摘要：将发生炉煤气生产流程中高竖管改造为热管废热锅炉，确定了改造工艺流程和方案，分析了温度、阻力降、积灰等对系统的影响并制订了应对措施，可实现对煤气显热的回收，每年可产生效益120万元。 关健词：热管；废热锅炉；阻力降；煤气温度；含尘量 中图分类号：TK229．92+9 文献标识码：B 文章编号：1004-7048(2006)10-0045-03
1 引言 中国铝业中州分公司氧化铝厂煤气站现安装有24台TG3M—1型混合煤气发生炉，担负着为焙烧炉供应合格煤气的任务。每月投入15台炉生产，年产煤气约6．9亿m3，焙烧氧化铝150万t。煤气生产采用冷煤气工艺，从发生炉出来的高温煤气在双竖管中与循环水进行直接热交换，将煤气温度由350～550℃降为80～100℃，再经过洗涤塔、电收尘降温、除尘，煤气温度降至3512以下，经加压机输送至用户(流程如图1所示)。上述流程中高温煤气几乎将一半以上的显热传给竖管循环水，循环水经自然和强制冷却后，继续循环使用，其间造成大量的热能浪费。2006年该公司决定将18台炉子中9台炉的高竖管改造为废热锅炉，使热煤气的显热转化为蒸汽，供生产、生活使用，以达到节约能源、降低煤气制造成本目的。
2 废热锅炉的选型和开发 2．1 废热锅炉的选型
废热锅炉的选型和开发是煤气余热回收产业化的关键，根据近年来废热锅炉发展特点及各煤气生产厂家使用情况，选用热管废热锅炉对煤气余热进行回收比较合适。热管废热锅炉近年来被大量应用于化工厂半水煤气余热的回收利用，在发生炉煤气生产中也有被成功应用的先例。
2．2 热管废热锅炉的特点
a．换热效率高；
b．采用立式圆筒结构，具有较强承压能力；
c．热管是单管作业，一根或多根损坏，两种介
质不互串；
d．阻力低，耐冲刷；
e．耐腐蚀性能好，热管可以避开露点腐蚀；
f．热管单支点固定在内简体上，避免应力破
坏；
g．设备使用寿命5a以上。
2．3 设计简图(见图2)
图2 热管废热锅炉设计简图
2．4 设备技术性能要求
余热锅炉煤气入口温度：700℃
余热锅炉煤气出口温度：<200℃
煤气最大流量：8000m3／h
锅炉阻力降：<150Pa
设备承受最大压力：1．5MPa
所产蒸汽压力：0．4～0．8MPa
设备选材保证使用寿命：>5a
设备结构设计保证灰尘清理周期：>6个月
3 改造方案
由于高温煤气一半以上的热能经过双竖管浪费掉，因此工艺上计划将双竖管中的高竖管改为废热锅炉，同时保留水封和低竖管，实行竖管和废热锅炉共用(如图3、图4所示)，既可以实现对煤气显热的回收，又可以对煤气进行二次冷却(降到120℃以下)和除尘，减小煤气工艺参数出现大的波动。同时由于保留了水封，可实现在不影响整个煤气生产的情况下，对9台炉子进行逐一改造。
图3 改造前双竖管简易装置图
图4 改造后锅炉、低竖管简易装置图
4 工艺流程及技术控制方案 4．1 工艺流程
在图5中软水通过泵由软水箱进入煤气炉水夹套，加热后部分变为饱和蒸汽进入煤气炉内进行反应，部分加热到80℃左右重新流回软水箱，经过泵输送到废热锅炉软水筒，同时高温煤气(350～550℃)进入烟道，经过热交换，煤气温度降为250℃左右，再经过单竖管除尘、降温至80～120℃，达到工艺要求后送往下道工序，废热锅炉中软水吸热后，生成压力0．4～0．8MPa、温度160℃的蒸汽进入集汽包，经汽、液分离后，蒸汽并入管网供煤气站生产及站外其他单位使用。
图5 煤气余热回收流程图
4．2 汽包液位实行自动控制
锅炉集汽包在运行过程中，其水位应控制在一定的区间，假定其水位控制在a点和b点之间(如图5所示)，a点和b点经过差压变送器有信号接到司炉主控室计算机上，当水位高于a点或低于b点时，计算机发出指令到气动调节阀的执行机构，控制阀门的开度，实现汽包内水位的自动调节。另外考虑到软水系统出现故障而不能运行，从工业水管接一条支管和集汽包连通，必要时补充工业水。
4．3 所产蒸汽使用控制方案
