焦化厂初冷器高温段余热回收利用技术

＊刘丽丽

（山西首钢国际工程技术有限公司 山西 046031）

焦化厂初冷器作为炼焦工艺中的重要设备，具有高能耗以及高热效率的特点，因此，一经研发就得到了广泛的使用[1]。焦化厂初冷器在冷却煤气过程中，采用循环水和制冷循环水冷却，对煤气进行冷却中低温循环水在中会产生大量余热，为降低焦化厂初冷器能耗，针对焦化厂初冷器高温段余热方面的回收利用研究，一直是相关部门热切关注的问题。结合以往针对焦化厂初冷器高温段余热回收利用的研究中，主要通过将初冷器两段式改为三段式的方式，回收焦化厂初冷器高温段余热资源，并加以利用。但传统余热回收利用技术，应用在焦化厂初冷器高温段中存在回收率低的问题，且回收的资源较为分散，无法综合集中利用焦化厂初冷器高温段余热资源，造成焦化厂初冷器高温段余热回收利用率低的现象[2]。这种设计技术取得的回收利用结果较为保守，具有较大的局限性。为此，有必要对焦化厂初冷器高温段余热回收利用技术展开优化设计。通过设计一种新型焦化厂初冷器高温段余热回收利用技术，致力于从根本上提高焦化厂初冷器高温段余热回收利用率，为焦化厂初冷器高温段的节能降耗提供技术支持。针对本文设计的焦化厂初冷器高温段余热回收利用技术具体研究内容，如下文所述。

1.焦化厂初冷器高温段余热回收利用技术

(1)计算焦化厂初冷器高温段耗能量

在本文设计的焦化厂初冷器高温段余热回收利用技术中，通过计算焦化厂初冷器高温段耗能量的方式，分析焦化厂初冷器高温段存在的余热资源量[2]。考虑到在焦化厂初冷器高温段区间，焦化厂初冷器中97%的热量都属于燃烧热，因此，可以得出焦化厂初冷器高温段余热资源主要属于燃烧热所得。基于此，设焦化厂初冷器高温段耗能量的计算表达式为q，则有公式（1）。

公式（1）中，v指的是焦化厂初冷器高温段中煤气的消耗总量，单位为Nm3/h；Q指的是焦化厂初冷器高温段加热过程中产生的煤气发热量，单位为kJ/m3；G指的是焦化厂初冷器中高温段的平均温度，单位为℃。通过公式（1），计算得出焦化厂初冷器高温段耗能量，由此可见，焦化厂初冷器高温段耗能量与上述参数具有关系。通过上述计算，可以为下阶段回收焦化厂初冷器高温段余热提供基础数据。

(2)回收焦化厂初冷器高温段余热

以上文计算得出的焦化厂初冷器高温段耗能量的依据，为实现焦化厂初冷器高温段余热回收要求，需要通过三段换热的方式，减少焦化厂初冷器高温段余热流失，使焦化厂初冷器高温段能够形成一个闭环的现象，深度回收焦化厂初冷器高温段余热[3]。考虑到在焦化厂初冷器中排放烟气温度约80℃，结合以往研究，一般情况下焦化厂初冷器高温段冷却水的进口温度为60℃，出口温度为75℃，按照煤气量为60000m3/h计算，冷却水其流量大约在800m3/h。在冷却降温煤气的过程中，影响其质量最关键的参数就是冷却水的温度，必须选择合适的冷却水温度，过高或过低都会影响焦化厂初冷器高温段余热回收效果[4]。设焦化厂初冷器高温段余热回收最佳冷却水温度的计算表达式为（2）。

公式（2）中，K指的是焦化厂初冷器高温段蒸发水量，单位为m3/h；△t指的是焦化厂初冷器高温段冷却水进口温度与出口温度的差值，在本文中设定为15℃。通过公式（2），得出焦化厂初冷器高温段余热回收最佳冷却水温度，以此为标准，最大限度上回收焦化厂初冷器高温段余热。

(3)利用焦化厂初冷器高温段余热

在上文研究基础上，针对上述回收到的焦化厂初冷器高温段余热加以利用，本文采用的焦化厂初冷器高温段余热利用途径为煤气净化工艺[5-6]。通过净化回收到的焦化厂初冷器高温段余热资源，得到清洁的焦化厂初冷器高温段余热资源。结合以往研究表明，焦化厂初冷器高温段余热主要利用在供暖方面，为提高焦化厂初冷器高温段余热利用率，本文在焦化厂初冷器管板前添加了隔热板，并且在每根管子的前端设置防护套管。这样一来，在焦化厂初冷器高温段余热利用过程中，就能够改善焦化厂初冷器高温段余热利用状况。优化后的焦化厂初冷器高温段的管板结构示意图，如图1所示。

图1 焦化厂初冷器高温段的管板结构示意图

2.实验与分析

(1)实验准备

实验所用焦化厂初冷器由某公司机械厂制造，在高温段中产生余热。并根据结构参数与材料属性在MATLAB仿真平台进行建模与实验，焦化厂初冷器的主要结构参数以及主要材料属性，如表2所示。

表2 焦化厂初冷器的主要结构参数

结合表2所示，本文实验采用加标回收率的理论计算公式，计算两种回收利用技术的余热回收利用率。实验内容即为测试两种回收利用技术的余热回收利用率，余热回收利用率越高，证明该技术的余热回收利用效果越好。首先，使用本文设计技术回收利用焦化厂初冷器高温段余热，通过加标回收率的理论计算公式，得出该技术的余热回收利用率，记为实验组。再使用传统技术回收利用焦化厂初冷器高温段余热，同样通过加标回收率的理论计算公式，得出该技术的余热回收利用率，记为对照组。设置实验次数为10次，记录实验结果。

(2)实验结果分析与结论

整理实验结果，如下表3所示。

表3 余热回收利用率对比表

根据表3可以得出，本文设计技术焦化厂初冷器高温段余热回收利用率明显高于对照组，证明此次设计技术在实际应用中的有效性，具有现实推广价值。

3.结束语

本文通过实验分析的方式，证明了设计技术在实际应用中的适用性，以此为依据，证明此次优化设计的必要性。因此，有理由相信通过本文设计，能够解决传统焦化厂初冷器高温段余热回收利用中存在的余热回收利用率低的缺陷。但本文同样存在不足之处，主要表现为未对本次余热回收利用率测定结果的精密度与准确度进行检验，进一步提高余热回收利用率测定结果的可信度。这一点，在未来针对此方面的研究中可以加以补足。与此同时，还需要对焦化厂初冷器高温段余热回收利用技术的优化设计提出深入研究，以此为提高焦化厂初冷器高温段余热回收利用的质量提供建议。