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热管换热器在干熄焦系统中的应用情况
周绪祥 (焦化厂)
摘要：热管换热器在冶金工业中得到了广泛的应用。随着干熄焦技术的引进、消化吸收,干熄焦设备国产化率也越来越高。热管换热器作为干熄焦循环气体二次降温设备,与原来的给水预热器相比,在节省投资、稳定工艺及简化操作等诸多方面优势明显。
关键词：干熄焦 热管换热器 给水预热器
1 概述
焦炭干法熄焦(CokeDryQuenching简称CDQ)是一种利用炽热的焦炭和惰性气体在干熄炉内直接接触换热的新型熄焦工艺。从焦炉碳化室推出的约950～1050℃红焦,经运送提升,最后被装入干熄炉内。红热焦炭在干熄炉内冷却段与惰性循环气体逆流换热,温度降至200℃以下,从干熄炉底部排出。加热后的惰性循环气体自干熄炉环形气道流出,温度约为900～960℃,经一次除尘器除尘后进入干熄焦余热锅炉换热,温度降至160～180℃,再经二次除尘器除尘后,由循环风机加压,经二次换热冷却至约130℃后进入干熄炉循环使用。如图1示。
国内前期建设的干熄焦系统多采用给水预热器作为循环气体的二次降温设备,鄂钢焦化厂干熄焦系统采用热管换热器循环气体二次降温设备。热管换热器在干熄焦循环系统中的应用,是干熄焦技术引进后国产化的创新之一。
2 干熄焦循环气体二次降温两种工艺比较
在循环风机出口、干熄炉进口管道段进行二次降温冷却,目的是进一步降低循环气体入炉温度并强化干熄炉的换热效果,从循环气体中回收的热量用来加热锅炉给水,节约了除氧器的蒸汽耗量,从而也节约整个干熄焦装置的能耗。正常生产二次降温设备出入口烟气工艺参数如表1。
2.1 给水预热器作为二次降温设备工艺
给水预热器作为循环气体二次降温设备在干熄焦系统组成如下工艺。常温状态除盐水箱7中的除盐水经泵3加压,通过水水换热器2进行温度调节达到68℃左右进给水预热器1,给水预热器出口水温≤120℃,再次通过水水换热器2温度降到≤85℃,达到除氧器出氧后经锅炉给水泵5打入锅炉。当给水预热器1入口温度低于60时,开除氧循环泵4。如图2示。
图.2 给水预热器作为二次降温设备的工艺原理
1,给水预热器;2,水水换热器;3,除氧给水泵;4,除氧循环泵;5,锅炉给水泵;6,除氧器;7,除盐水箱
2.2 热管换热器作为二次降温设备工艺
热管换热器作为二次降温设备在干熄焦系统组成如下工艺如图3所示。汽轮机凝结水和除盐水站补充水在除盐水箱7汇合后,水温约35℃直接经除氧给水泵4加压进入热管换热器,出水温度为68℃又直接进入除氧器除氧,经锅炉给水泵5打入锅炉。
3 利用热管技术的优点
由各自工艺可知,由于换热性能不良,采用给水预热器工艺要注意提高其入口温度,循环风机启动后,要注意给水预热器入口温度不可低于60℃。通过调整除氧器循环泵出口电动阀,控制给水预热器的出入口温度。随着负荷的增加,在给水预热器的出入口温度差在40℃左右时,关闭除氧器循环泵出口电动阀,停止除氧器循环泵运行。
热管换热器其外层是一个密封的管体,内部充有一定量、一定压力的工质。热管的一端为蒸发段,置于流动的循环气体中(高温侧);另一端为冷凝段,置于流动的锅炉给水中(低温侧)。当热管的蒸发段从循环气体中吸热时,热量经管壁传到管内工质中,工质便汽化 蒸发,借助压差使工质蒸汽经热管的中心通道而迅速传到冷凝段,在此蒸汽凝缩成液体,释放出潜能,并通过管壁将热量传递给外部的锅炉给水。在重力作用下,液态工质回流到蒸发段。通过这种“蒸发-传输-冷凝”的反复循环而将热量从循环气体传输至锅炉给水。通过工质蒸发及冷凝速度快慢、和参与该过程共质量的增减来调节传热能的多少,从而达到自调节烟气温度目的。
图.3 热管换热器作为二次降温设备的工艺原理
1,热管;2,热管换热器;3,中间隔板;4,除氧给水泵;5,锅炉给水泵;6,除氧器;7,除盐水箱
通过比较干熄焦循环气体二次换热工艺组成、目标值控制实现的难易程度,以及各自的原理。热管技术在干熄焦系统利用有如下优点:
3.1 操作相对简单,设备维护量小
采用给水预热器工艺操作复杂,特别是干熄焦开工或检修后重新生产,工况不稳定,需人工操作,投入人力大;再者,该工艺投入设备多,投资大,设备维护量大。采用热管换热器工艺,操作时人工干预少,设备简单,平常无需维护。
3.2 不会出现窜漏现象
给水预热器采用水走管内,烟气走管外的模式。当管道发生穿孔,管内冷却水将发生泄漏,造成停炉。
而热管换热器中间采用隔板隔离烟气和冷却水,当热管发生穿孔,只会出现该管道中少量的工质泄漏,不会发生冷却水窜入烟气,从而不会影响正常生产。
3.3 避免了露点腐蚀问题
给水预热器其结构形式和换热原理决定了它不可避免存在露点腐蚀问题,所以通过一套复杂的工艺来提高给水预热器入口水温,保证出口循环气体温度高于露点腐蚀温度。但当工艺发生变化,存在露点腐蚀可能。但热管换热器在设计之初,通过工质选择以及烟气中硫成份分压、热量平衡计算,已经避免了在生产工艺发生变化时,保证出口烟气温度高于露点腐 蚀温度,避免了露点腐蚀问题。
4 结论
热管换热器有结构简单、热管传热效率高、投资小。既可以降低能耗,同时通过使蒸发段、冷凝段隔离而减少设备腐蚀等优点,因此具有广阔的应用前景。
干熄焦作为国家发改委十五计划重点推广的环保节能项目,目前在国内建设和使用亦卓有成效。热管换热器在干熄焦系统中的应用,其特点和优势将随着干熄焦技术的推广而进一步显现。
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