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摘要：针对焦炉烟脱硫脱硝系统中降低烟气温度来满足脱硫工艺许用温度的一项技术，针对余热锅炉选型式，提出两段式热管余热锅炉，可以提高系统投资的经济性。从传热性、设备结构、换热原理、系统优化等方面阐述了热管余热锅炉的设计思路。
关键词：热管余热锅炉;焦炉烟气;余热回收 脱硫脱硝
一、前言
随着我国节能减排的加大，焦炉烟气脱硫脱硝余热回收利用项目遇到了前所未有的发展机遇。目前在国内脱硫技术可分为干法和湿法两种。干法脱硫工艺主要是利用固体吸收剂去除烟气中的SO2。
本项目拟对山东济宁某焦化有限公司110万吨/年焦炉烟气进一步进行脱硫脱硝，同步建设余热利用回收，实现节能减排。通过案例分析新型两段式余热锅炉在焦炉烟氣脱硫脱硝系统中的应用。它不仅解决了焦炉烟气大、易腐蚀的技术难题，同时也解决了两台独立锅炉的设备投资大，系统控制复杂等难题。
二、山东济宁某焦化厂110万焦炉烟气脱硫脱硝余热回收技术
SDS 脱硫工艺脱硫剂采用Solvay 钠基粉，从两座焦炉排气烟道接出的两路烟气汇总到一路总烟道，当入口烟气温度为240℃～300℃时，焦炉烟气先经余热回收Ⅰ段降温至250℃后，再进入SDS 脱硫装置;当入口烟气温度≤250℃时，焦炉烟气通过余热回收Ⅰ段旁路烟道直接进入SDS 脱硫装置;在脱硫烟道上设置钠基喷射脱硫装置，脱硫后烟气进入下级耐高温布袋除尘器，除尘器下游设SCR 脱硝装置，脱硝后的烟气再经过余热回收Ⅱ段回收热量后降温至165℃引风机送入烟囱排入大气。
（一）工艺流程
1.烟气侧流程
烟气首先经过Ⅰ段余热锅炉、SDS干法脱硫及除尘工艺，去除烟气中二氧化硫及颗粒物，然后进入中低温SCR脱硝工艺，脱除烟气中的氮氧化物。再进入Ⅱ段余热锅炉将废热烟气进行余热交换后由引风机送入烟囱排入大气;余热系统烟气侧的压力损失≤1000Pa。
2.汽水侧流程
工业盐水到软水箱进水口，软水箱中的软水经除氧水泵送到热力除氧器加热到104℃除氧，进入蒸汽聚集器，蒸汽聚集器的水经循环管路与蒸发器连接，通过与烟气换热产生蒸汽，返回到蒸汽聚集器内。两套余热装置公用一套汽包。Ⅰ段余热锅炉、Ⅱ段余热锅炉自然循环，蒸汽聚集器内的汽水混合物通过汽水分离，分离后的饱和蒸汽通过蒸汽出口管连续外供，用于取暖、化产、并网等各种用途。
（二）焦炉烟气的参数：
成分：O2：4～8%、CO2：5.44%、CO：0.0%、N2：71.06%、H2O：17～19%
（三）工艺条件
（1）年产量：110万吨/年
（2）最大烟气量：280000Nm3/h（干）
（3）烟气最高入口温度：300℃
（4）烟气出口温度：140～160
（5）饱和蒸汽压力：0.8MPa
（6）回收热量：28875KW
（7）最大蒸汽流量：12t/h
（四）两段式余热锅炉系统结构
焦炉烟气先经先经余热回收Ⅰ段降温至250℃后，再进入SDS 脱硫装置;当入口烟气温度≤250℃时，焦炉烟气通过余热回收Ⅰ段旁路烟道直接进入SDS 脱硫装置;
此热管余热回收系统主要由一段Ⅰ段余热锅炉（翅片管蒸发器）、热管蒸汽发生器、热管省煤器、蒸汽聚集器、热管除氧器、上升管下降管等系统组成。烟气经过热管蒸发器后经过热管省煤热器。主要采用高效传热元件热管，较一般余热回收装置有许多明显优点（如图一）热设备（蒸发器和省煤器器）之间有过渡段连接，过渡段上设有不锈钢膨胀节和人孔以满足设备的热膨胀及设备安装和停炉检修时使用。
（五）系统工作原理
1.热管蒸发器是由若干根热管元件组合而成。热管的受热段置于热流体风道内，热风横掠热管受热段，热管传热元件的放热段插在汽一水系统内。由于热管的存在使得该汽一水系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于热流体的风道之外，汽一水系统不受热流体的直接冲刷。热流体的热量由热管传给水套管内的饱和水，并使其汽化，所产蒸汽（汽、水混合物）经蒸汽上升管到达汽包，经汽水分离以后再经主汽阀输出。这样热管不断将热量输入水套管，通过外部汽一水管道的上升及下降完成基本的汽一水循环，达到将热烟气降温，并转化为蒸汽的目的。
2.热管省煤器也是由若干根特殊的热管元件组合而成，热管的受热段置于烟气风道内，热管受热，将热量传至夹套管中从除氧器进来的除氧水，加热到103℃以上，送至蒸汽聚集器。
（六）系统特点
1.采用热管作为传热元件，整个汽水系统的受热及循环完全和热流体隔离而独立存在于热流体烟道以外，这就使本系统有别于一般余热锅炉。
