初冷器余热利用
焦炉煤气初冷系统余热利用
焦炉煤气初冷系统余热利用世界金属导报/2006年/6月/6日/第A06版科技焦炉煤气初冷系统余热利用胡新亮炼焦工业既是重要的能源生产部门，又是耗能大户。
中国焦化生产工序能耗为180～200kg标煤／t。
在大型焦化厂的焦化工序能耗中，备煤约占5%～10%，炼焦占70%～80%，化产回收占15%～20%。
就焦炉产物带出的热量而言，赤热焦炭的显热居第一位，荒煤气的显热居第二位，两者合计占焦炉总输出热量的65%～75%。
荒煤气带出显热的回收，对焦化厂节能降耗、提高经济具有非常重要的作用。
1工艺简介荒煤气以650～700℃温度离开焦炉，经上升管至桥管，在集气管内用氨水喷洒降至80～85℃，然后经初冷器将煤气冷却至21～35℃。
氨水经冷却和除焦油后循环使用。
荒煤气带出的有效能占焦炉总输出有效能的18%，大部分在此过程中转移到循环氨水和初冷器的冷却水中，因此，对煤气初冷系统的余热回收主要是回收利用循环氨水和初冷器循环水的热量，同时要注意回收高温位的热能。
2余热利用技术2.1上升管汽化冷却器在上升管外安装汽化冷却器，利用650～700℃的高温荒煤气显热副产蒸汽。
每吨焦可发生0.5MPa饱和蒸汽0.1～0.12t，相当于每千克入炉煤回收余热270kJ。
采用上升管汽化冷却装置不仅可降低能耗，而且可解决荒煤气高温裂解后在上升管根部结成难以清除的石墨问题，减少喷洒氨水消耗量，降低上升管外壁温度，改善炉顶操作条件。
2.2上升管热管回收余热随着热管技术的发展，采用热管技术回收高温荒煤气显热的技术也被提出。
采用热管技术可回收荒煤气500℃以上的显热。
热管安装在荒煤气上升管内，整个装置包括热管换热器、热风引入设备、氨水喷淋器、气液分离罐以及循环水罐和水泵等。
荒煤气仍由上升管下部引入，通过热管换热器换热降温至500℃，然后用喷洒氨水冷却至80～85℃。
根据余热回收装置的工作温度范围，选用金属钾为工质，采取不锈钢丝网吸液芯附于热管内壁。
焦炉煤气初冷系统余热利用
用低温循环水冷却 ，煤气出Ｉ温度为２ ～ ５ Ｉ ５ ３ ｃ，达 进 入冷凝鼓风机的要求。济钢焦化厂在煤气处理最 ６ ｍ ／ 情况下，供热最逃 １０ Ｇ ／ ．余热 万 ｈ ０ ～ｌ４ ｈ ２ Ｊ 温度为６ ℃ ．川 ｒ ０ 冬季采有．窀黼 ・ ｌ ｒ ６士２ 达 ℃ ２ ４循环氨水余热叫收 ．
个犍 包托热管换热擀．热 ０ 人没箭、 水喷淋器、 １
气液分离罐以肢撕ｑ 水勰 水 等。 托煤 仍山上升 ： ｔ
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其冷凝 成液体 ，再返 回蒸发 器继续使 用 。离开蒸发 器 的氨水 则降至 ６ ～６ ℃ ，然 后再送去 喷洒高温煤 气。 ０ ５
维普资讯
仃业 交流
焦炉煤气初冷系统余热利用
胡 新亮
济钢技术中・ ．山东 济 南 ２ ０ ５ １ ０
托 挺 尚 ｝济 放 捻 柯 ¨常
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管Ｆ 部引入， 通过热｛ 换热器换热降温 ５ ０ 然 ０ ｃ．
１ 工艺 简 介
田厂用 ７ ℃左右的循环氨水代替蒸汽。具体做法是： ７
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
论从节能角度，还是从经济效益进行夹点分析都有是
切断原有蒸汽清扫管的汽源 ，同循环氨水泵的压出管 很有 吸引力 的。通过对 煤气初 冷系统 的物 流进行 夹点 道上接出一支管，并利用原有的蒸汽管线，将热氨水 分析 发现 ，循环 氨水温 度位于夹 点以 下 ，能够加 以利 送人煤气初冷器气室底部、捕焦油器底部及水封槽入 用代替制冷机所用的蒸汽。
