CN103335530B - 一种焦炉烟道废气余热回收工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焦化、冶金企业的烟道废气余热回收领域，尤其涉及一种焦炉烟道废气余热回收工艺，包括主烟道、副烟道、汽水系统、引风机和焦炉烟囱，其特征在于，在所述主烟道上设置自控方形插板阀；在所述副烟道上设置自控圆形百叶阀；汽水系统布置在余热回收锅炉的正下方；所述引风机布置在余热回收锅炉的出口侧，引风机进行变频调速控制焦炉出口主烟道压力在负170~380Pa范围内，副烟道内废气流速10~15m/s。与现有技术相比，本发明的优点是：通过稳定焦炉总烟道吸力及主副烟道系统自动切换控制，以及合理的阀门、余热回收锅炉选型及设备布置，在减少占地、节省投资的前提下，使废气余热得到有效回收，保证焦炉的稳定可靠连续运行。

Description

一种焦炉烟道废气余热回收工艺

技术领域

本发明涉及焦化、冶金企业的烟道废气余热回收领域，尤其涉及一种焦炉烟道废气余热回收工艺。

背景技术

焦炉烟道废气采用余热回收装置回收余热，一是能降低废气排烟的温度，二是能根据用汽参数需要产生相应参数的低压蒸汽，用于生产和生活，有利于节约能源，降低焦化的能耗指标，是焦化、冶金等领域节能减排的有效措施之一。

中国专利CN201010558892.9公开的一种焦炉烟道废气余热的回收利用方法或一些实施的焦炉烟道废气余热回收项目，其流程都是为了降低焦炉烟道废气的排烟温度，在总烟道（主烟道）上（总烟道翻板阀前）引出一旁通烟道（副烟道），在旁通烟道内安装一套热管式余热回收装置，回收余热后的废气通过引风机送至主烟道的烟囱排放。其主要构成为：热管式余热回收装置由预热器、蒸发器组成；烟气系统由主烟道翻板阀、副烟道及其上设置的翻板阀、引风机等组成；汽水系统由软水箱、除氧给水泵、常温除氧器、除氧水箱、锅炉给水泵等辅助设备组成，控制仪表由PLC系统集中控制，实现焦炉烟道废气的余热回收。该技术方案存在如下缺陷和不足：

1）控制系统不准确。其理由是：a、余热回收系统的设置要以保证焦炉稳定、可靠、连续运行为前提，但该方案引风机的变频调速是为保证热管式余热回收装置（余热锅炉）炉压的目的，不利于焦炉的生产；b、目前，焦炉烟道废气余热回收装置产汽（0.8MPa、饱和温度）量均约在10t/h左右，该方案余热锅炉的给水调节采用自动报警装置与锅炉给水泵联锁的控制方式与《锅炉安全技术监察规程》TSG G0001-2012中规定“额定蒸发量大于4t/h的蒸汽锅炉应当装设自动给水调节装置”的条款不符；

2）主副烟道上设置的阀门形式不合理。其理由是：a、主烟道是内部衬砖，下部为矩形，上部为拱形结构的地下烟道，该方案采用翻板阀形式，主烟道关断不严，烟气在主副烟道系统内形成再循环，影响焦炉及余热回收装置的正常运行。b、该方案副烟道采用翻板阀形式，阀门的关闭、开启时间长，且所需的转矩大；

3）实用性差。其理由是：a、焦炉烟道废气余热回收应适用于现有焦炉系统改造和新建焦炉项目，面对土地资源的日益紧张，特别是现有焦炉系统改造，受场地条件的限制，辅助设备分散布置，使总图占地范围大，不利于节约投资和节能。b、烟道废气余热回收装置的预热器、蒸发器的各组件均由轴向热管组成，换热效率低等。

另外由于焦化、冶金领域中的焦炉烟道废气温度在200～300℃左右且成分较复杂，其中含硫量较高（SO₂含量（V%）约为0.05%），因此回收利用时还存在低温气体露点腐蚀问题无法解决，所以目前焦炉烟道废气大多仍通过焦炉烟囱直接排放到大气中，废气余热无法回收，造成大量能源浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种焦炉烟道废气余热回收工艺，在稳定焦炉总烟道吸力、主副烟道系统自动切换控制方面采取有效措施，在回收焦炉烟道废气余热的同时，保证焦炉的稳定生产，使焦炉烟道余热回收系统具有更广泛的适应性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种焦炉烟道废气余热回收工艺，包括主烟道、副烟道、汽水系统、引风机和焦炉烟囱，在所述主烟道上设置自控方形插板阀；在所述副烟道上设置自控圆形百叶阀；汽水系统布置在余热回收锅炉的正下方；所述引风机布置在余热回收锅炉的出口侧，引风机采用焦炉出口主烟道压力进行变频调速控制，并结合各自控阀门的开度微调来保证焦炉压力制度稳定，使焦炉出口主烟道压力在负170～380Pa范围内，副烟道内废气流速10～15m/s，引风机与主副烟道上的各自控阀门之间是采用连锁控制和顺序起停来保证焦炉、焦炉烟道废气余热回收系统稳定生产的，其具体控制顺序如下：

