煤焦油管式加热炉节能减排综合利用技术

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摘要：对煤焦油管式加热炉提出了综合节能减排技术。采用信息采集技术和计算机技术，对传统仪表进行改造，利用变频调速技术对炉排、鼓风机、引风机进行精确的速度控制。采用复合式烟气余热阶梯回收利用技术，首先高温烟气段，利用热管式余热锅炉将“烟气余热产生蒸汽。然后在中温烟气段，利用烟气的热量将冷水换热用于锅炉补水，在低温烟气段，将将冷风加热成热风，回吹管式炉用于助燃，采用合理机械结构的脱硫除尘设备，达到综合节能降耗减排的目的。
关键词：管式加热炉;烟气余热阶梯回收;热管式余热锅炉;合理机械结构;综合节能
管式加热炉为煤化工行业的必备设备，主要用于对煤焦油的深加工处理，目前我国15万吨以上管式加热炉约有500台左右，年所耗燃料折合成标煤约1200万吨。由于目前管式炉对煤焦油加热温度要求严格，排烟温度高达400℃，废烟气由炉顶烟囱直接排走，既造成了能源巨大的浪费又污染了环境。因此，降低生产成本，减少能源消耗与环境污染的问题有着十分重要的意义，前景非常广泛。
针对这一现状，本文提出了对管式加热炉的控制系统、与烟气余热回收、脱硫除尘设备机械结构方面进行了技术创新，并且达到了预期的效果。
1.总体实施方案
1.1余热回收部分设计
余热回收部分的主要功能是将烟气的热量回收利用，并且提供满足脱硫所需的外界条件。余热回收在整体系统中起着重要作用，其中收热效率、烟气阻力和清灰状况都直接影响着脱硫效果。
余热回收装置由上、下两个部分组成。上部分为储热部分，用来储存热量并加热冷水或者冷空气，下部分为烟箱部分，相当于烟气通道，两个单元间由热管贯穿，高温烟气通过热管传导至储热部分收集利用，从而达到节能的目的。通过调整储热部分的结构形式可以产生蒸汽、热水及热风，烟箱部分通过详细合理的结构形式排布及流通面积的计算，设计合理的风速，已达到自动清灰的效果。该设计运行安全可靠。
1.1.1热管设计
导热管的主要功能是将烟气热量快速、高效传导给冷侧介质，使之被综合利用。整体采用高压无缝钢管制造而成，热管外部采用翅片高频焊接而成，大大增加了换热面积。
由于热管内部一般抽成真空，工质极易沸腾与蒸发，热管启动非常迅速，具有很高的导热能力。
目前热管已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、交通、机械等行业，作为废余热回收取得了显著的经济效益。
1.1.2管式炉智能控制系统
采用信息采集技术和计算机技术，对传统仪表进行改造，利用变频调速技术对炉排、鼓风机、引风机进行精确的速度控制。系统通过传感器对各处的温度及炉膛的负压情况、含氧量等情况进行实时监测，计算机通过模糊控制算法及逻辑自动运算，计算出最佳的鼓风机、引风机的风量和供煤量，使温度保持稳定的同时也使得煤炭能够充分的燃烧，不仅提高了控制精度也极大的降低了人工的劳动强度。
1.1.3管式炉烟气余热回收系统
采用复合式烟气余热阶梯回收利用技术，首先在200—400℃的高温烟气段，利用热管式余热锅炉将“烟气余热产生蒸汽。然后在170-200℃的中温烟气段，利用热管式气水换热器将烟气的热量，将冷水换热用于锅炉补水，在130-170℃的低温烟气段，将冷风加热成热风，回吹管式炉用于助燃，达到综合节能降耗的目的。
1.1.4管式炉除尘系统
采用干式布袋除尘器，该除尘器是一种物理除尘方式，它像筛子一样可以将PM2.5以下的霾尘及微尘拦住。
1.1.5管式炉脱硫系统
采用全自动“双碱法”脱硫，除掉烟气中的二氧化硫。除尘脱硫部分的主要功能是将回收后低温烟气中的粉尘和二氧化硫除掉，最终稳定的将符合国家标准的清洁烟气排入大气。
现有常规的脱硫塔多采用旋流板、筛板或者喷淋等结构。这些结构用于双碱法脱硫会出现阻力大、易结垢、雾化效果差等问题。因为实际使用中不可能完全获得氢氧化钠清液，总会混有很多的钙基灰渣，而旋流板是固定不变的板体，从而导致塔体和旋流板结垢、雾化效果差、堵塞气路，影响脱硫效果。
本文在脱硫塔的设计有了很大的自主创新，采用了“旋雾脱硫塔技术”，不同于目前常用的喷淋、水膜、筛板和旋流板四种塔结构，通过电机带动脱硫塔旋叶旋转的方式猛烈撞击脱硫液，使之雾化，与二氧化硫混合发生反应，解决了脱硫塔易结垢和堵塞喷头的难题，其特点是：（1）雾化效果好，液气比低;（2）阻力小;（3）大大减少了垢的存在机会，从而减少了结垢现象;（4）延长了气液接触时间;（5）提高了脱硫率。
2.主要实施效果
针对15万吨焦油管式炉：
2.1利用高温烟气，每小时可产生0.6Mpa的蒸汽2.5吨左右，产生75℃的热水10吨左右，可将30℃的冷风加热成140℃的热风，提高管式炉系统热效率15.2%左右。
2.2采用智能控制燃烧技术，改变了过去人工燃烧的状况，稳定了管式炉二段的出口温度，大大的提高了产品质量的稳定性。
3.项目预期效益分析及投资估算
3.1项目预期效益
节能综合改造后，通过保定市节能监察中心监察监测，15万吨焦油管式炉每天节约煤炭9吨左右，每天节约资金约1.3万左右，每年按300天计算，年节约资金约400万元左右。年可减少二氧化硫排放64.8吨，减少粉尘排放135吨，减少废气排放2200万立方米废气。
3.2投资估算
焦油管式炉节能减排综合利用系统，需要增加引风机、热管式余热锅炉及气水、气气式换热器、烟风管道、电器控制系统、脱硫除尘系统。参考当地材料费用及人工费用，经计算项目总投资260万元左右。按改造后年节能效益400万元左右，半年多即可回收成本。
参考文献：
[1]北京锅炉厂设计科翻译.清华大学锅炉教研校对的苏联《锅炉机组热力计算——标准方法》（1973年版）.机械工业出版社.1976.
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