２余热利用技术 ２ １ ：１ ． Ｉ ・ １僻汽化冷主器 Ｉ ｊ
｝升瞥 外 女装 汽 化 冷圳 器 ，利 用 ６０～７）ｃ的 ５ （ ０ 高 温 荒煤 气 屁 热 剐 Ｉ燕 ｆ 。 每吨 焦 ｔ ， ０．ＭＰａ饱 ， ＿ ｃ 发 ＝ ５ 三 ｌ
煤气初冷器余热利用
８ ． ｋａ／ ， ５ ｍ ７ 改 造 方 案 ： 原 有 生 产 工 艺 不 变 的 情 况 下 ． 初 冷 器 进 行 分 段 冷 ３ ９３ ｃｌ 查 煤 气 不 同 温度 下 的焓 值 表可 知 温 度 降 为 ７ ℃。 煤 气 在 对 却 ． 上 段 利 用 循 环水 降 温 ， 最 回收 煤 气 潜 热 。 煤 气 初 冷器 的上 段 循 环 和冷 却 循 环 水 的逆 流 对 数 平 均 温 差 为 ： 在 水 人 口处 接 循 环 水 泵 加压 经 过热 交 换 后 进 人 供 热 二 级 管 网 ， 厂 区进 对 △ 仁 ＝ ． ９Ｃ ７ ６１ ￣ 行 供 热 后 ， 水 又 通 过 循 环水 泵 进 入 初 冷 器 上 段 或 回到 回水 池 再 通 过 热 循 环 水 泵 加 压 进 入 初 冷 器 。 在下 段 继 续 采 用 海 水 段 ， 荒 煤 气 的温 度 使 利用逆流对数平均温差公式 ：
２１ 年 ０１
第９ 期
。电力 与能源。
科技信息
煤气初冷器余热利 用
王 鑫 江志岩 王海 亮 （ 岛泰能燃 气 集 团焦 化制气 有 限责任公 司 山东 青 岛 ２ ６ ４ ） 青 ６ ０ ２
【 摘 要】 本文详 细介 绍了荒煤 气带 出显热的回收， 通过对煤气二段式初冷器的热工计算， 定采用初 冷器高温段 的冷却水用 于采 暖系统 确
由 ８ ℃冷 却 到 ２ ℃左 右 ， ２ ５ 以满 足 后 续 工 艺 的 要 求 。 １１ 煤 气 初 冷 器 可 回收 热 能计 算 ： ．
焦 炉 煤 气 计 算 量 为 ２０ ０ ／ ４ ０ ｍ３ ｈ，进 入 初 冷 器 的 饱 和 煤 气 温 度 为 ８ ℃ ． 开 横 管 初 冷 器 的饱 和煤 气 温度 为 ２ ℃ 。８ ℃ 和 ２ ￣时 被 水 蒸 ２ 离 ５垒 一 ７－） ［２ （＋Ｏ １ ７ ９ Ｃ （７ ｘ－Ｓ－ｘ ｌ） ： ６１ ￣ 一
焦化厂煤气初冷器余热利用研究
２ ２方 案 二 。 ． 根据焦化 厂厂区供 热区域的分布及现有管 网的铺设 走向 ， 因矿棱河西部 为后期 建设 ， 离锅炉 房远 ， 热面 距 供 积近 １ 万平方 米 ， 厂部 ７层 办公楼 近 ４ ０ 仅 ０ ０平方 米 ， 冬
焦化 厂煤气冷 却器设 计数 量为 三台 ， 使用工 艺是 串 联 。煤气在冷却器 冷却 的流程 是 ， 煤气依 次经过 三 台冷 却器 ， 温度 由 ８ ℃降到 ２ ℃ 。煤气经过每 台冷却器后都 ０ ０ 有不 同的温降 。而供 给初 冷 器 使 用 的循 环 上 水 （ 温 低 水） 则是并联供给的 ， 也就是说供给三 台初冷器 的冷却水 温度相 同。以上分析说 明 ， 台冷 却器 出水 （ 三 循环 下水 ） 温度是不 同的 ， 温度差 的。 由于煤 气首 先经过 １号初 有 冷器 ， 以出水温度同其他两台相 比， 所 相对 偏高 。经过 实 测温度可达 ５ ℃。那 么设想 ， ０ 如果把 １号煤气冷 却器 的 水冷却 系统 同其他两 台冷却器分开 ， 接入厂 区采暖系统 ， 形成独立 的冷却 系统 ， １ 冷却器 作 为供热 系统一个 把 号 热源 （ 或者是作为供热系统二 次加热 的热源 ） 用于厂 区 ， 供热 系统应该是可行 的。由于焦化厂厂 区的热水采 暖系 统是 闭路循环 ， 且系统供 、 回水 温差不 超过 １℃ （ 区供 ５ 厂 热 系统多年运行实测数据 ） 那么供热 系统经过 １ ， 号冷却
