干熄焦余热发电工艺系统设计优化

李 涛,符鑫杰,张 晔

（中信重工机械股份有限公司,河南洛阳 471039）

前言

干熄焦余热发电技术是以冷惰性气体在干熄炉中与赤热焦炭逆流接触吸收其热量，并终止其燃烧，吸收了红焦热量的惰性气体作为二次能源，在干熄焦余热锅炉中生产高温、高压蒸汽而重新变冷，冷的惰性气体再经过循环风机去冷却红焦，蒸汽一般全部用来发电［1］。

随着干熄焦设备的不断国产化、先进化和干熄焦工艺技术的不断完善，干熄焦技术在我国钢铁厂和焦化厂中得到广泛的应用，干熄焦工艺流程也逐步趋于成熟。但是实际运行中，由于某些设计细节上还存在问题，进而影响整个干熄焦系统安全、可靠、稳定、高效的运行。故干熄焦余热发电工艺系统还是存在一定的优化空间。

1 干熄焦余热发电工艺系统存在问题

1.1 循环气体旁通管引发副省煤器的腐蚀问题

循环气体旁通管引发副省煤器腐蚀表征现象是,副省煤器上方的循环气体旁通管道中不断有水滴到副省煤器的受热面上,且干熄焦循环气体中H2S、S等酸性气体，进而造成副省煤器受热面的酸腐蚀。

1.2 射水箱排水浪费的问题

射水抽气系统由于抽真空效果良好和投资成本较低，广泛运用在干熄焦余热发电系统中。射水箱的水在循环工作中不断被加热，由于夏季环境温度偏高，射水箱的水温无法仅靠大气环境自然冷却而降低。而射水箱的水温直接影响射水抽气器的抽真空效果。故为了保证凝汽器在较高的真空度下运行，传统工艺设计是采用工业水补至射水箱，以降低射水箱的水温，多余的水由射水箱的溢流口排出。这样设计存在一个水资源严重浪费的问题。以装机容量为25 MW的机组为例，射水抽气器型号为SD-16，流量要求为260 m3/h，射水箱容积为12 m3。夏季为了保证凝汽器在较高的真空下运行，需向射水箱每小时补充12 m3左右的工业水。夏季按照90天计算，则常规设计一个夏季需浪费2.6万t工业水，每吨工业水按1.5元（含税）计算，共计损失3.9万元。

2 问题分析及优化措施

2.1 循环气体旁通管引发副省煤器的腐蚀问题

2.1.1 腐蚀的原因

副省煤器的腐蚀两个关键因素是水和循环气体中含有酸性气体。而循环气体中酸性气体的含量多少是由焦化工序中配煤的成分和焦饼成熟度高低来决定的。故防止副省煤器腐蚀关键点在于解决水的问题。

要解决循环气体管道有水产生这问题，首先得研究循环气体旁通管道产生水的机理。

在初期生产的时候，干熄焦循环系统中的循环气体基本不含有水份（详见循环气体成分表1），但随着循环次数的增多，焦炭中残存的挥发份不断地析出，循环气体中CO、H2、CH4等易爆易燃的气体浓度不断增大，为了控制循环气体中可燃气体浓度在爆炸极限以下，防止循环气体系统发生爆炸，在正常运行时基本上都是采用导入空气将循环气体中的可燃气体成分燃烧掉［2］（循环气体温度超过650℃时）。由于导入空气中含有一定的水分子，且可燃气体中H2燃烧后产生了水，故循环气体中会含有一定量的水份。

表1 循环气体成分

循环气体旁通管主要用于控制余热锅炉入口烟气温度不超过规定要求。当余热锅炉入口烟气温度偏高时，通过打开旁通管路的气动调节阀导入部分未经过与焦炭换热的循环气体进入余热锅炉烟气入口而实现控制锅炉入口烟气温度。但在干熄焦正常生产过程中锅炉入口烟气温度基本上是可控的，因此正常生产时循环气体的旁通管道的气动调节阀基本上处于关闭状态［3］。

现在干熄焦余热发电系统中循环气体的旁通管道一般由副省煤器的顶部垂直引出，管道的最低点布置在副省煤器受热面的正上方。且循环气体旁通管道不做保温。

基于以上三点，干熄焦系统运行一定时间后，进入循环气体旁通管道的循环气体由于不流通加上循环气体的含湿量增大，在循环气体管道的末端不断有水冷凝析出，进而顺着循环气体旁通管道流至副省煤器的受热面，造成副省煤器受热面腐蚀。

2.1.2 优化措施

通过以上的分析,循环气体的旁通管道产生水是无法避免的,故只能考虑如何妥善将这部分水收集和排出。

通过分析原有设计管路走向（图2），由于循环气体旁通管路由副省煤器顶部引出，出口方向与副省煤器的受热面垂直，出口初始的垂直段过长且水平段位置偏高，不利于冷凝水的收集和防止冷凝水滴溅到副省煤器受热面。故需要改变循环气体旁通管路的走向（图3）。将循环气体旁通管改由副省煤器的侧壁水平引出1.5 m左右再垂直向上，并在该水平段的最低处设置一个集水罩，收集管道的冷凝水。为了保证循环系统的严密性和冷凝水能够自动排出，在集水罩底部的排水管道上设置一个疏水阀。

2.2 射水箱排水浪费的问题

2.2.1 优化措施

图3 改造后循环气体旁通管道图

通过对射水抽气系统的分析，发现射水泵在高效工作区间流量范围为180-260-290 m3/h，而射水抽气器工作流量要求仅为260 m3/h；射水泵的扬程在42～44 m左右；冷凝器循环水回水母管的压力在0.18 MPa左右；若将射水箱中的多余的水通过射水泵送至冷凝器循环水回水母管是理论上可行了。

图4 改造前后射水抽气系统图

射水系统优化如下：在射水泵出口母管上引出一支路，并在管路上装设一个截止阀和止回阀，将射水箱的多余的水送至冷凝器循环水回水母，见图4所示。

3 结束语

循环气体管道旁路经过优化后，彻底解决了副省煤器因循环气体管道旁路的冷凝水而引发的腐蚀问题、循环气体中焦粉附着受热面等问题，提高了副省煤器的可靠性，确保了干熄焦系统安全、稳定运行。

射水系统通过优化后，在夏季能保证凝汽器在较高的真空下运行、为增加原有系统的电耗，且减少了水资源的浪费，符合日趋严格的环保要求。