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热管换热器在杭钢焦化厂管式炉上的应用

晨怡热管 (杭州钢铁厂能源处焦化分厂) 孙文俊 叶槐明 2009-11-2 23:28:47
[编者按]今年 4月1日,四川大学化工学院与攀枝花钢铁公司焦化厂合作开发的低热值煤气高效燃烧技术和管式炉烟气余热回收利用改造项目点火试车成功。从而可大幅度节能、减污、降低生产成本和优化能源结构。焦化厂的管式炉通常采用自然引射燃烧器燃烧焦炉煤气进行加热,因自然引射燃烧器通常会形成扩散燃烧,故燃烧效率较低,传热效能不佳,且外排烟气温度高达400℃左右,不仅损失了热能,而且造成环境的热污染。新开发的技术是用热管换热器回收管式炉烟气的余热,加热高炉煤气和助燃空气,可使管式炉的外排烟气温度从360℃降低至140℃,余热的回收率可达到65%。并将高炉煤气和助燃空气的温度从常温预热至200℃,燃料消耗量降低14%。并研制出了适用于高燃点、低热值高炉煤气的高效燃烧器,从而可使管式炉用廉价的高炉煤气替代焦炉煤气加热,降低管式炉的燃料成本约15%。攀钢焦化厂已决定将该技术推广应用到该厂的6座管式炉。这样,每年可节省燃料费1600万元,减少高炉煤气的排放量2.2亿m3, 折合标准煤3.5万吨。
    然而,该项余热回收利用技术早在1984年杭州钢铁厂焦化分厂的粗苯管式炉上得到了应用,同样取得了很好的节能减排效果,只是当时没有引起大家的足够重视。现将发表于1985年第3期《燃料与化工》杂志上的文章重新介绍给大家,以供广大焦化工作者参考。
 
 
    热管是一种新型的高效导热元件。重力式热管由于其结构简单、造价低,目前已得到了广泛应用。由热管组成的热管换热器,由于具有重量轻、体积小、流阻低、结构紧凑简单和耐低温腐蚀等优点,在低品质余热回收中越来越受到人们的重视。尤其以气-气换热效果为最佳。为提高我厂焦化分厂粗苯管式炉的热效率,我们与浙江大学、杭州市化工研究所和浙江省能源研究所共同合作,使用浙江省桐乡热管厂制造的热管组装的热管换热器,于1984年2月在粗苯管式炉上安装了一台容量为252MJ/h的热管换热器用作空气预热器。并于同年12月通过了省级鉴定。
1   管式炉原始状况
    我厂的粗苯工段是生产两种苯流程。所用圆筒管式炉的设计参数为:
        型号              270-25-Φ108/114
        直径              3430 mm
        总高              16360 mm
        处理能力       57 t/h
        总热负荷       11214 MJ/h (267万大卡/h)
        热效率           75%
    1983年初,对管式炉的操作情况进行全面测定后得出,炉子的热效率仅为64.69%。烟气带走的热量占总热量的30.05%。虽然烟气温度低于设计值,但由于空气过剩系数高达3.5,所以烟气带走的热量就远高于设计值。据估计,只要将空气过剩系数下降到1.25, 炉子的热效率就可提高17.66%。为此,我们采用了价格低廉的钢-水型热管换热器回收管式炉烟气的余热,以加热管式炉的燃烧用空气,取得了良好的效果。
2   烟气-空气热管换热系统
2.1工艺流程
    空气预热系统由热管换热器、风机、风管和煤气喷嘴组成。热管换热器安装在管式炉烟道的旁边。烟气从烟道的翻板前引出,进入热管换热器的蒸发段(加热段),换热后的烟气经管式炉烟囱排入大气。空气由风机送入热管换热器的冷凝段,预热后的空气引至炉底与煤气混合燃烧,见图1。

