摘要：在焦炭的生产过程中，煤被焦炉中的隔离空气加热和蒸馏，产生焦炭并产生大量废气，这部分废气即荒煤气。650℃～800℃荒煤气蕴含大量的余热资源。本文介绍了焦炉荒煤气余热利用技术，以及两种上升管换热装置。将荒煤气的显热利用起来用于生产饱和蒸汽、过热蒸汽等，既实现了节能减排，又进一步提高了能源利用率，不仅为环境保护做出了贡献而且创造了可观的经济效益，符合国家的节能政策。
关键词：焦炉上升管；荒煤气；余热利用
引言
随着干熄焦和焦炉烟道废气余热锅炉技术的成熟，煤在干馏过程中产生的高温荒煤气的余热回收与利用就成为历来是焦化行业节能关注的焦点。
理论计算和各种试验装置的试验数据均表明，每生产1吨红焦焦炉上升管段的高温荒煤气余热回收后至少能产生0.8MPa蒸汽0.1吨，2019年我国生产焦炭4.48亿吨，如其荒煤气余热全部得到回收利用，则至少可回收4480万吨0．8MPa蒸汽，折合标煤约424万吨，年可减排二氧化碳量1102万吨，二氧化硫量10.2万吨，氮氧化物量3.0万吨，节能减排潜力巨大。
1概述
荒煤气余热利用技术是对于占焦炉支出热的36%的中温余热进行利用的技术。利用上升管换热器回收荒煤气中的余热加热水，从换热装置出来的汽水混合物通过汽包进行汽水分离，产生蒸汽产品。作为钢铁企业中的一个重要生产工序，焦炉生产过程中能源消耗占钢铁总能耗的7%～8%，焦化过程中每吨焦有50千克标煤可以进行回收利用。上升管荒煤气余热在焦炉生产中热量支出排第二位，该余热资源进行回收后，可产生低压饱和蒸汽11.45万吨/a，同时，可节约氨水用电量96×104kWh/a。
目前，国内已经有多家焦化厂采用了上升管荒煤气余热利用技术，河北某大型钢铁企业焦化厂2x45孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术生产压力0.8MPa，温度175℃的饱和蒸汽供厂区自用；江西某钢铁焦化厂2x63孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术后，产生0.5~0.7MPa饱和蒸汽进行蒸汽并网；河南某焦化2x55孔6米焦炉采用上升管荒煤气余热利用技术生产过热蒸汽，每年可可产蒸汽约8.8万吨。除此之外，还有多家焦化厂正在进行改造，上升管荒煤气余热利用技术已经成为一种相对成熟的技术，应用到实际生产中也达到了很好的效果。
2上升管荒煤气余热回收利用工艺研究
2.1上升管及荒煤气特性
上升管作为焦炉炭化室的煤气输出通道，直接与炭化室相连。一般焦炉炭化室宽度为450mm，因此上升管内径基本与炭化室宽度接近，在450mm左右，内衬80mm左右的耐火砖，上升管高度在5～6m，传统上升管在流通高温荒煤气的同时，其表面温度高达170～230℃，恶化炉顶操作条件。焦炉作为高温耐火材料砌体，一旦液体从上升管漏入到炭化室，将对炭化室墙体产生严重损坏；上升管处于高温变、煤气成分复杂的作业环境，极限温度差近800℃，要求上升管能耐高温、抗腐蚀，高温变条件下无开裂、无变形；上升管作为与炭化室相连的一部分，检修和更换很困难，作为流通面积较小的煤气通道，也需要避免挂焦油和结石墨。
