焦炉荒煤气显热回收中试试验分析与研究

焦炉荒煤气显热回收中试试验分析与研究

曹先常

2015年8月

未经许可，不得复制上海宝钢节能环保技术有限公司

提纲

1背景介绍

2主要设备研制情况

3关键技术简介

4中试工程情况

5中试工程效果分析

6社会经济效益分析

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1背景介绍荒煤气显热回收

工业余热资源回收利用现状

工业余热资源普遍存在，特别在钢铁、化工、石油、建材、轻工和食品等行

业的生产过程中，都存在丰富的余热资源，具有“清洁能源”特征，充分利用余

热资源是工业节能的主要内容之一。

我国工业余热资源回收率仅33.5％，即2/3的余热资源是尚未被利用。

根据不同的载体类型，综合考虑温度高低、技术经济进行品位划分。

等级气体液体固体

高品位>400℃>200℃>700℃

中品位250～400℃95～200℃400～700℃

低品位<250℃<95℃<400℃

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3

1背景介绍荒煤气显热回收

钢铁工业余热资源量大、回收率低

*摘自翁宇庆院士报告

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1背景介绍荒煤气显热回收

荒煤气显热占焦炉未回收余热资源一半

某钢企焦炉热量支出某钢企焦炉未回收余热分布

分布图

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5

1背景介绍荒煤气显热回收

钢铁全流程余热回收三大行业技术难题

钢铁全流程余热资源利用新工艺、新技术研究

荒煤气熔融渣转炉煤气

显热回收显热回收余热回收

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6

1背景介绍荒煤气显热回收

传统工艺造成荒煤气显热浪费

荒煤气（650-750℃）带出显热占焦炉总

热量36％，通过喷洒大量循环氨水

（70℃-75℃），将荒煤气冷却至82℃-

85℃，降温后荒煤气在初冷器中再用冷却

水间接冷却至常温。

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1背景介绍荒煤气显热回收

国内外荒煤气显热回收技术现状

俄罗斯、日本、德国、美国、加拿大先后均有研究，未见商业成功案例

导热油回收荒煤气热量示意图焦炉煤气高温热裂解制氢

优点：优点：

系统压力不高，不易泄露，可用于煤可以充分利用高温荒煤气显热；

调湿或各类物料预热可以产生氢气产品

缺点：缺点：

系统复杂，易发生火灾；回收能源品焦油、粗苯等副产品未回收；

未经许可，不得复制位低上升管数量众多，实施难度大上海宝钢节能环保技术有限公司

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1背景介绍荒煤气显热回收

国内焦炉荒煤气显热回收技术研究现状

回收夹套式

热管式集中式

形式水媒介质风媒介质导热油

显热回收率显热回收率显热回收率显热回收率

优点不漏水，不结焦

较高较高较高高

技术复杂，

结焦、热管易

缺点容易结焦、漏水显热回收率较低安全隐患较大设备要求高，

失效

投资大，

试验

若干钢厂南方某钢厂国内某钢厂国内某钢厂国内某钢厂

情况

夹套式结构热管式结构利用余热锅炉集中回收

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2主要设备研制情况荒煤气显热回收

主要问题或难点

荒煤气中焦油蒸汽易结焦积碳；

荒煤气中H2S及水蒸汽易导致腐蚀；

焦炉上部装煤、侧边推焦，空间狭小；

炼焦炭化室高温、荒煤气可燃，泄露后果严重；

焦炉全年无休、全生命周期在线管理。

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2主要设备研制情况荒煤气显热回收

研制目标与技术路线

总目标：小空间、高效率；低成本、长寿命

理论实验结构设计系统设计中试试验

原型设计基本结构系统可研回收效果

热力计算基材选择详细设计结焦观察

数值模拟防漏设计施工技术温度检测

焦油特性强化换热应急预案

腐蚀试验涂层方案

强度设计

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2主要设备研制情况荒煤气显热回收

主要研究内容

1显热回收装置结构原型设计（基本结构）

2显热回收理论模拟与实验研究（理论研究）

3煤焦油物理特性及结焦抑制试验研究（腐蚀结焦）

4荒煤气挂片腐蚀试验现场研究（材料研究）

5焦炉余热资源综合梯级利用方案分析（能效）

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上海市科技攻关项目焦炉上升管高效换热器（CATHE）

CokeovenAscendingTubeHighEfficiencyHeatExchanger

结题汇报

项目名称：焦炉荒煤气显热利用技术研究与开发

项目编号：11dz1203900

汇报人：课题组

2014年5月

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3关键技术简介荒煤气显热回收

复杂条件下荒煤气换热计算模型与方法

抑结焦、防腐蚀表面处理技术

防泄漏、耐高温上升管高效换热器（蒸发器）研制

焦炉上升管在线快速安装技术

焦炉荒煤气显热回收系统

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3关键技术简介荒煤气显热回收

上升管高效换热器

四大特点（CATHE-60）四大优点

多种材料

复合与结合抑结焦

高换热效率

多重防漏

结构模块化、易安装

易维护、可定制

精准部件

设计结构紧凑

占地空间小

热力系统降低能耗

优化设计改善环境

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15抑结焦、高效率；防腐蚀、长寿命

3关键技术简介荒煤气显热回收

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3关键技术简介荒煤气显热回收

