焦炉烟道气余热回技术收应用实践

原标题：焦炉烟道气余热回技术收应用实践

摘 要：介绍了宝钢三期焦炉烟道气余热回收项目的工艺技术方案、烟道的开孔方案以及开 孔过程中焦炉加热的控制方案。烟道气余热回收项目投运后，达到设计要求，实践表明，具有显著的经济效益和社会效益。

关键词：焦炉；烟道气；余热；回收利用

1 概况

宝钢三期焦炉为 JNX 60-2 型焦炉，共有四座，分别为 5A、5B、6A、6B 焦炉。常规情 况下，焦炉加热的燃气为混合煤气（BFG+COG），每座焦炉的煤气用量约为 43000 Nm 3 /h。

其中，中间 5B、6A 两座焦炉共用一个烟囱排放烟气，共产生的烟气量约为 145000 Nm 3 /h， （本余热回收项目就是利用该部分的烟气），烟气温度 190℃左右。这两座焦炉燃烧产生的烟气依次经过分烟道、总烟道、大烟道之后汇总由烟囱排放。

焦炉是能源转换器，在能源转换过程中节能潜力巨大。180～230℃焦炉烟道废气带出热 约占焦炉支出热的 17%，直接排往大气造成极大的能源浪费 [1] 。目前焦炉烟道气余热回收利用技术主要有: 热管生产蒸汽技术、煤调湿、负压蒸氨等 [2] 。在这些烟道气余热利用技术中，用于生产蒸汽具有技术成熟、投资少、热回收率高等优点，是目前较为理想的利用方式。

2 烟道气余热回收工艺方案

该项目设计是在烟气进入烟囱之前的大烟道做旁通处理，引出烟气作为热源，通过增设 一台余热锅炉以及配套设施，生产 0.3MPa、150℃、3.3t/h 的低压蒸汽，供焦炉煤气预热和干熄焦除氧器使用。烟道气余热回收工艺流程如图 1 所示。

正常生产时，1#、2#气动阀打开，3#气动阀关闭，大烟道闸板孔的电动阀关闭，引出后 的烟气依次经过余热锅炉的过热器、蒸发器和省煤器，烟气温度降至 145℃左右经引风机(变频控制）进入大烟道由烟囱排出。锅炉系统停运或风机突发停电时，大烟道闸板孔的电动阀动作闸板自动打开，1#、2#气动阀关闭，烟气直接通过大烟道排放。另外，在烟气导出管路与导入管路的之间还另设一路旁通管道，并安装一台 3#气动阀，可以在余热锅炉系统故障停用时，在较短的时间内实现烟气及时切换，直接进入烟囱排放，避免因大烟道闸板的开启时间的限制而影响焦炉生产。

烟道气余热锅炉系统是由纯水箱、除氧器、省煤器、蒸发器、汽包、过热器等组成。系 统用水由外部供给水管将纯水直接补进纯水箱，纯水箱中的纯水经除氧水泵加压后送入除氧器，经除氧后经锅炉给水泵送入省煤器，经省煤器烟气预热至 135℃左右，一部分返回除氧器，与补充的纯水混合，并辅助产出的 150℃左右的过热蒸汽进行除氧，保证除氧器内水温为 105℃，另一部分直接送入汽包，与蒸发器上升管送入汽包的饱和水（143℃）混合后经下降管进入余热锅炉蒸发器。在蒸发器内，部分水汽化为饱和蒸汽，其余的水被加热为饱和水，并与蒸汽形成为汽水混合物，经上升管进入汽包。汽包内设置有汽水分离装置，经分离后的饱和干蒸汽离开汽包后经过热器加热到 150℃左右离开锅炉，再经调压阀后由管道送给用户。

3 大烟道开孔方案

3.1 大烟道构造

宝钢三期焦炉烟囱大烟道外层为钢筋混凝土结构，厚度 500mm,外墙宽 7850mm。流通 面宽度为 5560mm，下部为矩形结构，上部为半圆形结构，由保温砖和粘土砖砌筑而成。焦炉烟囱大烟道构造如图 2 所示。

3.2 大烟道开孔 位置 及尺寸

在大烟道顶板总计开孔数量有 3 个，分别为烟气导出孔 4530mm×1370mm、闸板孔 6090mm×1000mm、烟气导入孔 4530mm×1370mm。

3.3 开孔步骤

制定开孔方案时，有两点要重点考虑：1、开孔作业和吊装设备时，不能影响到焦炉的 压力制度，尽可能地减少对生产的影响；2、开孔作业时，要注意保护好大烟道砌体的完整性，防止坍塌事故的发生。

