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利用特殊结构上升管回收炼焦荒煤气显热技术的新途径
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摘要：本文总结了焦炉上升管余热回收技术的发展历程及各企业研发过程中遇到的突出问题。对新型的焦化上升管余热回收装置，进行了工艺介绍和设备特点分析。并结合实际施工及运行中出现的问题，进行了一定程度的改进和完善，指出合理应用这一新技术，是实现可持续发展和低碳发展的有效途径。
关键词：余热回收焦炉上升管荒煤气显热利用
前言
焦化行业要坚持绿色发展，有效降低能耗、物耗和污染物排放量，进一步发展循环经济，重点是加强节能环保关键技术、工艺、装备研发和推广应用，构建高效、清洁、低碳、循环的绿色发展体系。在干熄焦工艺发展日益成熟，赤热焦余热基本全部回收利用的情况下，荒煤气余热回收利用越来越被焦化行业所重视。高温荒煤气有着巨大节能潜力，对其余热回收利用经济效益显著。
根据国内外大中型焦炉热工评定分析研究表明，焦炉热量支出表如下：
热支出环节
占比
采用回收技术
用途
红焦显热950~1050℃
37%
干熄焦余热锅炉
回收高温高压蒸汽发电
荒煤气显热650~700℃
36%
喷洒氨水降温至80℃
普遍无回收
烟气余热260~300℃
17%
烟道余热锅炉
饱和蒸汽生产用或煤调湿
炉体散热
10%
采用隔热炉盖、炉门等措施减少散热
无
通过理论计算和各种试验数据表明，吨焦产生的荒煤气余热回收后可产生中压蒸汽约110~120Kg。2018年我国生产焦炭4.4亿吨，如果该部分热量全部回收利用，则可回收4940万吨低压饱和蒸汽，折合标煤450万吨，年可减排二氧化碳1170万吨，二氧化硫10.8万吨，氮氧化物3.2万吨，经济效益和社会效益显著。
焦化上升管余热利用技术研发历程
通过对近年来荒煤气余热回收技术研发情况的研究分析表明：荒煤气余热利用技术主要有三种研究方向：分布式显热回收技术、集中式显热回收技术、间接利用式显热回收技术。
1、分布式显热回收技术方向，主要包括5种工艺方式。
（1）水夹套汽化冷却方式回收余热
20世纪70年代，国内首次采用上升管汽化冷却技术，夹套式结构，下部通入软水，上部产生低压饱和蒸汽（0.4~0.7Mpa）,荒煤气温度降到450~500℃。到80年代已有近30座焦炉使用。但都因管内结焦、高温腐蚀或材料受热变形，甚至个别出现爆管事故等原因宣告失败。
（2）用导热油回收荒煤气余热
1982年，日本新日铁公司开发了利用导热油—联苯醚回收回收荒煤气显热技术，但无后续报道。2006年济钢和济南冶金设备公司在济钢6米焦炉的5个上升管做导热油夹套管回收热量的试验。即将上升管做成夹套管，导热油通过夹套管与荒煤气间接换热，被加热的高温导热油可以去蒸氨、去煤焦油蒸馏、去干燥入炉煤等。实验取得阶段性成功，但因导热油长期高温情况下会发生热变质、潜在泄漏污染较大等原因未继续进行生产应用。
（3）用热管回收荒煤气余热
2007年12月，宝钢梅山钢铁公司炼焦厂与南京圣诺热管公司在其即将停产的4.3米焦炉上，实验用热管回收荒煤气的带出热，将荒煤气从750℃冷却至500℃，结果是每个上升管可回收1.6MPa蒸汽66kg／h。整个焦炉回收的热量每年约产1.6MPa的蒸汽3．5万余吨，预计18个月内即可回收设备投资。实验取得阶段性成功，但长期运行后因热管换热面出现析焦或循环取热介质高温段发生氢解反应导致换热效果下降，未继续进行推广使用。
（4）平煤武钢荒煤气余热微流态回收技术
武汉平煤武钢联合焦化有限责任公司承担“炼焦荒煤气显热利用关键技术创新及产业化示范工程”科研课题。他们首先在一个上升管进行用水套管回收上升管余热的试验。研发出低热应力的换热结构、高导热耐腐蚀的上升管内衬材料及高效导热介质材料。试验数据表明，单个上升管可回收0.6MPa、161℃的蒸汽1.58kg/h。2011年12月中试获得成功后，在武钢8号焦炉55个上升管进行工业化试验，其荒煤气余热回收效率达到32％，吨焦可降低炼焦工序能耗10kg标煤。2012年2月，蒸汽并网运行。但是在运行8个月后，因种种原因出现变形问题。
（5）用半导体差压发电技术回收荒煤气余热
中冶焦耐、无锡焦化有限公司和无锡明惠通科技有限公司于2010年1月，在无锡焦化厂JN43—80型42孔焦炉的一个上升管上，进行了用半导体温差发电技术回收上升管余热的试验。取消传统上升管内衬砖，在上升管外壁安装半导体温差发电模块。试验历时72个小时，涵盖3个完整的结焦周期，获取了温度、电压、电流、流量等2700多个数据。试验结果是：单根上升管回收的热能可发电500W，同时每小时可提供98℃的热水400kg。接着直接在靖江焦化厂60孔新建焦炉上进行全炉试验。2011年初投产后，因半导体发电系统
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