一种焦炉上升管荒煤气余热回收效率评估方法的应用

本发明涉及余能回收，具体涉及一种焦炉上升管荒煤气余热回收效率评估方法及其在降低循环氨水量和降低焦炉煤气净化系统冷却水用量的应用。

背景技术：

1、炼焦工艺中煤炭干馏过程中产生的荒煤气会经过炭化室顶部1、上升管2、桥管3，然后进入集气管(图1)。焦炉内炼焦温度高达1050℃以上，产生的高温荒煤气的温度在700-800℃。现有技术中，主要是在荒煤气导入集气管前采用喷洒氨水的方式降温，在桥管和集气管处使用循环氨水进行喷洒冷却，使原本约700℃的荒煤气冷却至大约84℃左右，之后荒煤气会经过吸气弯管和吸气管被抽吸至冷鼓工段，在桥管的转弯处设有氨水喷嘴，用以喷入热氨水，借助氨水蒸发来冷却粗煤气。桥管上部设有水封盖，以防粗煤气逸出污染大气，并且桥管的转弯处还设有氨水喷嘴4或高压氨水喷嘴5。而温度升高的氨水靠自然冷却或换热进行降温。

2、而现有技术cn116179222a中，所提出得一种焦炉荒煤气余热回收系统，只是公开了在桥管以及安装在焦炉顶部以引出荒煤气的上升管，上升管与桥管之间连接有余热回收装置，荒煤气在一段时间内先顺向进入该装置，焦油等粘结在装置的出口；使用一段时间后，荒煤气再逆向进入该换热装置，使得高温荒煤气先接触换热装置的出口，从而减少焦油粘结挂壁问题。

3、有研究表明，荒煤气带出的热量约占供给焦炉总热量的35％。与红焦带出的热量大体相当。目前的主要方向为如何提高上升管荒煤气余热回收效率和提高余热回收装置的安全可靠性，还未关注于如何相较使用上升管荒煤气余热回收装置前降低氨水喷洒量和煤气冷却水用量，氨水喷洒量较多不仅导致氨水输送动力装置能耗难以降低，还导致焦炉煤气净化工艺中剩余氨水储藏设备增加，剩余氨水保温设备能耗增加，向氨水内添加的萃取剂用量增加。焦炉煤气初冷工序中横管冷却器内冷却水用量较多会导致冷却水输送动力装置能耗难以降低。

技术实现思路

1、本发明基于上述问题，提出了一种通过结合焦炉的物料和热量衡算，来评估上升管内荒煤气所携带的热量，来评估上升管余热回收系统的热量平衡中荒煤气的换热效率，并结合荒煤气的露点，进一步控制该余热回收系统中荒煤气换热后最终温度，以提高该系统的换热效率和减少循环氨水喷洒量。

2、本发明首先对现有的焦炉上升管荒煤气余热回收进行数据监测，然后对上升管荒煤气余热回收系统的进行标定，主要包括如下几个方面：

3、(1)标定余热回收系统的水蒸汽产率、产量。

4、(2)标定余热回收系统降低炼焦工序能耗效果：降低量、降低率。

5、(3)研究余热回收系统的减排效果：相应co2的减排量、减排率。

6、(4)测定上升管换热器进出口荒煤气的温度，荒煤气的冷却程度。

7、(5)标定经余热回收系统后荒煤气显热的回收率。

8、(6)标定经余热回收系统后荒煤气余热的回收率。

9、在对荒煤气余热回收率的标定后，从而确定荒煤气量、荒煤气的热容(包括荒煤气的组成)和荒煤气的温度，从而得到荒煤气的发生量、荒煤气带出的热量，以及荒煤气的显热和潜热；再通过上升管荒煤气余热回收系统的物料平衡确定水蒸汽产量及产率。

10、最后通过上升管荒煤气余热回收系统的热量平衡，确定系统回收的热量、荒煤气余热的回收率、荒煤气显热的回收率。所述焦炉上升管荒煤气余热回收效率为上升管荒煤气回收系统中所回收的荒煤气的热量占荒煤气余热的比例即18.74％。