2.设备中热管元件间相互独立，热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响，即使单根或数根热管损坏，也不影响系统正常运行，同时水、汽也不会由于热管破损而进入热流体。
3.设计时调节热管两端的传热面积可有效地调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀。
4.操作简单、维修方便、工作可靠，整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力，故障率低，效率高。
三、余热回收效益经济分析
（一）能源消耗：
1.软水：12 t/h，按每吨4元计。
2.电耗：300 kw，按每度0.6元计。（整个系统）
3.人 工 费：5人×4万=20万元/年（按5个操作工计算）
四、设备检修费：10 万元/年
（一）能源产出：蒸汽：0.8MPa，10t/h，按每吨170元计。
（二）效益：（-12×4）-（300×0.6）+（10×170）=+1472元/小时
1.全年系统工作时间：330×24=7920小时
2.修改方案后全年经济效益：7920×1472=1165万元
3.改选方案纯利润：1165-20-10=1135万元/年
五、结 语
从上述分析看出，焦化厂焦炉烟道废气脱硫脱硝系统余热回收项目投产后，可以减排大量的烟尘、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮排放量，达到了减少废气排放，改善大气环境，创造巨大的环保效益，同时又能降低能源消耗，每年可利用焦炉烟道废气余热副产0.8MPa过饱和蒸汽8万吨。按目前蒸汽价格计算，每吨焦降低生产成本50-80余元，节约标煤49.5万吨，实现利润1135万元/年。
总之，两段式热管余热锅炉在焦炉烟气脱硫脱硝系统中的设计应用，采用成熟的热管余热回收技术，实现了一举多得的收益，确实是应该大力提倡的节能减排环保项目，建议尽快推广应用，为努力提高综合能效，抓好能源梯级利用，使节能工作进入崭新阶段。
参考文献：
[1]蒋文举，烟气脱硫脱硝技术手册（二版）化学工业出版社2012
[2]方彬，白文彬.锅炉和窑炉节能热管换热器[M] . 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1985.
[3] 王磊.热管换热器及其在余热回收中的应用[J].纯碱工业，2000，（5）：34～36.
关键词：热管余热锅炉;焦炉烟气;余热回收 脱硫脱硝
一、前言
随着我国节能减排的加大，焦炉烟气脱硫脱硝余热回收利用项目遇到了前所未有的发展机遇。目前在国内脱硫技术可分为干法和湿法两种。干法脱硫工艺主要是利用固体吸收剂去除烟气中的SO2。
本项目拟对山东济宁某焦化有限公司110万吨/年焦炉烟气进一步进行脱硫脱硝，同步建设余热利用回收，实现节能减排。通过案例分析新型两段式余热锅炉在焦炉烟氣脱硫脱硝系统中的应用。它不仅解决了焦炉烟气大、易腐蚀的技术难题，同时也解决了两台独立锅炉的设备投资大，系统控制复杂等难题。
二、山东济宁某焦化厂110万焦炉烟气脱硫脱硝余热回收技术
SDS 脱硫工艺脱硫剂采用Solvay 钠基粉，从两座焦炉排气烟道接出的两路烟气汇总到一路总烟道，当入口烟气温度为240℃～300℃时，焦炉烟气先经余热回收Ⅰ段降温至250℃后，再进入SDS 脱硫装置;当入口烟气温度≤250℃时，焦炉烟气通过余热回收Ⅰ段旁路烟道直接进入SDS 脱硫装置;在脱硫烟道上设置钠基喷射脱硫装置，脱硫后烟气进入下级耐高温布袋除尘器，除尘器下游设SCR 脱硝装置，脱硝后的烟气再经过余热回收Ⅱ段回收热量后降温至165℃引风机送入烟囱排入大气。
（一）工艺流程
1.烟气侧流程
烟气首先经过Ⅰ段余热锅炉、SDS干法脱硫及除尘工艺，去除烟气中二氧化硫及颗粒物，然后进入中低温SCR脱硝工艺，脱除烟气中的氮氧化物。再进入Ⅱ段余热锅炉将废热烟气进行余热交换后由引风机送入烟囱排入大气;余热系统烟气侧的压力损失≤1000Pa。
2.汽水侧流程
工业盐水到软水箱进水口，软水箱中的软水经除氧水泵送到热力除氧器加热到104℃除氧，进入蒸汽聚集器，蒸汽聚集器的水经循环管路与蒸发器连接，通过与烟气换热产生蒸汽，返回到蒸汽聚集器内。两套余热装置公用一套汽包。Ⅰ段余热锅炉、Ⅱ段余热锅炉自然循环，蒸汽聚集器内的汽水混合物通过汽水分离，分离后的饱和蒸汽通过蒸汽出口管连续外供，用于取暖、化产、并网等各种用途。
（二）焦炉烟气的参数：
成分：O2：4～8%、CO2：5.44%、CO：0.0%、N2：71.06%、H2O：17～19%