3.3.1 切割吊出混凝土顶板

根据开孔的尺寸及开孔定位后，对顶板进行分片切割。为防止切割下来的混凝土掉入烟 道内，先对顶板开若干个直径为 100mm 的圆孔，便于穿钢丝绳进行固定，和吊出切割下来的烟道顶板。吊出切割下来的烟道顶板为龙门架钢结构，通过链条葫芦将顶板逐片吊出。

3.3.2 耐火砖的取出

烟道顶板分片吊出后，制作专用弧形拱架，放在烟道耐火砖的表面，并将其固定在烟道 顶板上面，防止拱架垮塌。人员站在在弧形拱架上进行取砖作业。保温砖取出后，拆除粘土砖第一环砖拆除时，先从拱顶进行，在拱顶采用钻孔机进行钻孔，钻掉 2-3 块砖后，再利用人工拆除剩余的砖，靠近拱脚的部分砖不需要拆除。剩余环砖在拆除前，在该环砖下安设临时支架，临时拱架由一根弧形钢管构成，通过第一环砖的位置，放置在待拆砖环下方，利用连接杆与上层拱架连接，所有待拆的砖由于下部有临时支撑，保证砖在拆除过程中不掉入烟道内。每拆除一环砖，利用木板进行覆盖，边拆除边铺设，从而减少对焦炉烟囱吸力的影响。

3.3.3 烟气导出、导入设备的安装

烟气导出孔、导入孔耐材拆除后，使用龙门架和链条葫芦将连接管直接插入孔内。连接 管上方设置临时盲板，在靠近盲板位置还设置两块隔板，隔板通过连接管内的支撑架进行支撑。连接管上部的变径管接好后，抽出隔板即可。连接管与拱顶砖接触位置，采用耐火浇注料进行填充。烟气导出、导入设备的安装如图 3 所示。

3.3.4 闸板的安装

大烟道闸板安装前，将旁通烟道 1#、2#气动阀门关闭，3#气动阀门打开。闸板在吊装 过程中，闸板骨架与翻转闸板同时吊装，通过旁通阀门保证烟气正常流通。

4 烟道吸力及炉温的调节

在切割和吊出烟道混凝土顶板以及取耐火砖时，烟囱的吸力以及炉温波动不大，生产中 不需要采取特殊措施。但在安装烟气导出、导入设备以及大烟道闸板时，由于所开的孔是完全处于敞开状态，而且时间较长，会有大量的冷空气被抽入到烟道中。当烟道气温度急剧下降后，会降低烟囱的吸力，从而可能影响到焦炉的正常加热制度，严重时造成焦炉长时间的停产。为了确保烟囱的吸力不受影响，焦炉采取了停止加热措施。

4.1 烟道吸力的调节

焦炉停止加热时，煤气考克和空废气交换至中间位置，停止送入煤气，并停止出炉作业。 将机、焦侧分烟道翻板开度关小 25～35%，来提高机焦侧分烟道吸力，从而保证焦炉大烟道吸力的基本稳定。表 1 所示为安装烟道气导出孔的连接管时，5B、6A 焦炉停止加热，分烟道吸力上升了 100～135Pa，但总烟道吸力仅下降了 10～15Pa，吸力控制总体较好，烟道中 O2 含量上升明显，达 10%左右。

4.2 炉温的调节

安装烟气导出、导入设备以及闸板的时间，一般需要 45~50 分钟左右。焦炉停止加热时， 为防止炉温较快下降，在停止加热加热前的 4h，每座焦炉增加煤气量 2000m 3 /h 左右，控制炉温比标准温度高 10～15℃，从而保证作业过程炉温的总体稳定。

5 应用效果

通过对焦炉烟道开孔方案的不断摸索和优化，圆满地完成了大烟道的开孔和设备安装调 试作业，为烟道气余热回收节能项目的顺利开展打下了坚实基础。目前，该项目处于试运行阶段，能够产生 0.3MPa、150℃、3t/h 左右的低压蒸汽，达到设计要求，年可节约 1547t 标准煤，如表 2 所示。

6 结语

通过余热锅炉系统回收利用焦炉低温烟道气余热，产生低温低压蒸汽，替代高品质的蒸 汽，供低压蒸汽用户使用，是开展节能降耗及降本增效工作的有效途径之一。实践表明，宝钢实施的焦炉烟道气余热回收项目，具有显著的经济效益和社会效益，为钢铁及炼焦行业节能工作的深入开展提供了有益借鉴。

参考文献：

[1] 郑文华等.炼焦工艺的节能减排. 第七届中国钢铁年会论文集（C）,2009：09-114

[2] 胡建江等.焦炉余热回收与利用技术. 第八届全国能源与热工学术年会（C）,2015：32-37