1）引风机投入运行时，按顺序依次开启余热回收锅炉进口侧副烟道上的自动圆形百叶阀一和引风机出口侧副烟道上的自控圆形百叶阀二，再关闭主烟道上的自控方形插板阀；

2）引风机停机时，先开启主烟道上的自控方形插板阀，再按顺序依次关闭余热回收锅炉进口侧副烟道上的自控圆形百叶阀一和引风机出口侧副烟道上的自控圆形百叶阀二；

温度在200～300℃的焦炉烟道废气经副烟道进入余热回收锅炉，先与蒸发器内的炉水换热，烟道废气温度降至180℃～185℃，再进入给水预热器，烟道废气温度降至低于150℃后，通过引风机经副烟道送回主烟道，最终焦炉烟道废气由焦炉烟囱排入大气；余热回收锅炉的给水先进入给水预热器，换热后水温升至150℃～155℃，再进入余热回收锅炉的锅筒，通过锅筒的下降管再进入蒸发器内，进行换热蒸发，沿蒸发器的上升管进入锅筒，经汽水分离，产生要求参数的蒸汽，经管网送各蒸汽用户使用。

所述汽水系统包括软水箱、除氧给水泵、常温除氧器、除氧水箱和余热回收锅炉给水泵，在累计年最冷月平均温度≥-10℃的地区与余热回收锅炉同时露天布置，在累计年最冷月平均温度<-10℃的地区与余热回收锅炉采用紧身封闭布置。

所述自控圆形百叶阀均为地上布置形式，其驱动装置为电动或气动一体式。

所述主烟道是内部衬砖、下方为矩形、上方为拱形结构的地下烟道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）通过引风机采用焦炉出口主烟道压力的变频控制及自控圆形百叶阀开度的微调，确保在焦炉结焦时间变化（焦炉负荷变化）时，稳定焦炉总烟道吸力，进而保证焦炉压力制度稳定。

2）主副烟道系统自动切换控制，以及合理的阀门、余热回收锅炉选型及设备布置，确保在减少占地、节省投资的前提下，使焦炉烟道废气余热得到有效回收，且不影响焦炉的稳定、可靠、连续运行。

3）以热管+普通换热管的组合结构的余热回收锅炉能有效避免低温气体的露点腐蚀问题，同时也适用于其它形式、结构的余热锅炉，使焦炉烟道余热回收系统具有更广泛的适应性。

附图说明

图1是本发明实施例的方框结构示意图。

图2是本发明实施例的配置结构示意图。

图3是本发明汽水系统的平面布置示意图。

图4是主烟道系统压力变化曲线。

图5是旁通烟道系统压力变化曲线。

图中：1-主烟道2-副烟道3-汽水系统4-引风机5-焦炉烟囱6-自控方形插板阀7-自控圆形百叶阀一8-自控圆形百叶阀二9-余热回收锅炉10-焦炉11-计算机监控系统12-软水箱13-除氧给水泵14-常温除氧器15-除氧水箱16-余热回收锅炉给水泵17-烟道废气采集管路

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步说明。

见图1，是本发明一种焦炉烟道废气余热回收工艺实施例的方框结构示意图，包括主烟道、副烟道、汽水系统、引风机和焦炉烟囱，在主烟道上设置自控方形插板阀；在副烟道上设置自控圆形百叶阀，其中包括位于余热回收锅炉进口侧副烟道上的自控圆形百叶阀一和引风机出口侧副烟道上的自控圆形百叶阀二；引风机布置在余热回收锅炉的出口侧，本发明系统按两座焦炉配套。

见图2、图3，是本发明一种焦炉烟道废气余热回收工艺实施例的配置结构示意图，包括主烟道1、副烟道2、汽水系统3、引风机4和焦炉烟囱5，在主烟道1上设置自控方形插板阀6；在副烟道2上设置自控圆形百叶阀，其中包括位于余热回收锅炉9进口侧副烟道上的自控圆形百叶阀一7和引风机4出口侧副烟道上的自控圆形百叶阀二8；引风机4布置在余热回收锅炉9的出口侧，汽水系统3布置在余热回收锅炉9的正下方；自控圆形百叶阀一7和自控圆形百叶阀二8均为地上布置形式，其驱动装置为电动和气动一体式。系统中的主烟道1是内部衬砖、下方为矩形、上方为拱形结构的地下烟道。