从单个炭化室生产的荒煤气而言，其温度变化及组成变化在一个结焦周期内基本呈规律性变化。6m顶装焦炉炭化室有效容积38.5m3，干煤量28.5t，焦炉煤气产率320～360m3/t干煤，焦油产率（对干煤）4%～5%，设计周转时间19h。因此在一个结焦周期内，单孔炭化室荒煤气总产量9120～10260m3，平均产量480～540m3/h，焦油量1.14～1.425t。炼焦煤从装入炭化室至焦炭生产为止，先后经过从室温到350℃的干燥脱气阶段，120℃主要是脱水，200℃前完成脱气（CH4、CO2和N2），此阶段煤气量很小，成分中没有焦油、苯等物质；350～550℃是解聚分解阶段，生成和排出大量煤气和焦油，550℃时结成半焦；550～1000℃是缩聚阶段，二次脱气，焦油量小，煤气主要成分是H2。
2.2汽水系统
接自除盐水站的除盐水，通过除氧水泵将除盐水送入热力除氧器进行除氧，然后通过汽包给水泵将水送入汽包。水在汽包与上升管余热回收利用装置之间通过强制循环泵进行强制循环换热，之后进入汽包，在汽包内进行汽水分离，蒸汽从汽包输出，输送到厂区蒸汽管网，水继续循环进入上升管余热回收利用装置进行再次热交换。汽水系统设置两台汽包，一备一用；四台强制循环泵，两用两备。此外，每套汽水系统需设置三台取样冷却器，分别用于汽包水取样、除氧水取样和饱和蒸汽取样。
2.3冷却水系统和排污疏放水系统
系统中强制循环水泵、除盐水泵和补水泵的冷却水均接自厂区内部供水母管，回水送入原冷却塔进行冷却，实现循环再利用，回水返回原母管回水管道。每套余热回收系统设置1台2m3定期排污扩容器和1台0.8m3的连续排污扩容期，汽包本体和除氧器的排污经管道进入排污扩容器，冷凝水由积水坑内潜污泵排入厂区污水管道，统一处理后重复利用。紧急放水接至缓冲水箱循环利用。
3焦炉上升管荒煤气余热利用系统
焦炉上升管荒煤气余热利用工程包括上升管换热器、汽包、热水循环泵、除盐水箱、除氧泵、除氧器、汽包给水泵等以及电气仪控设备。该工程将外网来的除盐水作为汽包进水，利用除氧泵将除盐水经除氧器、汽包给水泵送入汽包，汽包内的水由热水循环泵压入上升管换热器吸收高温荒煤气（约850℃）的热能，汽水混合物再返回汽包。汽包内产生的饱和蒸汽通过汽水分离器分离后并入焦化厂现有蒸汽管网。
焦炉上升管换热器由内、中、外三部分组成，内层为耐高温抗腐蚀材质，抗氧化、渗碳、渗氮，最大程度避免了在正常运行环境下产生焦油存积和积碳的现象。中间层为换热交换层，高温烟气与除氧水在这部分进行充分的热交换，既利用了上升管的余热，又保证了利用余热后的荒煤气温度不致降低过快而造成煤焦油的凝结和积碳的产生，换热管道为合金材质。外层为隔热和保护层，通过特殊保温材料的运用，改善了原有上升管表面温度过高的现象，同时对中间层的换热核心部分进行保护。此结构形式不同以往任何换热装置，克服了以往换热装置的弊病。换热装置的专利结构形式消除了周期性热应力破坏情况。
该工程热力设施主要分为三大部分：除氧给水泵房、汽包及附近设施、热力管道外线。
除氧给水泵房的流程：根据水质分析和汽包的水质标准，本设计采用外网除盐水———除盐水箱———除氧泵———除氧器———汽包给水泵———汽包的给水流程。
结语
上升管荒煤气余热利用技术能够有效的回收焦炉荒煤气的显热，降低烟气温度，生产蒸汽产品，不仅有效的提高了焦化厂的能源利用率，创造了经济效益，而且降低了炉顶温度，改善了作业环境，达到了节能减排的效果。两种类型的上升管换热器，可满足不同工况焦化厂的需求。该技术的节能效果显著，在焦炉荒煤气余热利用领域具有广阔的前景。
参考文献
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