焦炉上升管中荒煤气余热回收的结焦问题研究

焦炉工业作为重要的炼焦工艺,不仅产出焦炭,还同时生成了一种潜在富含能量和有价值化学成分的副产品,即荒煤气。荒煤气在焦化过程中承载着大量的热能,其潜在价值不容小觑。然而,荒煤气的有效回收与利用一直面临着重大挑战,其中焦油蒸汽的结焦问题是制约其回收利用的重要障碍。本研究旨在深入探讨荒煤气余热回收的结焦问题,通过对荒煤气中焦油蒸汽结焦的影响因素进行研究,提出了荒煤气焦油防止结焦措施,以提高荒煤气余热回收的效率,减少资源浪费,推动环保技术的发展,实现可持续发展的目标。     

炼焦荒煤气上升管显热回收换热过程动态特性

煤焦油结焦是制约炼焦荒煤气上升管显热回收换热器长期高效安全运行的主要因素。通过调控荒煤气及上升管管壁温度抑制煤焦油析出是防止结焦的有效措施。基于多孔介质非热平衡模型,建立了内嵌螺旋盘管及多孔填料的荒煤气显热回收套管换热器的一维非稳态热传递模型。结合炼焦周期内荒煤气流量与温度瞬时数据计算得到荒煤气、上升管管壁、填料层、熔融盐温度动态变化,分析了填料层热容、填料层有效导热系数及熔融盐流量对其动态变化的影响,并提出了有效控制荒煤气及上升管管壁温度的方法。结果表明：荒煤气中煤焦油析出及结焦主要发生在炼焦后期荒煤气流量减小时;填料层导热系数是上升管换热器设计时考虑的重要参数,增大填料层导热系数可显著提高余热回收效率,但会使荒煤气与上升管管壁温降增大,设计时应在保证焦油蒸汽不发生冷凝的前提下尽可能增大填料层导热系数;炼焦后期,通过切断熔融盐取热,并合理设计填料层导热系数、填料层热容及熔融盐入口温度等可实现上升管管壁温度调控,从而避免荒煤气中煤焦油析出及结焦。     

焦炉余热综合利用研究进展

煤炭是我国主要化石能源,大力发展煤化工具有重要的战略意义,而煤焦化作为煤化工领域的一种重要技术得到了广泛的应用。目前的煤焦化技术耗能巨大,除高温干馏所需能量和炉体散热外,其余绝大多数能量最终转换成红焦显热、烟道气余热和荒煤气余热等待回收的热量。充分回收焦化厂所产生大量余热是当前煤焦化技术的研究重点。本文简述了以上3种形式热量的回收技术研究进展,指出干熄焦技术发展已日趋成熟,可回收大部分红焦显热;采用煤调湿技术、热管技术等可基本实现烟道气余热的高效回收;而回收荒煤气所带高温余热尚未形成成熟、可靠、规模化的技术方案。青岛科技大学开发的基于洗涤精馏的荒煤气余热回收技术,可彻底去除荒煤气中所夹带的焦粉,实现煤气、重质焦油与高沸点洗油的分离,并产生43.5kg高压蒸汽,是解决集中式热量回收的新思路,指出了荒煤气余热利用的新方向。     

武钢7.63 m焦炉上升管荒煤气温度变化规律研究

为研究武钢7.63 m焦炉上升管余热利用工程实施的可行性,对2~#炭化室上升管根部和桥管处荒煤气温度进行连续在线检测。分析发现：上升管根部荒煤气温度在整个结焦过程呈现类似Z字型周期变化规律,最高温度发生在推焦前烧石墨阶段,达1 300℃～1 400℃,整个结焦周期的平均温度约为771℃;桥管处荒煤气温度仍保持较完整的周期性规律;7.63 m焦炉单孔炭化室荒煤气产量为1 156.42 m³/h,一个结焦周期内单孔炭化室荒煤气可利用理论热量约13.76 GJ,工程理论吨焦产汽量(1.6 MPa低压饱和蒸汽)为108 kg。     

中低温热解煤气热量清洁利用技术途径分析与策略建议

高温含焦油热解煤气携带大量显热与潜热,该部分热量高效回收利用对于整个工艺系统能效提升至关重要。为促进中低温热解过程余热资源高效回收利用,分析了激冷工艺、废热锅炉余热利用等中低温热解煤气冷却与余热利用方式的主要技术特点及不足;阐述了初冷器上段余热回收、循环氨水余热回收、上升管余热回收等高温热解煤气热量利用技术现状与特点。分析了含焦油高温热解煤气冷凝过程中焦油黏附问题、低温低压煤气热量捕捉与高效利用等中低温热解煤气热量回收利用过程中的主要技术难点。基于该技术难点及前期相变换热技术研究积累,以含焦油热解煤气冷凝-传热特性为科学基础,提出了热解煤气分级冷凝与相变换热相耦合的能量梯级回收利用一体化技术。即以焦油蒸汽不同组分露点差异与析出特性为基础,形成基于温度梯度的热解煤气分级冷凝工艺技术,逐级回收热解煤气所含热量,并实现不同馏程焦油产物在线分质回收;同时耦合复合相变换热技术,换热介质与热解煤气分级逆流换热,针对性回收热解煤气显热及低品位热解煤气潜热,实现含油热解煤气分级冷凝与热量梯级回收利用一体化,从而达到热解系统热效率与产品品质提升的双重效果。以100万t/a流化床热解工艺为例,提出了中低温热解煤气热量回收技术路线并进行了热量衡算。结果表明:该技术路线中低温热解煤气热量利用率可达到81. 17%,初步显示了其可行性。高效回收利用热解过程中的余热资源将是资源节约、环境友好热解产业发展的主要方向和潜力所在。     

