约650-800℃）的热能成为汽水混合物后再回到汽包内。汽包内进行汽水分离产生的饱和水继续进入管网参与循环，产出的饱和蒸汽一部分进入富油换热器加热富油，生成的饱和水进入脱苯区闪蒸罐闪蒸生成低压饱和水和低压饱和蒸汽，低压饱和水继续通过冷凝管冷却后由冷凝水泵打入上升管余热回收系统除氧器作为补水回用，闪蒸后生成的饱和蒸汽并入招标方低压蒸汽管网；一部分汽包生成饱和蒸汽通入上升管过热器内过热后通入脱苯塔及再生器内；富余饱和蒸汽并入招标方低压蒸汽管网。两套上升管余热回收代替管式炉煤气加热系统互为备用。

图1 上升管余热回收系统流程图

3 技术主要注意事项

笔者自2013年开始关注焦炉上升管余热利用技术发展，亲自参与了几次技术研发及试验，主持建设了一套上升管余热替代管式炉脱苯装置，组织项目投产调试，取得了一些心得，现将自己的一些想法写出来，供大家参考，为以后的工作提供一些帮助。

3.1 上升管换热器选型

上升管换热器按照换热介质分，主要分为导热油、饱和水、空气等。导热油技术换前期研究较多，泄漏后虽然对焦炉无影响但有很大的安全隐患，同时具有运行成本高、换热效率低的缺点，已经基本没有应用。现在主流的为采用饱和水的换热介质，由汽包来的汽水混合物，在上升管换热器内进行换热，成为饱和水，回到汽包进行汽水分离，生产饱和蒸汽，此技术具有换热效率高，运行成本低的特点，但要求上升管换热器有很高的耐腐蚀性，要保证在有泄漏情况出现时，饱和水不会进入焦炉炭化室，对焦炉造成损伤。

上升管换热器按照结构来区分，主要分为热管式、内盘管式、外盘管式、内插管式、夹套结构等许多种，都有一定的应用，但应用最多的还是外盘管式和夹套结构两种。内盘管式和内插管式成本较低，因换热管直接与荒煤气接触，对材质的要求更高，泄漏后换热介质直接进入焦炉，若荒煤气温降过大，焦油很容易析出在换热管表面，此类装置的风险系数过高，应用较少。上升管换热器为无缝钢管形式的整体，与荒煤气接触无焊缝，耐腐、耐高温、不漏水、不易结焦（一旦结焦易清除）、换热效率高、安全稳定可靠，可产饱和蒸汽和过热蒸汽，该形式的上升管换热器已在国内广泛推广，应用案例多，技术成熟。外盘管式换热器是将盘管置于夹套管外壁，与荒煤气间接换热，此结构提高了系统的安全系数，因采用的盘管结构，可生产更高压力的蒸汽；换热器只有换热盘管内部有压力，其它部位为常压非封闭结构，按照国家的压力容器管理规范，不需要进行监制和年检。

3.2 富油换热器选型

富油换热器是此项目的又一个关键设备。列管式换热器为常用换热器，具有技术成熟，成本较低的特点，但同时占地面积较大，换热温差较高。在此项目中，我们引进了板壳式换热器做为富油换热器，对比传统的列管式换热器，板壳式换热器耐高温、高压，小温差换热，材质使用寿命更长。因管式炉改造在化产危险区域，施工难度大，板壳式换热器体积小重量轻，可以先将阀门管道做成撬装组合形式，到现场后和其它管道对接即可，大大降低现场施工风险，也能节省施工时间。

3.3 工程主要事项

对于工程应用中，还有一些其他的注意事项：

1）汽包要采用双汽包设计。日常运行时，每个汽包对应一座焦炉使用，在进行年检或者检修时，可停一台汽包，另一台汽包运行，避免上升管干烧情况出现。

2）系统产生的饱和蒸汽的去向较多，如除氧器、粗苯系统、减压后生产过热蒸汽、系统管网等，因此要有平衡措施，避免出现分配不均的情况。

3）在粗苯工序，要适当提高换热装置及管道的材质，避免腐蚀窜漏，富油换热器做到一用一备。

4结语

随着新材料的不断得到应用，焦炉上升管余热利用技术逐渐成熟，可生产不同品质的饱和及过热蒸汽，用来进行洗脱苯、蒸氨等不同的工序。目前的技术只能把荒煤气温度降至450℃以上，下一步的研究方向是如何利用100℃至450℃之间的这部分热量。

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