【正文】 為減少，氣體對壁面的對流傳熱系數(shù)底，同時萘的凝結(jié)也易造成堵塞。所以，此階段宜采用直接冷卻。流程如下： 由集氣管來的 82℃左右的荒煤氣經(jīng)氣液分離器分離出煤焦油氨水后，進入 橫管式間接冷卻器被冷卻到 5055℃，再進入直冷空噴塔冷卻到 2535℃。在直冷空噴塔內(nèi)，煤氣由下向上流動，與分兩段噴淋下來的氨水煤焦油混合 液逆流密切接觸而得到冷卻。 聚集在塔底的噴灑液及冷凝液沉淀出其中的固體雜志后，其中用于循環(huán)噴灑的部分經(jīng)液封槽用泵送往螺旋板換熱器，在此冷卻到 25℃左右，再壓送到直冷空噴塔上、中兩段噴灑。相當于塔內(nèi)生成的冷凝液量的部分混合液，由塔底導入機械化氨水澄清槽，與氣液分離器下來的氨水、煤焦油以及橫管初冷器下來的冷凝液等一起混合后進行分離澄清的氨水進入氨水槽后，泵往焦爐噴灑，剩余氨水經(jīng)氨水儲槽泵送脫酚及蒸氨裝置。初步澄清的煤焦油送至煤焦油分離槽除去煤焦油渣及進一步脫除水分，然后經(jīng)煤焦油中間槽泵入煤焦油儲槽。 直 冷空噴塔內(nèi)噴灑用的洗滌液在冷卻煤氣同時，還吸收硫化氫、氨及萘等，并逐漸為萘飽和。采用螺旋板換熱器來冷卻閉路循環(huán)的洗滌液，可以減輕由于萘的沉積而造成的堵塞。在采用氨水混合分離系統(tǒng)時，循環(huán)氨水中揮發(fā)的濃度相對增加，而循環(huán)氨水的溫度又高，因而氨的揮發(fā)損失將增大。為防止氨的揮發(fā)損失及減少污染，澄清槽和液體槽宜采用封閉系統(tǒng)，并設置排氣洗凈塔，以凈化由槽內(nèi)排除的氣體。 煤氣的直接冷卻是在直接冷卻塔內(nèi)，由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱而完成的。此法不僅冷卻了煤氣，且具有凈化煤氣的良好、設備結(jié)構(gòu)簡單、造價低及煤氣阻力小等優(yōu)點。間 冷、直冷結(jié)合的煤氣初冷工藝即是將二者優(yōu)點結(jié)合的方法，在國內(nèi)外大型焦化已得到采用。 第三章 設備的選擇 初冷器型式的選擇 初冷器是焦化廠煤氣冷卻的主要設備，主要有立管式間接初冷器和橫管式間接初冷器兩種。在此設計里我們選擇了橫管式間接初冷器，下面我們就其優(yōu)缺點 對此兩種初冷器進行詳細分析。 立管式間接初冷器 如圖 3所示，立管式間接初冷器的橫斷面呈長橢圓形，直立的鋼管束裝在上下兩塊管柵板之間，被五塊縱板分成六個管組，因而煤氣通路也分成六個流道。煤氣走管間，冷卻水走管內(nèi)，二者逆向流動。冷 卻水從冷卻器煤氣出口端底部進入，依次通過各組管束后排出器外。由圖可知，六個煤氣流道的橫斷面積是不一樣的，這是因為煤氣流過出冷氣時溫度逐步降低，并冷凝出液體，煤氣的體積流量逐漸減小。為使煤氣在各個流道中的流速大體保持穩(wěn)定，所以沿煤氣流向各流道的橫斷面積依次遞減；而冷卻水沿起流向各管束的橫斷面積則相應遞減。所用鋼管規(guī)格為φ 76mm 3mm。 立管式出冷器一般均為多臺并聯(lián)操作，煤氣流速為 34m/s，煤氣通過阻力約為 。 當接近飽和的煤氣進入出冷器后，即有水汽和煤焦油在管壁上冷凝下來，冷凝液在管壁上 形成很薄的液膜，在重力作用下沿管壁向下流動，并因不斷有新的冷凝液加入，液膜逐漸加厚，從而降低了傳熱系數(shù)。此外，隨著煤氣的冷卻，冷凝的萘將以固態(tài)薄片晶體析出。 