焦炉余热锅炉设计思考

焦炉余热锅炉设计思考

姓名：李银培

单位：欧萨斯能源环境设备（南京）有限公司

省市：江苏省南京市

邮编：210000

摘要：对于我国现阶段焦化炉余热锅炉技术而言，其设计工作是十分重要的，设计水平的高低往往决定着焦炉余热锅炉能够发挥自身价值和作用。因此，本文将针对现阶段我国焦炉余热锅炉技术的现状和发展前景进行分析和研究，论述焦化炉低温余热锅炉的设计特点以及实际使用情况，对焦化炉余热利用项目进行技术经济与环保效果的分析，对降低能源消耗、推动实现能源可持续发展战略有着十分重要的推动作用。

关键词：焦化炉；余热锅炉；技术分析；设计思考

前言：在本文中，以炼铁厂年产约80万吨焦炭的焦化炉为例加以设计和分析，在实际生产过程中，焦化炉内在完成加热、燃烧之后所产生的废气将通过总烟道汇总向空气持续排放，与此同时所产出的烟气问题往往能够达到260℃-300℃左右，烟气将由烟囱的方式排放到空气中。此时产生的高温余热若是不能实现回收和利用，那么将大大浪费余热资源，也使得环境受到污染。所以，在进行焦炉余热锅炉设计时，往往要结合相关科学、有效化的措施对焦化炉产生废烟气的余热进行回收和利用，使得这些蒸汽、余热能够为厂区内的生产和生活加以使用，进而降低能源消耗，为余热、蒸汽的使用可持续发展提供保障。

1 焦化工艺的概述

在进行焦化余热锅炉设计过程中，供煤车间所送来的煤炭将被送入到煤塔中，其装煤车要根据企业所制定的作业计划、方案从煤塔中进行煤炭的采取，经过计量之后将煤炭装入到炭化室中。煤料在炭化室需要经过一个结焦周期的高温干馏后，制成焦炭并最终产生荒煤气。

当炭化室内部的焦炭被制成之后，利用推焦车进行推出，通过拦焦车送入到熄焦车中，并在电机车的牵引下熄焦车到熄焦塔内实行喷水熄焦。在熄焦结束之后，所制成的焦炭会被卸到晾焦台上，等到冷却工作完成之后在送到筛焦工段，经过筛分的方式按照级别实行储存运输。

煤炭在炭化室干馏时，所产生的荒煤气将会汇集到炭化室的顶部，在经过上升管、桥管后进入到集气管中。温度为700℃的荒煤气将在桥管中被氨水喷洒，并直至冷却到90℃，荒煤气中的焦油等物质也将被冷却凝结下来[1]。

焦化炉所使用的焦炉煤气会由外部管道实现架空引入，焦炉煤气在经过预热处理之后会被送入到焦化炉的地下室，在通过下喷管之后将煤气输送到燃烧室内，的火道底部位置与由废气交换开闭器进入到空气中实行汇合燃烧。燃烧后的废烟气将经过立火道的顶部跨越孔洞进入到下降气流的立火道，再经过蓄热室，由格子砖将废烟气中的余热回收之后，在通过小烟道、废气交换开闭器、分烟道、烟囱等设施排入到空气中。

2 焦化炉余热锅炉的设计

2.1 锅炉设计的基本参数

焦化炉余热的具体数据如表1所示。

表1 焦化炉余热数据

2.2 锅炉参数的确定

经现场参数的实际分析和计算，确定每年锅炉产量为80万吨焦炭的焦化炉余热锅炉的参数如表2所示。

表2 焦化炉余热锅炉的数据参数

2.3 余热锅炉结构与设计特点

2.3.1 余热锅炉结构概述

（1）锅炉整体结构采用的是管箱式结构，从上而下都配备着过热器和蒸发区1、蒸发区2和省煤气管箱，这两只管箱的重量往往是通过底部型钢传递到钢架的横梁上。

（2）锅炉结构内部采用的是保温结构，无论是在内、外保温护板之间都进行了硅酸铝纤维的填充，使得散热的损失能够降低到最小。

（3）余热锅炉采用的是立式单烟道结构，烟道从上而下都要通过过热器、蒸发器、省煤器等设施，因废烟气的质量较低，受热面采用的便是鳍片管进行传热[2]。

2.3.2 余热锅炉设计的特点

（1）锅炉在设计上需要采用横向冲刷垂直通道立式的结构布置，废烟气将从锅炉顶部进入，按照顺序通过过热器、蒸发区与省煤器之后，从底部水平方向的排出，如此一来将便于烟气在流动过程中实现排灰。

