科创中国

1、项目意义：炼焦过程产生500～800℃荒煤气的余热，约占焦炉整个热损失的36%，是焦炉余热回收利用的最后一块尚待开发的处女地，是国际炼焦技术亟待突破的技术难题。有效回收焦炉荒煤气带出的余热，是焦化企业创建绿色焦化、节能减排的方向，以6m焦炉年110万t焦炭计算、可产蒸汽10余万t，折合标煤1万余t，可减排二氧化碳3.0万t以上。

近30年来，开发焦炉荒煤气余热回收技术，是我国炼焦工作者主攻的节能课题，截至2013年底国内没有一套完全成功的应用实例。 

2014年我国生产焦炭***万吨，其中荒煤气带走2198万吨标准煤热量。焦化企业要度过目前的“严冬”，只能在余热回收利用上想办法，焦炉荒煤气余热回收利用是一重要途径，研发焦炉荒煤气余热回收利用技术势在必行。

2项目必要性：针对国内外荒煤气热量换热装置存在的弊端，从整体结构、吸热介质、换热装置、系统安全稳定性等方面做了重大改进，研发新型上升管换热器，其无缝合金、衬层和自洁材料三项专有创新技术，使得上升管换热内壁具备防漏水、防结石墨及防挂焦油的三重功能。

3、项目适用条件：本技术适用于***、***、6m顶装或捣固焦炉，乃至7m顶装焦炉，不受场地限制，龙冶公司可采用总承包等形式。

1、 技术原理及关键技术

本项目由江苏龙冶节能科技有限公司研究设计开发一套高效、可靠、稳定的炼焦炉荒煤气显热回收利用核心技术装置，回收利用荒煤气显热产生蒸汽供后工序使用，实现其在焦化产业中的工业化应用，推动整个炼焦行业的节能减排工作。

由于荒煤气中含有焦油蒸汽、水蒸气、苯蒸汽等，温度低于450℃，荒煤气中煤焦油会凝聚出来；温度高于800℃，荒煤气中碳又会聚集生成石墨，况且只能在直径400-500mm的上升管圆形筒腔内想办法，换热器绝对不能漏水到炭化室，这也就是炼焦人常说的“三怕”：怕漏水、怕长石墨、怕挂焦油。

荒煤气回收的关键技术是上升管内部设置的换热器，该新型上升管换热器技术，具备防漏水、防结石墨及防挂焦油的三重功能。

其一是上升管换热器材质的选择

新型的耐高温耐腐蚀耐磨合金材料：充分利用了特殊材料的耐高温、耐磨和耐腐蚀特性，增强壳体强度，材质与衬层二者有机结合，满足了介质在高温、温差变化大、腐蚀（氧化、还原、H2S等）特殊工况下的需要。

其二 是上升管防止漏水问题的解决

——内筒内壁为整体结构，采用耐磨、耐腐蚀、耐高温的合金材料，在高温环境下熔化成型，相当于整体无缝合金体。
     ——水-汽换热在封闭空间内，换热器内壁为合金整体结构配以衬层，采用新型的耐高温、耐腐蚀、耐磨合金材料，在高温环境下熔化成型，相当于整体无缝合金体，水不会渗漏到炭化室。

          上升管换热器特殊结构水夹套荒煤气余热回收技术结构图

其三 上升管内筒结焦油和石墨问题的解决

⑴、上升管换热器的内壁采用耐高温、耐腐蚀材质配以衬层及自洁材料涂层，内表面均匀光滑，无死角，不会挂结石墨和凝聚煤焦油。

在选用导热材质时，既要有较高的传热系数同时，又选择合适厚度的涂层，满足荒煤气与上升管内壁200℃（750-500℃）的温差。荒煤气换热器内其换热过程大致以热传导及热对流两种方式进行换热，基本公式是：

q=k·Δt

——q是热流量，表示单位时间单位面积的流入或流出热量

——Δt表示两传热间物体的温差

——k是传热系数，跟物性有关。

要使煤气温度不低于500℃，就要上升管内壁以及导热介质高于450℃。根据上述换热公式可知，热流量是与传热系数（K）、荒煤气与换热材质的温差（Δt）成正比，在选用导热材质时，既要有较高的传热系数同时，又选择合适的涂层，就可满足荒煤气与上升管内壁200℃（750-500℃）的温差。

经过数余次模拟试验，反复筛选，保证传热系数在150-200W/mK之间，选择适宜的涂料，并确立了适当的涂层厚度，来保障荒煤气温度高于500℃。
   ⑵、通过汽包进水流量的控制，一定程度上控制了上升管的进出口温度差，从另一途径减轻了内壁凝结焦油和石墨。

上升管换热器内表面均匀光滑，不易挂结石墨和凝聚煤焦油，即是微量附着也易清除；通过汽包进水流量的控制，控制上升管换热水的进出口温度差，消除了内壁凝结焦油和石墨的可能。

 ⑶、换热器的内壁，整体光滑，即使结焦油和石墨，也不易附着，即是附着也易清除。

其四 换热器效率的强化
   ⑴、换热器内部通过科学的结构排列以及高效换热材料的选择，最大程度地提高换热效果。
   ⑵、通过强制循环泵、大流量高扬程、分段的管网布局，充分保证每个上升管换热器的进水相对均匀。

2、工艺流程：

 本技术对焦炉荒煤气导出系统的管网、阀门、冷却喷洒等装置不产生任何影响，只需更换新型换热上升管及增设相应管网、调节阀，增设汽包、泵设施。3、技术经济指标：

一是直接经济效益：按110万t焦炭规模的企业，年产***饱和蒸汽约11万t，按照市场价180元／t计，年产生经济效益1980万元左右。

二是国家政策节能补贴380万元。

三是社会效益：新型上升管换热器外壳表面温度由原来170-230℃降低为70-90℃,相比降低了100℃以上，有效改善作业人员操作环境。

按年产***饱和蒸汽约11万t，折合标煤***万t，二氧化碳减排近***万t，节能减排效果明显。

4、技术创新性：

本项目具有合金整体结构、配以纳米涂层及自洁材料三大技术创新点：换热器内壁为合金整体结构配以纳米衬层，采用新型的耐高温、耐腐蚀、耐磨合金材料，在高温环境下熔化成型，相当于整体无缝合金体，换热在封闭空间内，水不会渗漏到炭化室。同时解决了以往的换热器在启动和停止过程中的不适应性问题，保证了设备在极高温度下（1400℃）能够安全正常运行。纳米涂层、无缝结构及自洁材料，打消了业内人士的“三怕”顾虑，适应了高温、粉尘、复杂的生产操作环境，满足了炼焦生产的需求。

该技术的运行2年的实际效果，证明技术是成熟可靠的，是国内首套焦炉荒煤气余热回收成功运行装置，填补了国内炼焦技术空白，达到了国际先进水平。