熱管技術(shù)在荒煤氣余熱回收上的應(yīng)用

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1、熱管技術(shù)在荒煤氣余熱回收上的應(yīng)用一、煉焦荒煤氣余熱利用技術(shù)背景。1、煉焦荒煤氣余熱利用技術(shù)的必要性。煉焦化學(xué)工業(yè)是影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的清潔能源轉(zhuǎn)化的流程工業(yè)，是煉焦煤通過(guò)干餾、實(shí)現(xiàn)焦炭和其關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝模式，屬于典型的能源流程產(chǎn)業(yè)。焦炭生產(chǎn)過(guò)程中，配合煤在焦?fàn)t中被隔絕空氣加熱干餾，生成焦炭的同時(shí)產(chǎn)生大量的荒煤氣。從煉焦生產(chǎn)過(guò)程熱平衡分布看，從焦?fàn)t炭化室推出的950℃?1050℃紅焦帶出的顯熱余熱占焦?fàn)t支出熱的37%，650℃?750℃焦?fàn)t荒煤氣帶出熱（中溫佘熱）占焦?fàn)t支出熱的36%，180℃?230℃焦?fàn)t煙道廢氣帶出熱(低溫余熱)占焦?fàn)t支出熱的16%，爐體表面熱損失(低溫余熱

2、)占焦?fàn)t支出熱的11%。煉焦荒煤氣余熱回收利用的經(jīng)濟(jì)效益顯著。理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，每生產(chǎn)1噸紅焦的高溫荒煤氣余熱回收后至少能產(chǎn)生0.1噸0.6兆帕蒸汽，當(dāng)前，我國(guó)年產(chǎn)焦炭約35300萬(wàn)噸，如其荒煤氣余熱全部得到回收利用，則半至少可回收3530萬(wàn)噸0.6兆帕蒸汽,折合標(biāo)煤約380萬(wàn)噸，年可減排二氧化碳量993萬(wàn)噸，節(jié)能潛力巨大。為實(shí)施清潔生產(chǎn)，持續(xù)減少資源及能源消耗、減少污染物的產(chǎn)生與排放，焦化行業(yè)已成為國(guó)家節(jié)能降耗方面重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)，面臨著巨大的節(jié)能減排壓力。2、我國(guó)煉焦荒煤氣余熱利用技術(shù)的進(jìn)程。目前，焦化行業(yè)傳統(tǒng)做法是噴灑大量氨水，使荒煤氣溫度降低，進(jìn)入后續(xù)煤化工產(chǎn)品回收加工工

3、段。這樣的結(jié)果是，荒煤氣帶出的熱量被白白浪費(fèi)掉，既流失了荒煤氣熱能，還增加了水資源的消耗。煉焦荒煤氣余熱冋收利用技術(shù)在我國(guó)經(jīng)歷了近30年的研究歷程。上世紀(jì)70年代，采用夾套上升管，夾套內(nèi)冷卻水吸收荒煤氣所攜帶的熱量而汽化，產(chǎn)生蒸汽，實(shí)現(xiàn)熱能的回收利用，簡(jiǎn)稱為“焦?fàn)t上升管汽化冷卻裝置”，這一技術(shù)曾一度被多家焦化企業(yè)釆用，后因上升管的筒體焊縫拉裂、漏水、漏汽等問(wèn)題，運(yùn)行幾年后基本停用。后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，有的企業(yè)把冷卻水換成了導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油與高溫荒煤氣間接換熱，被加熱的高溫導(dǎo)熱油用于煤焦油蒸餾、干燥入爐煤、蒸氨等。因?qū)嵊头€(wěn)定性好，運(yùn)行效果有了較大改善。用熱管回收荒煤氣帶出熱量，效果也不