在焦炉10出口侧的主烟道1上，从自控方形插板阀6的入口侧取焦炉出口主烟道压力（PICA）信号，该焦炉出口总烟道压力为主烟道上的自控方形插板阀6前烟气压力，通过计算机监控系统11对引风机4进行变频控制，由引风机4克服旁通烟道及余热回收锅炉、自控圆形百叶阀一及自控圆形百叶阀二的阻力，满足焦炉出口主烟道压力在负170～380Pa范围内，副烟道内废气流速10～15m/s的工艺条件，维持焦炉出口主烟道压力稳定，保证焦炉出口主烟道1的吸力，使余热得以回收，焦炉能正常生产。

引风机与主副烟道上的各自控阀门采用连锁控制和顺序起停，其具体控制顺序如下：

1）引风机投入运行时，按顺序依次开启余热回收锅炉9进口侧副烟道上的自控圆形百叶阀一7和引风机4出口侧副烟道上的自控圆形百叶阀二8，再关闭主烟道1上的自控方形插板阀6；

2）引风机停机时，先开启主烟道1上的自控方形插板阀6，再按顺序依次关闭余热回收锅炉进口侧副烟道上的自控圆形百叶阀一7和引风机出口侧副烟道上的自控圆形百叶阀二8，使焦炉烟道废气经主烟道，靠焦炉烟囱5抽力将废气排入大气。

上述连锁控制实现了主副烟道系统的自动切换和顺序起停，确保了余热回收装置的投运或停产时，不影响焦炉的正常生产。

实施例中，余热回收锅炉9的给水预热器为热管结构，蒸发器为普通换热管结构，温度在230～300℃的焦炉烟道尾气经副烟道2进入余热回收锅炉9，先与普通换热管构成的蒸发器内的炉水换热，烟道废气温度降至180～185℃，再进入由热管组成的给水预热器，烟道废气温度降至低于150℃后，通过引风机经装有自控圆形百叶阀二8的副烟道送回主烟道1，最终焦炉烟道废气由焦炉烟囱5排入大气；

余热回收锅炉9的给水（约20℃左右）先进入由热管组成的给水预热器，换热后水温升至150℃～155℃，再进入余热回收锅炉的锅筒，通过锅筒的下降管再进入由普通换热管构成的蒸发器内，进行换热蒸发，沿蒸发器的上升管进入锅筒，经汽水分离，产生要求参数的蒸汽，经管网送各蒸汽用户使用。

本发明系统中副烟道的安装方法有二种：其一是对于新建焦炉系统，在焦炉设计、施工时，即安装好自控方形插板阀6，并预留好主烟道至自控圆形百叶阀一7和自控圆形百叶阀二8的副烟道；其二是对于现有焦炉系统，先采用有计划安排焦炉进行闷炉，延长结焦时间，同时关闭每孔焦炉分烟道上的废气开闭器，切断主烟道1的烟气，使主烟道温度降低，然后进行主烟道上自控方形插板阀6的安装，同时在自控方形插板阀6前后的主烟道合适位置上方开孔，安装带有法兰盲板的烟道废气采集管路17，在闷炉时间内快速完成对主烟道1的改造，并恢复焦炉10的正常生产。这样在不影响焦炉的情况下，可随时方便地安装副烟道2及其自控圆形百叶阀一7、自控圆形百叶阀二8和余热回收锅炉9、引风机4等余热回收系统，余热回收系统安装完毕后，关闭副烟道2上的自控圆形百叶阀一7和自控圆形百叶阀二8，抽出烟道废气采集管路17上的法兰盲板。避免了其他方案直接在高温烟道上安装阀门及副烟道或加工烟道气采集输送通路和输出通路的难度及危险性。

本发明系统中的汽水系统3包括软水箱12、除氧给水泵13、常温除氧器14、除氧水箱15和余热回收锅炉给水泵16，在累计年最冷月平均温度≥-10℃的地区与余热回收锅炉同时露天布置，在累计年最冷月平均温度<-10℃的地区与余热回收锅炉采用紧身封闭布置。汽水系统3布置在余热回收锅炉9的底部范围内，有利于与余热回收锅炉9同时进行露天布置或紧身封闭布置，且减少占地，节约投资。

外部送来的软水先进入软水箱12，软水箱设置液位监视装置，进行液位指示、报警、调节、联锁，软水管道设置流量监视及流量调节装置，根据软水箱12的液位信号调节进入软水箱的软水量，保证软水箱的液位稳定，并设有除氧给水泵13与软水箱液位的联锁装置，在软水箱液位处于极低时自动停泵保护；由除氧给水泵13加压将软水箱内的软水送入常温除氧器14内除氧，软水除氧后，自流进入除氧水箱15，除氧水箱设置液位监视装置，进行液位指示、报警、联锁，当除氧水箱15液位处于极低时，自动停止余热回收锅炉给水泵16。余热回收锅炉9设有给水、产汽流量计量（FIQ）及锅筒液位监测装置（LICA），余热回收锅炉给水通过计算机监控系统实现根据锅筒液位、给水流量、蒸汽流量进行三冲量自动调节的功能，蒸汽的压力通过锅筒上设置的安全阀控制，当蒸汽压力达到安全阀的整定值时，安全阀将自动开启，进行泄压排放，确保余热回收锅炉的安全运行。