（三）工艺条件
（1）年产量：110万吨/年
（2）最大烟气量：280000Nm3/h（干）
（3）烟气最高入口温度：300℃
（4）烟气出口温度：140～160
（5）饱和蒸汽压力：0.8MPa
（6）回收热量：28875KW
（7）最大蒸汽流量：12t/h
（四）两段式余热锅炉系统结构
焦炉烟气先经先经余热回收Ⅰ段降温至250℃后，再进入SDS 脱硫装置;当入口烟气温度≤250℃时，焦炉烟气通过余热回收Ⅰ段旁路烟道直接进入SDS 脱硫装置;
此热管余热回收系统主要由一段Ⅰ段余热锅炉（翅片管蒸发器）、热管蒸汽发生器、热管省煤器、蒸汽聚集器、热管除氧器、上升管下降管等系统组成。烟气经过热管蒸发器后经过热管省煤热器。主要采用高效传热元件热管，较一般余热回收装置有许多明显优点（如图一）热设备（蒸发器和省煤器器）之间有过渡段连接，过渡段上设有不锈钢膨胀节和人孔以满足设备的热膨胀及设备安装和停炉检修时使用。
（五）系统工作原理
1.热管蒸发器是由若干根热管元件组合而成。热管的受热段置于热流体风道内，热风横掠热管受热段，热管传热元件的放热段插在汽一水系统内。由于热管的存在使得该汽一水系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于热流体的风道之外，汽一水系统不受热流体的直接冲刷。热流体的热量由热管传给水套管内的饱和水，并使其汽化，所产蒸汽（汽、水混合物）经蒸汽上升管到达汽包，经汽水分离以后再经主汽阀输出。这样热管不断将热量输入水套管，通过外部汽一水管道的上升及下降完成基本的汽一水循环，达到将热烟气降温，并转化为蒸汽的目的。
2.热管省煤器也是由若干根特殊的热管元件组合而成，热管的受热段置于烟气风道内，热管受热，将热量传至夹套管中从除氧器进来的除氧水，加热到103℃以上，送至蒸汽聚集器。
（六）系统特点
1.采用热管作为传热元件，整个汽水系统的受热及循环完全和热流体隔离而独立存在于热流体烟道以外，这就使本系统有别于一般余热锅炉。
2.设备中热管元件间相互独立，热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响，即使单根或数根热管损坏，也不影响系统正常运行，同时水、汽也不会由于热管破损而进入热流体。
3.设计时调节热管两端的传热面积可有效地调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀。
4.操作简单、维修方便、工作可靠，整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力，故障率低，效率高。
三、余热回收效益经济分析
（一）能源消耗：
1.软水：12 t/h，按每吨4元计。
2.电耗：300 kw，按每度0.6元计。（整个系统）
3.人 工 费：5人×4万=20万元/年（按5个操作工计算）
四、设备检修费：10 万元/年
（一）能源产出：蒸汽：0.8MPa，10t/h，按每吨170元计。
（二）效益：（-12×4）-（300×0.6）+（10×170）=+1472元/小时
1.全年系统工作时间：330×24=7920小时
2.修改方案后全年经济效益：7920×1472=1165万元
3.改选方案纯利润：1165-20-10=1135万元/年
五、结 语
从上述分析看出，焦化厂焦炉烟道废气脱硫脱硝系统余热回收项目投产后，可以减排大量的烟尘、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮排放量，达到了减少废气排放，改善大气环境，创造巨大的环保效益，同时又能降低能源消耗，每年可利用焦炉烟道废气余热副产0.8MPa过饱和蒸汽8万吨。按目前蒸汽价格计算，每吨焦降低生产成本50-80余元，节约标煤49.5万吨，实现利润1135万元/年。
总之，两段式热管余热锅炉在焦炉烟气脱硫脱硝系统中的设计应用，采用成熟的热管余热回收技术，实现了一举多得的收益，确实是应该大力提倡的节能减排环保项目，建议尽快推广应用，为努力提高综合能效，抓好能源梯级利用，使节能工作进入崭新阶段。
参考文献：
[1]蒋文举，烟气脱硫脱硝技术手册（二版）化学工业出版社2012
[2]方彬，白文彬.锅炉和窑炉节能热管换热器[M] . 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1985.
[3] 王磊.热管换热器及其在余热回收中的应用[J].纯碱工业，2000，（5）：34～36.