关键词 ： 初冷 器； 余热利用 ； 节能减排 中 图 分 类 号 ：Ｑ ２ ． Ｔ ５０５
文献标识码 ： Ａ
鸡西 矿业 集团焦化 厂是 １８ ９ ５年建厂 ， 主要产 品是焦 炭和煤气 。设计年产焦碳 １ ０万吨 ， 承担着 市区居 民和公 福燃气供应 。煤气 从生 产到输 送给 用户需 经过 回收 、 净 化等若 干生产 环节 。初冷器就是焦化 厂生产过程 中的重 要设 备之 一 ， 它是一大型横管冷却器 ， 内部均 布着 ２０ 其 ００ 余根 换热管 ， 总换 热 面积 ４０多平 方米 。焦 炉产 生 的煤 ０ 气经循 环氨水 喷淋后 温度降 到 ８ ℃左右 ， Ｏ 还要 经过初 冷 器冷 却达 到 ２ ｏ 左 右后 ， 能经 风机 、 ＯＣ 才 电扑焦 油器 再 经 过终冷器进入 回收工艺 。煤气在初冷器 中是经过水来 进 行冷却 的 ， 循环水泵将 低温水 （ ５ 以下 ） 到初冷器 同 １℃ 送 煤气进行 充分 的热交换 后 ， 到 ３ ￣ 达 ５Ｃ以上 ， 现经过 循 环 水工段冷却塔 冷却 后循 环使用 ， 这个过 程 中煤 气释放 在 出大量 的热 ， 投产多年来 ， 冷器一直在设 计工艺状 态下 初 运行 ， 随着 国家对焦化 企业节 能减 排管理 的完善 以及企 业 自身管理 的不断 细化 ， 深入挖潜 、 节支 降成也成为 了企 业 的一个效益增长点 。怎样把初冷器 的余 热进行充分利 用 ， 入 了焦 化 厂 技 改 课 题 。 列
初冷器循环水余热的回收利用
Ｒｅ ｃ ｏｖ ｅ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｗａ ｓ ｔ ｅ Ｈｅ ａ ｔ ｆ ｒ ｏｍ ｔ ｈ ｅ Ｃｉ ｒ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｎｇ Ｗ ａｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｐｒ ｉ ｍａ ｒ ｙ Ｃｏ ｏ ｌ ｅ ｒ
两段式横管初冷器余热回收技术
两段式横管初冷器余热回收技术贾仕文【摘要】In order to use the two-stage horizontal tube cooler to extractlow grade heat from the coal gas, Jigang International Engineering and Technology Co.,Ltd. chose the scheme of splitting heat-exchanging unit, divides the original heat-exchanging unit into high temperature, middle and low temperature unit in the method of altering the sealing head and plugging the heat-exchanging pipes, makes the two-stage horizontal tube cooler into the three-stage horizontal tube cooler. Through this method, the goal of extracting low grade heat from the coal gas can be achieved. According to estimates, the owners can recover the full investment in 4.02 years.%为使用两段式横管初冷器提取煤气中低品位热，济钢集团国际工程技术有限公司使用换热段分割的方案，通过对换热管的封堵和对封头的改造，将原来的换热段进行重新分割确定高温段、中段和低温段，将两段式初冷器改造为三段式初冷器。