 
1    管式炉增设废气-空气热管换热器的流程
1-热管换热器;2-风机;3-空气煤气喷嘴;4-煤气水封;5-罗茨煤气流量计。
2.2   系统特点
    (1)供风系统。采用单机供风,为降低噪音和振动,风机与风管接口采用软连接。利用风机进口截流以控制风量,使空气过剩系数控制在1.25左右。
    (2)烟气系统。将烟气从原设备的翻板前引出,在进入热管换热器的蒸发段前设有插板。当换热系统停止运行时,可将插板插上,与管式炉断开,再打开烟道翻板,烟气可从原烟道外排。
    (3)换热气流方向。由于安装位置所限,热管换热器蒸发段和冷凝段的气流方向为垂直交错式。
    (4)报警系统。在脱苯操作室安装了停机报警装置。因停电或发生其他故障而使风机停止工作时,可自动报警。
    (5)其他。新设计了带有环形预热管的可调节风量的煤气喷嘴。设备和管道用岩棉毡保温。
2.3  热管换热器的结构及参数
    热管换热器的结构见图2,技术参数见表1。风机选用B4-72-11№3.2A型,风量3640m3/h,风压800Pa。
 
                         表1   热管换热器的技术参数

 

项  目
数 据
翅片尺寸
蒸发段
冷凝段
长,mm
955
厚度,mm
1
0.8
宽,mm
880
 
 
 
高, mm
1884
翅片高,mm
12.5
12.5
热管直径,mm
25
热管外径,mm
50
50
热管壁厚,mm
2.5
节距,mm
5.25
3.5
蒸发段长度,mm
855
 
 
 
冷凝段长度,mm
715
 
 
 
热管材质
20号钢
翅片材质
A3F
热管工质
热管根数
80
热管换热器总重,kg
800
                  表2    热管换热器的操作数据

 

 

项   目
温 度,℃
流 速
m/s
流   量
进口
出口
m3/h
Nm3/h
管式炉烟气
280
185
2.7
2963
1428
空气
13
146.8
2.1
1871
1786
项    目
蒸发段(烟气侧)
冷凝段(空气侧)
回收的热量 , MJ/h
213
311
流阻,Pa
70
50

 

 
 图2   热管换热器的结构图
1-空气段(冷凝段);2-废气段(蒸发段);3-热管。
 
 
2.4   系统操作情况
    热管换热器投产后,其操作数据见表2。
     
    从表2中可看出,管式炉烟囱的外排烟气温度从280℃降低到185℃,空气温度则由13℃提高到146.8℃,而阻力的增加不大,可回收热量约210 MJ/h。从管式炉的热平衡得出,其热效率提高到了86.56%,比原来提高了21.87%。
    热管换热器从1984年2月17日投产到10月22日,因粗苯工段脱苯设备停产检修时止,历时248天,共5952小时,其操作情况总体良好。但从检修中发现下列间题:
    (1)翅片节距小。因蒸发段的翅片节距仅为5.25mm,故热管的积灰现象较为严重。打开蒸发段侧板时清灰较麻烦。
    (2)腐蚀问题比较明显,虽在热管外镀了高温防腐材料,但不能根本解决间题。估计使用两年就需更换20%的热管,换热器的使用期限约为3~5年。
    生产实践证明,由于管式炉进风温度的提高,不仅提高了炉子的热效率,而且对脱苯操作也带来了不少好处。如管式炉内的火焰明显拉长,使炉膛温度趋于均匀,改善了燃烧工况;过热蒸汽温度提高了50~80℃, 既改善了再生器的操作,又使蒸汽耗量有所下降。燃烧用空气由于改用了风机鼓风的正压操作,不但减少了炉子热损失,而且能较稳定地控制空气过剩系数,这对提高炉子的热效率是举足轻重的。
3   经济效益
    比较使用热管换热器前后的管式炉热平衡得出,使用热管换热器后,烟气带走的热量由30.05%下降到7.61%,即减少了1504MJ/h。其中通过调节空气过剩系数的降低值为1276MJ/h。因加装热管换热器的下降值为228MJ/h。从而使管式炉的热效率由64.69%上升到86.56%,其总经济效益计算如下:管式炉的煤气用量由336.4m3/h降低到244.6m3/h,节约煤气91.8m3/h, 折合标准煤53.95kg/h,全年可节约标准煤453.18吨。
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