4、錯(cuò)。將管內(nèi)水變成蒸汽，沿著熱管上升加熱管外的水產(chǎn)生蒸汽，單個(gè)上升管產(chǎn)蒸汽壓力1.6兆帕，平均蒸汽流量66公斤/小時(shí)，熱管換熱后降至500℃。冷卻流程改進(jìn)。使脫硫貧液與高溫荒煤氣間接換熱，脫硫貧液換熱后通過(guò)閃蒸裝置產(chǎn)生蒸汽，作為脫硫液再生熱源，這種工藝可使年產(chǎn)200萬(wàn)噸焦炭企業(yè)年節(jié)約低壓蒸汽26萬(wàn)噸，相當(dāng)于回收利用了25%荒煤氣帶出熱。此外，我國(guó)焦化工作者還設(shè)計(jì)了用鍋爐回收荒煤氣帶出熱、用半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)回收荒煤氣余熱等方案和技術(shù)。二、熱管技術(shù)在荒煤氣余熱回收上的應(yīng)用簡(jiǎn)介。1、熱管回收余熱技術(shù)。（1）熱管技術(shù)是1963年美國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的G.M.Grover發(fā)明

5、的一種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過(guò)熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過(guò)任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。熱管技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于宇航、軍工、鋼鐵、機(jī)械等行業(yè)。（2）工作原理:熱管是一種新型高效的傳熱元件，按較精確的定義應(yīng)稱之為“封閉的兩相傳熱系統(tǒng)”，即在一個(gè)抽成真空的封閉的體系內(nèi)，依賴裝入內(nèi)部的流體的相態(tài)變化（液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)和汽態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)）來(lái)傳遞熱量的裝置。熱管放在熱源部分的稱之為蒸發(fā)段（熱端），放在冷卻部分的稱之為冷凝段（冷端）。當(dāng)蒸發(fā)段吸熱把熱量傳遞給工質(zhì)后，工質(zhì)吸熱由液體變成汽體，發(fā)生相變，吸收汽化潛熱。在管內(nèi)壓差作用

6、下，汽體攜帶潛熱由蒸發(fā)段流到冷凝段，把熱量傳遞給管外的冷流體，放出凝結(jié)潛熱，管內(nèi)工質(zhì)又由汽體凝為液體，在重力作用下，又回到蒸發(fā)段，繼續(xù)吸熱汽化。如此周而復(fù)始，將熱量不斷地由熱流體傳給冷流體。（3）熱管優(yōu)點(diǎn)①金屬、非金屬材料本身的導(dǎo)熱速率取決于材料的導(dǎo)熱系數(shù)、溫度梯度、正交于溫度梯度的截面面積。以金屬銀為例，其值為415W/m2?K左右，經(jīng)測(cè)定，熱管的導(dǎo)熱系數(shù)是銀的幾百倍到上千倍，故熱管有熱超導(dǎo)體之稱。②由于熱管內(nèi)的傳熱過(guò)程是相變過(guò)程，而且工質(zhì)的純度很高，因此熱管內(nèi)蒸汽溫度基本上保持恒溫，經(jīng)測(cè)定：熱管兩端的溫差不超過(guò)5℃，與其它傳熱元件相比，熱管具有良好的等溫性能。③熱管能適應(yīng)的

7、溫度范圍與熱管的具體結(jié)構(gòu)、采用的工作流體及熱管的環(huán)境工作溫度有關(guān)。目前，熱管能適應(yīng)的溫度范圍一般為-200℃～2000℃，這也是其它傳熱元件所難以達(dá)到的。（4）熱管式余熱回收裝置①原理：熱管式余熱回收裝置的核心部件是熱管。基本結(jié)構(gòu)：熱管蒸汽發(fā)生器是由若干根特殊的熱管元件組合而成。熱管的受熱段置于熱流體風(fēng)道內(nèi)，熱風(fēng)橫掠熱管受熱段，熱管元件的放熱段插在水—汽系統(tǒng)內(nèi)。由于熱管的存在使得該水—汽系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全和熱源分離而獨(dú)立存在于熱流體的風(fēng)道之外，水—汽系統(tǒng)不受熱流體的直接沖刷。工作原理：熱流