改造后，实现了煤气中低品位热的余热回收。
经测算4.02 a可全部收回投资。
余热回收再利用的这些方式值得关注
余热回收再利用的这些方式值得关注
一、余热直接利用的方式
1、生产热水和蒸汽：
利用中低温的余热来生产热水和低压蒸汽。
在学校或医院等地方，生活中所使用的热水，通常都是利用锅炉的余热进行生产的。
2、预热节能：
在一些生产工序中，通常需要对空气进行加热，而利用余热资源对空气进行预热，可减少能源的成本，提高燃烧效率。
3、干燥流程：
利用余热资源，对物料进行干燥。
二、热管换热器余热回收方式
1、热管式气气热管换热器
热管换热器是以导热性能优良的热管作为传热元件，当热管的吸热端置于高温烟气中时，热管中的工质发生相变，在热管的冷凝端释放热量，把周围的空气加热，随后被加热的空气可为锅炉补风。
2、热管式气液式热管换热器
热管余热热水器，对余热资源进行回收后，利用这部分余热资源给水加热，生产的热水可用于生产或生活中，一举两得。
3、热管式热水取暖
高温烟气从燃烧器烟道进口水平进入余热回收器一侧，经余热回收器吸热降温后从烟气出口送出，经净化处理后排入大气。
进水经吸热经水泵送至暖气片供热，放热后送至膨胀水箱。
余热资源的回收利用，是节约能源、实现双碳目标的途径之一，对生产中产生的余热资源进行回收利用，提高了能源的利用效率，对环境也有一定的保护作用。
焦化厂初冷器工艺冷却中余热的回收和利用
表 2 溴化锂制冷机组主要参数表
气进行冷却； （2）中温段冷却水的温度不高，利用价值不大，系统
依然采用原来的冷却塔散热方式； （3）原有冷却塔系统及蒸汽型溴化锂制冷机组系统不
拆除，作为改造后系统的备份；
项目
台数
制冷量
制冷机组冷水侧
进 / 出口温度 流量
数据 1台 450×104 kcal/h 23/16 ℃ 643 m3/h
70 中央空调市场·2020 年 6 月·第 6 辑
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PAPER 论文
4 改造后经济性分析
5 结语
该项目自 2016 年运行以来，节能效果显著。在本次改 造中，节能性主要体现在降低了原系统中低温段蒸汽型溴化 锂制冷机组的蒸汽消耗以及初冷器高温段冷却水通过冷却塔 散热而蒸发的水量两个方面。
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论文 PAPER
高温段，采用高温型冷却水系统进行冷却；在中温段，采 用中温冷却水系统进行冷却；在低温段，采用蒸汽型溴化 锂制冷机组制取 16 ℃工艺冷却m3/h
32 ℃
冷却塔
643 m3/h
23 ℃
16 ℃
图 2 改造后生产工艺冷却过程示意图
3 改造后生产工艺及主要技术参数
3.3 溴化锂机组主要技术参数
3.1 改造思路
热水型溴化锂制冷机组主要参数如表 2 所示。
（1）高温段高温冷却水作为热水型溴化锂制冷机组的
驱动热源，通过制冷机组制取 16 ℃的冷却水对低温段荒煤
序号 1 2 3 荒煤气
4 冷却水
项目 荒煤气量 初冷器材质
高温段进口温度 中温段进口温度 低温段进口温度 低温段出口温度 高温段冷却水进 / 出口温度 高温段冷却水流量 中温段冷却水进 / 出口温度 中温段冷却水流量 低温段冷却水进 / 出口温度 低温段冷却水流量