（2）在余热锅炉设计过程中，其内部锅炉水的循环方式主要采用的是自然循环的方式，其自然循环系统具备着一定的可靠性高、稳定性好等优势，及时省去了强制循环循环泵的投入使用以及维修等费用。

（3）蒸发管束使用的是多集箱组合型的方式，上、下集箱水平衡放置在烟道中去，每个上、下集箱之间，都有纵向翅片管组成错列的对流管束，蒸发器中为全疏水。蒸发器的出口集箱通过汽水引入管和汽包相连，逐渐使得简单、稳定的循环管路得到形成[3]。

（4）余热锅炉的整体结构主要使用的是管箱式结构，此结构通常能够使得锅炉漏风等问题出现的概率被降到最低，大大降低锅炉余热的浪费，促进余热锅炉效率的提高。管箱的所有结构都将在制造厂内部组成一定的模块，其中所结合的是保温结构，在安装过程中往往要开展现场吊装以及预制对应的管理铺机加以连接，安装的是总量是较小的，其整体的安装质量也将得到保证。

（5）在余热锅炉的外壳上，主要使用的是钢板和型钢的焊接，其整体的密封效果是较好的，外壳的钢板与型钢焊接通常可以使得锅炉的漏风问题降至最低，大大降低锅炉的整体余热损失，在降低引风机能源效果的基础上，促进锅炉效率提升。

（6）对于余热锅炉受热面而言，其使用的是具备高延展性受热面的螺旋翅片管来获取最好的传热效果和最低的烟气阻力，确保锅炉结构能够变得越来越紧凑，其整体还具备着质量低、体积小的优势，为锅炉初期的投资能够得到节省。

（7）锅炉管道的在布置方法上主要采用的是水平方向布置，如此一来所产生的烟尘将不容易沉积在翅片上，锅炉主要使用的是小管径受热面，在同样的烟气流速下，其具体的阻碍力度是较小的，是有用翅片管的翅片节距大（此时的t需要大于等于6.5毫米），往往能够促进清灰工作的效率的提升。

（8）在余热锅炉的设计工作上，省煤器主要使用的是错排布置的螺旋翅片管结构，主要功能被用于加热系统的给水工作，给水经过加热之后进入到闪蒸除氧器中并加以闪蒸除氧，所以闪蒸除氧器并不需要一定的外部热源，由于锅炉系统的整体温度是较低的，这也使得省煤器的内部受热面壁温并不高，而在废烟气中包含着一定量的二氧化硫，十分容易在结露之后形成酸性腐蚀，因此螺旋翅片管要使用耐酸性较强的ND腐蚀钢管。

2.3.3 余热锅炉结构图以及简要原理的说明

焦化炉余热锅炉结构如图1所示，其内部的主要原理在于系统给水经过锅炉尾部设置的省煤器加热之后送入到闪蒸除氧器中开展闪蒸除氧，随后经过余热锅炉给水泵压力增加后将除氧水放入到锅炉汽包中。结合锅炉下降管送入到进口集箱中，将其分配到螺旋翅片管中开展汽水换热。另外，所出现的汽水混合物将汇合到出口集箱中，结合上升管进入余热锅炉的汽包中，如此一来将形成安全、稳定的水循环回路。汽包将会使得汽水混合物实现分离，饱和的蒸汽将进入到过热器中，在通过加热成过热蒸汽后进入到蒸汽管网中[4]。

图1 焦化炉余热锅炉结构图

结束语：

综上所述，在现阶段我国低温余热回收技术的使用中，此技术得到了突飞猛进的进步，我国的焦化行业余热回收项目其成本造价将会出现大幅度的下降，与此同时余热回收的效率得到前所未有的提高。从上述文中的论述中可得出一定的结论，余热利用项目项目不仅能够在一定程度上减少大量烟尘、二氧化碳以及二氧化硫的排放，还能够带来一定的环保效益，焦化炉余热锅炉在不耽误焦化技术的基础上，将利用较为成熟、科学的余热回收工艺，真正实现多方效益收获的目标。

参考文献：

[1]唐占甫.采用六级预热器的熟料生产线余热锅炉设计参数的确定[J].水泥工程,2022，000(02):83-84.

[2]赵英春,孙世宝,潘高峰,楚友义,杨平.AOD炉低温段角管式余热锅炉设计及应用[J].工业加热,2021,50(08):1-3.

[3]崔静,李文杰,王利宏,郑春,黄斐斐,王翔,黄旭.VOCs有机废气余热锅炉结构设计探讨[J].工业锅炉,2021，000(03):10-15.

[4]尹杰.热管余热锅炉的设计及工程应用[J].化工管理,2018,000(17):255+79.