在初冷器前幾個流道中，因冷凝焦油量多，溫度也較高，萘多溶于煤焦油中；在其后通路中，因冷凝煤焦油量少，溫度低，萘晶體將沉積在管壁上，使傳熱系數(shù)降低，煤氣流通阻力亦增大。在煤氣上升通路上。冷凝物還會因接觸熱煤氣而又部分蒸發(fā)，因而增加了煤氣中萘的含量。上述問題都是立管式初冷器的缺點。為克服這些缺點，可在初冷器后幾個煤氣流通內(nèi)，用含萘較低的混合煤焦油進行噴灑， 可解決萘的沉積堵塞問題，使之低于集合溫度下萘在煤氣中的飽和濃度。 橫管式間接初冷器 如圖 4 所示，橫管式初冷器具有直立長方形的外殼，冷卻水管與水平面成 3度角橫向配置。管板外側(cè)管箱與冷卻水管連通，構(gòu)成冷卻水通道，可分兩段和三段供水。兩段供水是供低溫水和循環(huán)水，三段供水則供低溫水，循環(huán)水和采暖水。煤氣自上而下通過初冷器。冷卻水由每段下部進入，低溫水供入最下段，以提高傳熱溫差，降低煤氣出口溫度：在冷卻器殼程每段上部，設置噴灑裝置，連續(xù)噴灑含煤焦油的氨水，以清洗管外部的煤焦油和萘，同時還可以從煤氣中吸收 一部分萘。 在橫管初冷器中，煤氣和冷凝液由上往下同時流動，較為合理。由于管壁上的萘可被冷凝液沖洗和溶解下來，同時與冷凝液上部噴灑氨水，自中部噴煤焦油，能更好的沖洗掉沉積的萘，從而更有效的提高了傳熱系數(shù)。此外，還可以防止冷凝液再度蒸發(fā)。 在煤氣初冷器內(nèi) 90%以上的冷卻能力用于水汽的冷凝，從結(jié)構(gòu)上看，橫管式初冷器更有利于蒸汽的冷凝。 橫管初冷器用φ 54mm 3mm 的鋼管，管徑細而管束小，因而水的流速可達。又由于冷卻水管在冷卻器斷面上水平密集布設，使與之成錯流的煤氣產(chǎn)生強烈湍動，從而提高了傳熱 系數(shù)，并能實現(xiàn)均勻的冷卻，煤氣可冷卻到出口溫度只比進口水溫高 2℃。橫管初冷器雖然具有以上優(yōu)點，但水管結(jié)垢較難清 掃，要求使用水質(zhì)好的或經(jīng)過處理含萘低的冷卻水。 橫管初冷器與豎管初冷器兩者相比，橫管初冷器有更多優(yōu)點，如對煤氣的冷卻，凈化效果好，節(jié)省鋼材，造價低，冷卻水用量少，生產(chǎn)穩(wěn)定，操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積省。因此，近年來，新建焦化廠廣泛采用橫管初冷器，以很少采用豎管初冷器了。見于以上兩種初冷器的對比我選用橫管式間接初冷器。 鼓風機 焦化廠焦爐煤氣鼓風機有離心式和容積式兩種。離心式用于大型焦爐；容 積式常用的是羅茨鼓風機，用于中型和小型焦爐。在此設計中，我選擇了離心式鼓風機。下面介紹的是此兩種鼓風機的構(gòu)造及優(yōu)缺點。 離心式鼓風機 離心式鼓風機又稱渦輪式或透平式鼓風機，由電動機或氣輪機驅(qū)動。其構(gòu)造如圖 5 所示 : 離心式鼓風機由導葉機，外殼和安裝在軸上的兩個工作葉輪組成。煤氣由吸入口進入高速旋轉(zhuǎn)的第一工作葉輪，再離心的作用下，增加了動能并被甩向葉輪外邊的環(huán)行空隙，于是在葉輪中心邊形成負壓，煤氣即被不斷吸入。由葉輪甩出的煤氣速度很高，當進入環(huán)形空隙后速度減小 ，其部分動能變成靜壓能，并沿導葉輪通道進入第二葉輪，產(chǎn)生與第一葉輪及環(huán)隙相同的作用，煤氣的進靜壓能再次得到提高，經(jīng)出口連接送入管路中。