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五麟焦化
余热采暖节能改造方案
2013.8
五麟焦化
初冷器余热采暖节能改造方案
一、方案制定依据
五麟焦化使用的两段式横管冷却器存在低温水消耗量较大、煤气余热不能得到利用的缺点，而三段式冷却器可降低煤气出口温度和有效利用高温段煤气余热。
把两段式横管冷却器扩展为三段式横管冷却器（高温段、中段、低温段），将其高温段余热用于替代大量的蒸汽进行冬季采暖，理论和技术上可行，而且改造投资小，见效快，效益好。
二、热平衡计算
1、可利用余热量分析计算初冷器高温段可利用总热量为：煤气放出的显热+蒸汽放出热量为+焦油气放出热量
=1167310+70970823+941448=73079581kJ/h
73079581/4.1868/1000000=17.45Gcal/ h 由于受到循环水量、传热面积和换热系数等因素的限制，实际可利用热量计算为：17.45*0.6=10.47 Gcal/ h 可供采暖负荷：
按北方地区工业厂区传统取值75kcal/m 2.h 计算，可供采暖面积为
10.47*10 9/75000=139600 m2 如考虑限产、配煤比波动等因素，实际设计采暖面积为10 万平方米。
2、传热面积计算。
所需传热面积按下式计算：
F二Q/(K X t △m)
传热系数K按公式计算：
K=948kJ/(m2 h k)
煤气与冷却水之间的平均温度差：
△ t二〔(82-60)-(65-45) 〕/ {2.3 X lg〔(82-60)/(65-45)〕〕=21.1
将有关数据代入，可求得换热面积为：
F=Q/(K X t △)= 17.45 X109X 4.1868/1000/948/21.1 = 1263 m2
3、改造后的初冷器各段水温运行参数
60-68 C采暖给水
50-55 C采暖回水
45 C循环热水去冷却塔
30 C冷却塔回水
25 C低温热水去冷却塔
16C低温回水
4、按照五麟焦化的实况，考虑厂房高度附加值和今后的采暖面积的增加，采暖系统采暖面积可按照10 万m2设计计算。
三、工艺简况
1、采暖回水通过横管冷却器高温段加热，水温由55C升高到68C,同时煤气由83C被冷却到约65C。
2、吸收了煤气余热的采暖给水由采暖泵供厂区和办公生活区采暖使用。
3、方案考虑根据实际运行效果可以调整为生产区和办公区采暖系统分别独立运行的便利。
4、改造后的横管冷却器可方便灵活地实现两段运行与三段运行之间的转换。
5、结合五麟采暖负荷状况，根据传热计算结果和现横管冷却器实况，确定高、中温段分界线为第5-6 层处。
6、在做好水力计算的基础上，充分利用现有的供暖设施，包括原低温、高温、新高温三个供暖系统主要管道，对原有水力分配不合理部分作必要调整改进。
7、关于采暖系统的选择
根据五麟焦化的实际情况，余热采暖有以下几种方案可供选择：
1)所有采暖部位由一个大采暖系统组成。
该方案优点是投资较小，维护方便。
缺点是运行中需要对采暖系统各区域流量压力做好必要的调节优化，缺少机动灵活性。
(上述投资估算按一个大采暖系统计)
2)由个相对独立的采暖系统构成全厂采暖系统。
其优点是运行灵活性
强，调节方便。
缺点是投资较大一些，也一定程度上增加了运行成
本。
3)开式系统采暖水回水返回补水箱，在经给水泵加压到横管冷却器
加热后供采暖散热器。
优点：调节方便，不必设置定压系统；缺点：水泵电能消耗较
大，采暖水由于与大气接触溶解氧易引起系统的管网、散热器腐
蚀。
4)闭式系统