导热油回收上升管荒煤气余热的工业实验研究

为回收焦炉荒煤气的高温余热,设计了螺旋管式上升管换热器,并开展了工业实验。结果表明,采用导热油作为取热介质时,上升管荒煤气出口平均温度在550℃以上,可避免煤气降温过程焦油质析出挂结问题;采用导热介质CS填充时,热回收率不低于80%。针对130×10~4 t/a的焦炉上升管,可产生热负荷不低于7 560 kW、温度大于240℃的导热油,为取代管式炉作为富油脱苯热源奠定了工业实施基础。     

荒煤气上升管余热回收装置的传热实验研究

2台不同导流角度的新型螺旋夹套式余热回收装置用于4.3m焦炉上升管进行传热特性实验研究,测试了荒煤气在一个结焦周期内的温度波动及总体传热效果.结果表明,荒煤气的温度随着结焦时间呈现周期性波动,最高可达825℃,荒煤气温度波动对传热量的影响较大,但对总体传热系数影响不大.稳定氮气侧流量190m3/h,入口温度30℃,91 #装置(导流角度4°)的,havg为30.23W/(m2·℃),92#装置(导流角度3°)的havg为25.2 W/(m2·℃).针对荒煤气的流动特性和本实验装置结构特点所提出的传热模型同实验数据匹配较好,最大相对误差控制在±20％以内.     

焦炉上升管取热器的动态传热特性试验

焦炉动态中试表明,盐浴盘管结构焦炉上升管取热器的内壁温度可控并可避免荒煤气中焦油蒸汽的凝结。在整个炼焦周期内,取热器内壁温度、荒煤气总换热系数、炭化室辐射换热系数前期相对稳定,后期减小;荒煤气辐射换热系数、炭化室辐射换热系数随高度增加均呈现减小的趋势。     

焦化厂粗煤气上升管余热利用实验研究

提出了一种以特殊高强度金属纳米材料作为导热内衬的上升管余热回收吸热装置,并使导热内衬作为控制焦油凝结析出的"温度开关",即当粗煤气温度高于500℃时可增强换热,低于500℃则表现为热的不良导体,不仅能以此最大限度地传热,而且能避免上升管内壁结焦.利用该吸热装置设计了一套余热回收系统,对其进行实验测试,得到上升管余热回收吸热装置的有效换热效率为79.16%,焦化炉年节能量为1.668×10~(11) kJ,确保了焦化生产工艺,提高了出汽率.     

焦炉上升管余热利用热力系统分析

阐述了目前上升管余热利用热力系统的组成、工艺流程、主要设备的选择,并对自然循环和强制循环优缺点进行了比较,吸收焦炉上升管内荒煤气余热产生低压蒸汽的热力系统切实可行。     

焦化能源流高效集成关键技术研发与应用

针对焦化能耗高、能效低的产业现状,基于冶金流程工程学理论,研发了一系列焦化余热余能回收关键技术。其中,自主研发的高压高温干熄焦余热回收技术,实现吨焦产540℃、9.81MPa的高品质蒸汽550kg,降低焦炭烧损率0.2%;研发的纳米多层复合结构温度可控的上升管一体化余热回收技术,实现了上升管出口的荒煤气温度由804℃降至552℃,实现吨焦产蒸汽119kg;研发的煤调湿技术降低了配合煤水分4%,降低工序能耗250.8MJ/吨煤;研发的导热油作热载体的能源高效利用技术,实现了脱苯能耗降低30.6%和蒸氨能耗降低21.4%,脱苯效率提高0.15%,过程无废水产生;研发的多塔连续粗苯萃取精制和高效复合萃取剂技术,实现了苯纯度达99.95%,甲苯纯度达99.8%以上,二甲苯流程控制在5℃以内,噻吩纯度达99.0%,还实现了全过程不消耗蒸汽。这些关键共性技术在河钢大型焦炉上的成功实施引领了我国焦化行业向能源利用高效化、资源利用深度化的可持续方向发展。     