上海市科学技术委员会科技攻关计划（编号：11dz1203900）

国家科技部科技支撑计划（编号：2012BAA03B02）

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4中试工程情况荒煤气显热回收

中试工程基本设计参数

中试工程建设在宝钢股份二期3B焦炉上选择5个上升管，改造为上升管换热器，并

新建配套辅助设备，包括工艺系统、给排水、供配电、检测仪表、自动控制和土建

等设施的设计与施工。改造的上升管编号分别为101、102、103、104、105。辅助

设备建设地点位于3B焦炉机侧与焦十八路之间，氨水泵房附近。

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4中试工程情况荒煤气显热回收

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4中试工程情况荒煤气显热回收

人机交互界面回收蒸汽

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4中试工程情况荒煤气显热回收

中试工程安装现场（2015.3）

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5中试工程效果分析荒煤气显热回收

中试工程主要运行数据分析（2015.4）

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5中试工程效果分析荒煤气显热回收

中试工程运行现场结焦情况观测（2015.3-2015.7）

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5中试工程效果分析荒煤气显热回收

中试工程主要运行数据分析（2015.4-2015.6）

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5中试工程效果分析荒煤气显热回收

中科院上海科技查新咨询中心报告认为：本项目“属国内领先，国

际先进水平”（报告编号：20151899）

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5中试工程效果分析荒煤气显热回收

2015年8月5日，中国炼焦行业协会组织专家进行鉴定认为：

“指标达到国际先进水平”

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6社会经济效益分析荒煤气显热回收

中试工程结果表明，单根上升管换热器回收蒸汽可高达102kg/h，

平均每根上升管换热器回收蒸汽60-80kg/h。

如果以2座50孔焦炉作为示范应用项目，小时平均回收蒸汽约7t/h

，考虑维修等因素影响，则年回收蒸汽55188吨，折合标煤5833吨

，约减少1.5万吨CO2排放；

蒸汽按成本价148元/吨计算，则年产生经济效益约817万元，具有

良好的经济效益和社会效益。

荒煤气显热回收后，后续工序冷却用氨水及辅助电耗可大幅减少

，此部分效益暂未计算。

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低碳生活美好未来

Lower-Carbon,BetterFuture

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1背景介绍荒煤气显热回收

工业余热资源回收利用现状

工业余热资源普遍存在，特别在钢铁、化工、石油、建材、轻工和食品等行

业的生产过程中，都存在丰富的余热资源，具有“清洁能源”特征，充分利用余

热资源是工业节能的主要内容之一。

我国工业余热资源回收率仅33.5％，即2/3的余热资源是尚未被利用。

根据不同的载体类型，综合考虑温度高低、技术经济进行品位划分。

等级气体液体固体

高品位>400℃>200℃>700℃

中品位250～400℃95～200℃400～700℃

低品位<250℃<95℃<400℃

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1背景介绍荒煤气显热回收

钢铁工业余热资源量大、回收率低

*摘自翁宇庆院士报告

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1背景介绍荒煤气显热回收

荒煤气显热占焦炉未回收余热资源一半

某钢企焦炉热量支出某钢企焦炉未回收余热分布

分布图

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1背景介绍荒煤气显热回收

钢铁全流程余热回收三大行业技术难题

钢铁全流程余热资源利用新工艺、新技术研究

荒煤气熔融渣转炉煤气

显热回收显热回收余热回收

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1背景介绍荒煤气显热回收

传统工艺造成荒煤气显热浪费

荒煤气（650-750℃）带出显热占焦炉总

热量36％，通过喷洒大量循环氨水

（70℃-75℃），将荒煤气冷却至82℃-

85℃，降温后荒煤气在初冷器中再用冷却

水间接冷却至常温。

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1背景介绍荒煤气显热回收

国内外荒煤气显热回收技术现状

俄罗斯、日本、德国、美国、加拿大先后均有研究，未见商业成功案例

导热油回收荒煤气热量示意图焦炉煤气高温热裂解制氢

优点：优点：

系统压力不高，不易泄露，可用于煤可以充分利用高温荒煤气显热；

调湿或各类物料预热可以产生氢气产品

缺点：缺点：

系统复杂，易发生火灾；回收能源品焦油、粗苯等副产品未回收；

未经许可，不得复制位低上升管数量众多，实施难度大上海宝钢节能环保技术有限公司

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1背景介绍荒煤气显热回收

国内焦炉荒煤气显热回收技术研究现状

回收夹套式

热管式集中式

形式水媒介质风媒介质导热油

显热回收率显热回收率显热回收率显热回收率

优点不漏水，不结焦

较高较高较高高

技术复杂，

结焦、热管易

缺点容易结焦、漏水显热回收率较低