焦炉荒煤气显热回收生产过热蒸汽技术化解炼焦生产技术瓶颈

韩培

焦炉是能量转换装置中效率较高的热工炉窑，但占炼焦过程热损失总量36%的焦炉荒煤气带出的显热，其回收利用一直是研发的热门课题。目前焦炉荒煤气显热回收存在一些技术瓶颈，归纳为三“怕”、两道“坎”。炼焦生产上升管忌讳的三“怕”，怕漏水、怕挂焦油、怕长石墨。一旦漏水到炭化室，将给焦炉砌体带来重大事故，煤焦油及石墨均会堵塞荒煤气通道。焦炉荒煤气显热回收必须跨越的两道“坎”。一是荒煤气温度极限“坎”。当温度低于450℃时，煤焦油蒸汽会发生冷凝，凝结在上升管内筒壁上；当温度高于900℃时，荒煤气中的碳氢化合物又会在高温下析出，积碳而生成石墨。二是换热设备高性能的“坎”。换热设备必须具备耐高温、耐腐蚀、高导热性，并具有抗应变能力，才能适应上升管复杂的环境。荒煤气显热回收的三“怕”、两道“坎”决定了技术开发的难度，故而也一直是焦化领域的技术难题。

一、几何态构体换热器破解荒煤气显热回收难题

常州江南冶金科技有限公司凭借长期生产单晶硅炉积累的经验和技术，借鉴其特殊结构形式、加工工艺，独辟蹊径，研发出独特结构的换热器。焦炉荒煤气显热回收的关键设备是上升管内部设置的换热器，因为上升管内直径只有400mm—500mm，只能在圆形筒腔内想办法，换热器材质具备耐高温、耐腐蚀、高导热性能。

几何态无缝构体换热器攻破漏水难关。上升管内侧水夹套为专用的特殊合金，经过2600℃以上高温熔化成型，后在恒温环境中与外层无缝钢管加工融合，增加其抗应变性，形成防止漏水的保护层。上升管换热器主体经过特殊设计和加工，呈异型几何态规律排列的无缝完整结构体。水与荒煤气热量的交換是在密闭空间内进行，水汽不会渗漏到炭化室，彻底打消了炼焦生产管理的上升管漏水进入炭化室的疑虑。

纳米材料破解荒煤气导热及腐蚀难题。换热器壁导热和绝热的纳米材料与特殊合金二者的高温熔合，在高温环境中喷涂而成，表面形成坚固光滑均匀的釉面，具有防腐、耐高温、不挂结的特性，荒煤气温度控制在450℃以上，杜绝了石墨的析出和焦油成分的凝结，即使挂结也易于清除。通过大流量、低扬程强制循环泵，进水管合理梯级管径配置，配以自动控制技术，保证了供水支管各处水压流量的一致，也使得每个上升管换热器的进出水相对平衡。

三道防线打消“漏水”顾虑。上升管换热器绝对不能漏水到炭化室，漏水是上升管第一忌讳的。纳米几何态换热器防漏水有三层保护：第一层为换热器内筒外壁致密坚实的纳米氮化铝导热层；第二层为耐高温耐腐蚀的复合合金材料，经过高温熔接在第三层材料内壁；第三层保护是呈异型几何态规律排列的无缝完整结构体，也就是无缝钢管为换热主体（厚度16mm以上）；另外换热器外壁还喷涂纳米氧化锆绝热涂料，形成坚硬致密的隔热涂层。有了这三道防漏水的“护身符”，彻底打消了炼焦生产管理的上升管漏水进入炭化室的疑虑（图1）。

二、荒煤气显热回收技术的应用

焦炉荒煤气显热纳米几何态构体回收技术，在邯钢5、6#两座6m大型焦炉首次工业化应用，90个上升管，稳定产出0.6MPa饱和蒸汽，发生量稳定在10.5t/h，折合吨焦产蒸汽114.6kg。上升管出口荒煤气经换热后温度大幅度下降，上升管出口荒煤气温度由原来的762℃降低到446℃，下降了316℃（图2）。

迄今系统稳定运行30个月，上升管内部几乎无结焦现象，外部没有腐蚀情况，蒸汽并入邯钢蒸汽管网供用户使用。

三、几何态技术回收荒煤气显热技术的推广

2018年1月，中国工程院院士金涌为组长的专家组，对安钢7号、8号焦炉荒煤气显热生产过热蒸汽项目进行评定，一致认为，“该技术节能减排效果显著，其焦炉荒煤气显热回收生产过热蒸汽技术处于国际领先水平，在焦化行业具有推广应用前景。”该技术也分别入选国家发改委和工信部节能技术推广目录，2018年4月成功入选国家节能中心重点节能技术典型案例（2017年）。

从焦炉荒煤气显热回收生产饱和蒸汽技术到过热蒸汽技术，常州江南冶金科技有限公司实现了关键核心技术的突破，化解了炼焦生产技术瓶颈。

（作者为常州江南冶金科技有限公司总经理）