由于焦炉采用不同的加热介质，其排放的废气量也不同，采用焦炉煤气加热时，排放的废气量每吨焦约1400Nm/h（计算后确定），焦炉采用高炉煤气加热时，排放的废气量每吨焦约2000Nm/h（计算后确定），按具体的焦炉产焦量即可计算出每座焦炉的烟道废气量，副烟道2内废气流速取10～15m/s，进而可计算出副烟道的截面面积，确定圆形副烟道的直径。因焦炉炉型及结构不同，其出口主烟道处的压力要求也有所不同，约在负170～380Pa范围内，准确数值经计算或现场测量确定，引风机选型及变频调速维持此处相应压力的稳定。

本发明系统中主烟道系统压力变化曲线如图4所示，焦炉主烟道系统的总阻力△H由焦炉烟囱的抽力△H_吸克服，整个系统完全处在负压状态，焦炉出口主烟道1点处的负压是靠焦炉烟囱的抽力来维持的，无需利用机械（引风机等）即可使焦炉废气经主烟道、自控方形插板阀、焦炉烟囱排入大气。

旁通烟道系统压力变化曲线如下图5所示，焦炉出口主烟道1点处的负压是靠焦炉烟囱的抽力（△H_吸）及引风机的吸力(△h)来维持的，使焦炉废气经主烟道、旁通烟道、自控圆形百叶阀一、余热回收锅炉、自控圆形百叶阀二、焦炉烟囱排入大气。

在主烟道、焦炉烟囱尺寸一定的情况下，主烟道系统与旁通烟道系统自动切换的阀门阻力越大，焦炉烟道废气余热回收配套系统中的余热回收锅炉距主烟道越远，旁通烟道系统的阻力越大，需要引风机的风压就越大，则引风机的电机功率就越大，使旁通烟道系统的能耗增加。本系统从设备布置、阀门结构形式方面考虑，在实现焦炉烟道废气余热尽可能回收的前提下，减少引风机的风压，降低能耗，节约运行成本。

Claims (1)

1.一种焦炉烟道废气余热回收工艺，包括主烟道、副烟道、汽水系统、引风机和焦炉烟囱，其特征在于，在所述主烟道上设置自控方形插板阀；在所述副烟道上设置自控圆形百叶阀；汽水系统布置在余热回收锅炉的正下方；所述引风机布置在余热回收锅炉的出口侧，引风机采用焦炉出口主烟道压力进行变频调速控制，并结合各自控阀门的开度微调来保证焦炉压力制度稳定，使焦炉出口主烟道压力在负170～380Pa范围内，副烟道内废气流速10～15m/s，引风机与主副烟道上的各自控阀门之间是采用连锁控制和顺序起停来保证焦炉、焦炉烟道废气余热回收系统稳定生产的，其具体控制顺序如下：

1)引风机投入运行时，按顺序依次开启余热回收锅炉进口侧副烟道上的自控圆形百叶阀一和引风机出口侧副烟道上的自控圆形百叶阀二，再关闭主烟道上的自控方形插板阀；

2)引风机停机时，先开启主烟道上的自控方形插板阀，再按顺序依次关闭余热回收锅炉进口侧副烟道上的自控圆形百叶阀一和引风机出口侧副烟道上的自控圆形百叶阀二；

温度在200～300℃的焦炉烟道废气经副烟道进入余热回收锅炉，先与蒸发器内的炉水换热，烟道废气温度降至180℃～185℃，再进入给水预热器，烟道废气温度降至低于150℃后，通过引风机经副烟道送回主烟道，最终焦炉烟道废气由焦炉烟囱排入大气；余热回收锅炉的给水先进入给水预热器，换热后水温升至150℃～155℃，再进入余热回收锅炉的锅筒，通过锅筒的下降管再进入蒸发器内，进行换热蒸发，沿蒸发器的上升管进入锅筒，经汽水分离，产生要求参数的蒸汽，经管网送各蒸汽用户使用；

所述汽水系统包括软水箱、除氧给水泵、常温除氧器、除氧水箱和余热回收锅炉给水泵，在累计年最冷月平均温度≥-10℃的地区与余热回收锅炉同时露天布置，在累计年最冷月平均温度<-10℃的地区与余热回收锅炉采用紧身封闭布置；所述自控圆形百叶阀均为地上布置形式，其驱动装置为电动或气动一体式；所述主烟道是内部衬砖、下方为矩形、上方为拱形结构的地下烟道。