煤气站使用蒸汽量随季节波动较大，冬季约占全年蒸汽使用量的1／2。煤气生产过程中，煤气出口温度也有一定变化，为保证蒸汽管网的稳定运行，蒸汽管网宜有调峰汽源。废热锅炉产生的蒸汽进入汽包内，然后进入分汽缸，分汽缸通过薄膜调节阀和来自热电厂外来蒸汽总管Z6相连，当汽包内的蒸汽压力>0．8MPa时，薄膜调节阀自动打开，多余蒸汽进入外来蒸汽管网Z6管供氧化铝厂、运输部、水电厂、絮凝剂厂使用。
5 可能出现的风险及防范措施 (1)煤气中的含尘量增大，有可能加速对管道的堵塞。
预防措施：a．废热锅炉在设计上可适当增加截面积，使煤气流速减慢，促使煤气中大灰尘颗粒沉降锅炉底部；b．热管在锅炉内部采用错位排列对煤气有阻挡作用，使得锅炉具备一定的除尘作用；c．将竖管顶部水喷淋头由3个增加为4个，加大低竖管的喷水量，提高除尘率。
(2)煤气出口温度超过700℃，热管易发生爆管。
预防措施：a．设备设计瞬时承温能力达到800℃，废热锅炉上端高温部分热管采用中温萘热管，材质为不锈钢，中段中温部分热管采用碳钢-水热管，材质为不锈钢，下段低温部分热管采用碳钢-水热管，材质为20G；b．采用电脑对煤气温度进行跟踪自动控制，当煤气出口温度达到650℃时，信号可以传到司炉主控室计算机上，计算机发出信号到加煤系统，启动煤锁进行加煤降温；c．司炉工通过电脑发现温度异常时可以提前进行处理；d．锅炉上部加装蒸汽吹扫点，当煤气温度出现异常需要时间处理时，可打开上部蒸汽吹扫阀，进行临时降温处理。
(3)系统阻力增加，降低排送机机前压力，影响排送机正常运行。
预防措施：a．热管在筒体内上设计成放射性布置(向下有一定的倾角)，利于灰尘下落；b．增大废热锅炉的截面积以及热管与热管之间的距离，使得筒内流通面积大，煤气流速降低，阻力减小；c．将钟罩水封增高50mm，使炉出口压力达到3000Pa(现压力>2500Pa时钟罩会自动放散)，通过提高煤气炉出口压力，消除系统阻力的增加对排送机的影响；d．用蒸汽对热管积灰进行吹扫清理；e．在废热锅炉底部增加冲渣阀，定期对底部积渣进行冲刚，防止堵塞。
6 热管废热锅炉的应用 热管废热锅炉已在混合发生炉煤气显热回收中得到成功运用。2004年河南洛阳某厂将10#炉高竖管改造为废热锅炉，经过近两年的运行，设备运行正常，各项指标达到要求(见表1)，随后在2005年下半年对18台炉进行逐一改造，经济效益显著。
表1 某厂热管废热锅炉运行参数表
7 效益分析 对9台炉高竖管进行改造后，煤气显热将得到有效的回收利用。具体经济效益分析如下：
煤气显热回收热量计算：
式中 v1、v2—煤气在500℃和250℃时的体积(取近似值v1=v2=3．6×105km3，9台
发生炉2005年实际产量)；
c1、c2—煤气在500℃和250℃时的比热，取近似值1．367kJ／m3·℃；
t1、t2—煤气进入锅炉进行热交换前后的温度(取平均值t1=500℃、t2=250℃)；
η—废热锅炉热效率(η按70％计算)。
则每年回收的热量为：
折合成标准煤(29．27MJ／kg)：8．612×107／29．27×103=2942t。
每吨标准煤按500元计算，则每年可产生效益：2942×500=147万元，9台炉改造总投资额300万元，每年设备折旧费27万元。则每年产生直接经济效益120万元，投资回收期2．59，经济效益可观。
8 结论 (1)高竖管改造为热管废热锅炉，可以对煤气废热进行有效回收，在发生炉冷煤气生产企业具有推广价值。
(2)热管锅炉所产蒸汽压力达到0．4～0．8MPa，可以满足生产需要。
(3)改造后煤气阻力降<150Pa，和改造前相比对排送机无影响。
(4)9台炉改造后，每年产生直接经济效益120万元，投资回收期2．5a。
参考文献
[1]佟玉金，肖承瑞．在TG-3M1煤气炉上应用蒸汽集气器实现饱和温度自动控制[J]．工业煤气，2005，(4)：21-25．
[2]池伟强．转炉烟气余热回收技术的探讨[J]．煤气与热力，2006，(1)：43—45．
[3]冯晓强．中温热管空气换热器的模拟优化研究[D]．武汉理工大学，2002．
[4]白戍苗，胡俊青．煤气发生炉废热利用技术探讨[J]．有色冶金节能，2004，(5)：28-30．
作者简介：王平(1969-)，学士学位，工程师，从事煤气生产技术工作。