采暖水回水直接接入采暖循环泵入口，在经循环泵加压到横管冷
却器加热后供采暖散热器。
优点：水泵运行节约电力，采暖水不与大气接触，不易引起系统
设备的腐蚀。
缺点：须设置补水定压系统，设置供热安全设施。
须认真做好试
车阶段的定压、排气等调试工作。
根据实际情况，最终确定适宜的
采暖系统。
建议采用一体式闭式系统
8、改造后的初冷器煤气余热夏季还可用于制冷系统蒸发器前
溶液的预热。
9、改造工艺流程简图:
四、主要设备材料选型及投资估算
为节省投资，在改造过程中应尽量利用现有设施。
主管架利用原外管系统的管架铺设，支管亦尽量利用原有管架铺设。
1、泵
采暖系统阻力估算
系统阻力汇总表（表1）
度、最不利采暖环路和最高采暖部位高度，选用适
对横管冷却器上段、管网、散热器等系统阻力计算后，结合
横管
冷却
器高
当的
泵。
2
、
主管道
根据现有采暖面积和今后可能的采暖负荷增加，主管道选径暂定为DN300m—350mm
3、管件
热力补偿器、控制阀门、排气阀、弯头、法兰等
4、水泵、初冷器操作平台、补水系统等
5、防腐、保温材料
6、压力传感器、压力表、温度表等
7、投资估算（见估算表）
投资估算约150万元
五、设计说明
1、采暖热媒为煤气余热，供水温度65-68°C,回水温度
50~550C。
2、给回水管沿原管架敷设到各采暖区域。
3、供水压力0.4-0.6MPA，供热量约8700KW/
4、采暖系统安装完后，先用净水将内部杂物冲净，然后进行水压测试实验，
试验压力为0.65MPa。
5、管道热补偿采用自然补偿和波纹补偿器，在安装时需进行预拉伸，拉伸量
参照产品说明书进行。
6、管道试验压力合格后，应进行除污，除污后刷防锈漆，然后
进行保温，保温材料采用岩棉保温管壳，用0.5mm厚的铝皮做外保护。
具体做法参见？管道及设备保温？。
标准图籍98R418中进行。
保温材料厚度为50-80mm。
7、放水、放气点原则上为高点放气，低点放水。
每间隔150 米左右分别在采
暖上、下水管上各安装一个放水管和一个放气管。
管道弯头采用热压弯头，弯曲半径为R=1.5DN。
8、热网管道的施工验收应按照？建筑给水排水及采暖工程质量验
收规范？( GB50242-2002执行。
9、改造后的横管冷却器可方便灵活地实现两段运行于三段运行之间的转换。
10、为了施工便利和保证顺利实现系统切换，横管冷却器改造采用
密封性能较好法兰式蝶阀
六、经济和环保效益分析
利用横管冷却器煤气余热取代原蒸汽采暖，具有具有显著的经济效益和良好的社会环保效益。
蒸汽采暖用汽一般为6000-10000 m2/ 吨小时，
按热负荷10 万m2、8000 m2/ 吨小时计，
每采暖期可节约蒸汽
10*10000/8000*24*150=45000 吨
节能量45000*0.1286=5787tce
按吨汽80 元计，
每采暖期可创效80*45000/10000=360 万元
同时减少二氧化碳和碳氢化合物、氮氧化物等排放量约21412 吨。
投资回收期：（按采暖面积10万m2计）
150/360=0.42 个采暖期，不到3 个月。
效益分析未计算初冷器余热夏季利用的效益。
与过去煤气余热利用系统相比，项目方案有如下改进：
（1 ）新增了采暖循环泵的变频控制系统。
可以根据气候变化灵活调节供热量，实现采暖系统的节电运行。
（2 ）系统运行由冷鼓操作工兼职，不必设置新的岗位人员。
且可取消原有的采暖操作工岗位。
（3）新增了横管冷却器高、中温段分界处操作平台，方便了每年
必须的系统切换操作
注：
1.水力计算、设备表、综合材料表、改造工艺图、泵房布置图、管网图等有待于根据厂区详细情况设计。
2.如不妥之处或特别要求，请及时沟通联系。
2013-8-12。