焦化企业工业共生模式实证研究

介绍了我国焦化行业发展现状、面临的问题与挑战。按照某一共生单元(企业)在共生链网中的地位和作用,系统地识别和划分了主导型工业共生、平等型工业共生和依附型工业共生3种主要链网模式,总结了各自结构特点和运行模式,并对焦化企业进行了实证研究。主导型工业共生模式往往是以独立型焦化厂为主构成的,一些焦化厂在加强焦化下游产品的开发同时发展了钢铁、化工等耗焦炭量大的产业,构建起平等型工业共生模式,焦炭部分外销;依附型工业共生模式往往是焦化企业在钢铁、化工、动力等流程型生产环节内组成的共生链网,主要通过焦炭供应、焦炉煤气利用构建链网关系,焦炭一般不外销。     

焦炉上升管中煤焦油流动特性的实验研究

为除去焦炉荒煤气显热回收过程中冷凝结焦在换热管壁表面的煤焦油,以煤焦油高温黏温特性曲线为实验依据,研究了200~800℃煤焦油在普通碳钢管道表面和镀镍涂层管道表面的流动特性情况,并线性拟合出煤焦油流动特性随温度变化的关系方程。结果表明:温度与换热管道表面煤焦油的流动特性之间呈现很好的指数关系;当管壁温度达到400℃左右时,普通碳钢管道表面的煤焦油由于流动特性的改变而基本脱除干净,镀镍涂层管道的温度在350℃左右;镀镍涂层管道在抑制结焦方面明显优于普通碳钢管道,其抑制结焦率在20%左右。     

废塑料配煤炼焦实验研究

利用2kg焦炉实验,研究废塑料配煤炼焦产物的特性．研究结果表明,废塑料代替瘦煤配煤炼焦对改善焦炭强度效果明显．废塑料代替瘦煤比例为1％～5％,焦炭的反应性和反应后强度呈现劣化趋势,但当废塑料比例为3％时,焦炭的反应性和反应后强度仍优于纯煤焦化所得焦炭,焦油中的芳香环结构物质增加,焦油出现轻质化趋势,焦炉煤气的热值有明显的提高,具有显著的工业应用前景．     

盐浴螺旋盘管式焦炉上升管余热回收装置传热性能试验

对盐浴螺旋盘管式结构的焦炉上升管高温荒煤气余热回收装置进行了以烟气代替荒煤气的传热性能模拟试验,得到了上升管余热回收装置螺旋盘管环形套筒的外壁温度分布、上升管内烟气侧的传热系数、环形套筒内螺旋盘管外盐浴的自然对流传热系数等试验研究结果。结果表明,装置螺旋盘管环形套筒的外壁温度分布并非均匀,随上升管内烟气温度的升高而波动增大;烟气侧对流传热系数在Re数高于2900后随Re数的增大而明显上升;螺旋盘管外盐浴的自然对流传热系数随熔盐温度的升高几乎不变。根据试验结果拟合出环形套筒内螺旋盘管外盐浴的自然对流传热关联式,为实际的工程应用提供参考。     

热回收焦炉桥管和集气管烟气流动特性的研究

针对某热回收焦炉桥管和集气管存在的问题,建立数学模型,利用CFD数值模拟软件,对管内的流动传热进行分析研究,结果表明,在集气总管尺寸固定、集气支管保温效果良好的情况下,应尽可能增大集气支管内径,以平衡各炭化室对应桥管的吸力,进而增大集气支管末端炭化室所供烟气体积流率。     

延迟焦化装置长周期运行的措施及设想

焦化炉是延迟焦化装置的核心设备 ,认为引起焦化炉管结焦的主要原因有进料性质、辐射管表面热强度、辐射炉管排列方式、炉出口温度控制、炉管介质流速及流动状态等。根据延迟焦化原理 ,合理设计 ,精心操作 ,可减缓焦炭生成速度 ,使焦化炉的连续开工周期得以延长。针对焦化装置普遍存在的炉管结焦、大油气线结焦、分馏塔底结焦等问题 ,在生产中摸索了一些经验 ,取得了良好的效果     

Disposal of Pipeline Residues from Coke-Oven Gas Transportation

The solid residue and condensate from the pipeline transportation of coke-oven gas are investigated. Approaches to disposal of the residue are considered: pyrolysis in coking batch; furnace incineration at thermal power plants; addition to coal tar; and utilization together with heavy tars from the cleaning of tar storage tanks. The residue contains up to 69.4% naphthalene. A technology is proposed for the utilization of solid residue and condensate from the transportation of coke-oven gas.     

Upgrading lignites via thermal reduction with coke-oven gas

Three Turkish lignites of varying rank were processed by using coke-oven gas under various processing conditions. Proximate and ultimate analyses and microscopic investigations with a polarized-reflected light microscope were carried out for all of these samples. Gaseous products were also determined after each process. Blends of processed lignites with coking coals were subjected to dilatation tests and cokes were produced in a laboratory scale coke oven using the same blends. The tensile strengths of the cokes produced were determined. The chemical and physical data showed that there are useful changes in lignite structures upon treatment with coke-oven gas under certain processing conditions. The dilatation and tensile-strength results showed that it would be possible to blend processed lignites with coking coals in significant proportions to produce metallurgical grade cokes.