11、依据上述回收率可以相应的降低循环氨水喷洒量18.74％。

12、同时依据上述回收率，来评价系统的节能效果、减排效果。

13、相比于现有技术，本发明大的有益效果在于以下几点：

14、1、参照焦炉的热工标定标准对上升管荒煤气余热回收系统进行标定，填补现有技术的空白。

15、2、在上升管荒煤气余热回收系统进行标定过程中，对荒煤气余热回收率的标定，在这一过程中，通过确定荒煤气量、荒煤气的热容和荒煤气的温度，以及荒煤气的组成，得到荒煤气带出的热量由显热和潜热两部分；另外标定过程中，还采用国家标准gb/t33962-2017《焦炉热平衡测试与计算方法》来确定荒煤气的发生量、荒煤气带出的热量，以及荒煤气的显热和潜热；以此来确保标定过程是误差范围内的。

16、3、本发明在标定过程中，得到荒煤气余热的回收率，即上升管荒煤气回收系统中所回收的荒煤气的热量占荒煤气显热的30.04％，占荒煤气余热的18.74％，依据此回收效率，可以降低循环氨水喷洒量的18.74％。

17、4、在本发明的标定过程中，发现荒煤气平均温度结焦前半周期从692.4℃降低到537.0℃，虽然降低了155.4℃，但是，要降低至450℃，还有81.6℃的降低空间，可以通过控制荒煤气在上升管内的停留时间，降低上升管出口荒煤气的温度，进一步提高上升管余热回收系统的换热效率。

技术特征：

1.一种焦炉上升管荒煤气余热回收效率评估方法在降低循环氨水喷洒量的应用，其特征在于，包括计算荒煤气离开上升管换热器带出的热量，根据已标定的荒煤气离开焦炉带出热量相对焦炉炼焦输入热量的占比和实时测量的焦炉炼焦输入热量计算荒煤气离开焦炉带出热量，计算上升管荒煤气余热回收系统的热量入方，计算上升管荒煤气余热回收系统的热量入方与荒煤气离开上升管换热器带出的热量的差，得到荒煤气经上升管换热器换热后回收热量，计算荒煤气经上升管换热器换热后回收热量与荒煤气离开焦炉带出热量的比值得焦炉上升管荒煤气余热回收效率，所述焦炉上升管荒煤气余热回收效率为焦炉运行上升管荒煤气余热回收装置后的循环氨水喷洒量的降低量。

2.一种焦炉上升管荒煤气余热回收效率评估方法在降低横管初冷器冷却水用量的应用，其特征在于，包括计算荒煤气离开上升管换热器带出的热量，根据已标定的荒煤气离开焦炉带出热量相对焦炉炼焦输入热量的占比和实时测量的焦炉炼焦输入热量计算荒煤气离开焦炉带出热量，计算上升管荒煤气余热回收系统的热量入方，计算上升管荒煤气余热回收系统的热量入方与荒煤气离开上升管换热器带出的热量的差，得到荒煤气经上升管换热器换热后回收热量，计算荒煤气经上升管换热器换热后回收热量与荒煤气离开焦炉带出热量的比值得焦炉上升管荒煤气余热回收效率，所述焦炉上升管荒煤气余热回收效率为焦炉运行上升管荒煤气余热回收装置后的横管初冷器冷却水用量的降低量。

3.根据权利要求1～2任一项所述的应用，其特征在于，上升管荒煤气余热回收系统的热量入方包括荒煤气离开焦炉带入的热量qh、除盐水带入的热量qc和凉炉时间烧石墨焰气和装煤时间烟气对上升管中水传递的热量qr；

技术总结
本发明提出了一种焦炉上升管荒煤气余热回收效率评估方法的应用，首先对现有的焦炉上升管荒煤气余热回收进行数据监测，然后对上升管荒煤气余热回收系统的进行标定，获得对荒煤气余热回收率，从而确定荒煤气量、荒煤气的热容和荒煤气的温度，得到荒煤气的发生量、荒煤气带出的热量，以及荒煤气的显热和潜热；再通过上升管荒煤气余热回收系统的物料平衡确定水蒸汽产量及产率；最后通过上升管荒煤气余热回收系统的热量平衡，确定系统回收的热量、荒煤气余热的回收率、荒煤气显热的回收率，依据此回收率来降低循环氨水喷洒量，同时减少焦炉运行上升管荒煤气余热回收装置后的横管初冷器冷却水用量，并依据此评价系统的节能效果、减排效果。

技术研发人员：方红明,王世杰,高明杰,谢照,李卉,刘世童,栗海超,郭伟静,周检
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23