煤氣的壓力是在轉(zhuǎn)子的各個葉輪作用下，并經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換而得到提高的。顯然葉輪的轉(zhuǎn)速越高，煤氣的密度越大，作用于 煤氣的離心力就越大，則出口煤氣的壓力就越高。大型離心鼓風機轉(zhuǎn)速在5000r/min 以上，電動機驅(qū)動時，需設增速器以提高轉(zhuǎn)速。 離心式鼓風機按進口煤氣流量的大小有 150m^3/min, 300m^3/min, 750m^3/min, 900m^3/min,和 1200m^3/min 等各種規(guī)格，產(chǎn)生的總壓頭為~。 羅茨式鼓風機 羅茨式鼓風機是利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的容積變化來吸入和排出煤氣，用電動機驅(qū)動，其構(gòu)造見圖。羅茨式鼓風機有一鑄鐵外殼，殼內(nèi)裝有兩個“ 8”字形的用鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉(zhuǎn)子，并將汽缸分成兩個工作室。兩個轉(zhuǎn)子裝在兩個互相并行的軸上，在這兩個軸上又各裝有一個互相咬合，大小相同的齒輪，當電動機經(jīng)由皮帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)子時，主軸 上的齒輪又帶動了從動軸上的齒輪，所以兩個轉(zhuǎn)子做相對反向轉(zhuǎn)動，此時一個工作室吸入氣體，由轉(zhuǎn)子推入另一個工作室而將氣體壓出 。每個轉(zhuǎn)子與機殼內(nèi)壁及與另一個轉(zhuǎn)子表面均需緊密配合，其間隙一般為 。間隙過大即有一定數(shù)量的氣體由壓出側(cè)漏到吸入側(cè)，有時因漏泄量大而使機身發(fā)熱：羅茨式鼓風機因轉(zhuǎn)子的中心距及轉(zhuǎn)子長度的不同，其輸氣能力可以在很大范圍內(nèi)變動：在中國中小型焦化廠應用的羅茨式鼓風機有多種規(guī)格，其生產(chǎn)能力 28300m^3/min ，所生成的額定壓頭為 。 羅茨式鼓風機具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，體積小，且在轉(zhuǎn)速一定時，如壓頭稍有變化，其輸氣量可保持不變，即輸氣量隨著風壓變化幾乎保持不變?？梢垣@得較高的壓頭。這都是優(yōu)點。但在使用日久后，間隙因磨損而增大，其效率降低，次種鼓風機必須用循環(huán)管調(diào)節(jié)煤氣量，在壓出管路上需安裝安全筏，以保證安全運轉(zhuǎn)。此外，羅茨式鼓風機的噪聲較大。 電捕焦油器 焦油霧是在煤氣冷卻過程中形成的，它以內(nèi)充煤氣的焦油氣泡狀態(tài)或極細小 的焦油滴存在于煤氣中。焦油霧的清除對化產(chǎn)回收工段的設備及操作極為重要。清除焦油霧的方法很多，但從焦油霧滴的大小及所要求的凈化程度來看，采用電捕焦油器最為經(jīng)濟可靠，效率可達 98%以上。 電捕焦油器的工作原理 根據(jù)板狀電容的物理原理，如在兩 金屬板間維持很強的電場，使含有塵灰或霧滴的氣體通過其間，氣體分子發(fā)生電離，生成帶有正電荷或負電荷的離子，于是正離子向陰極移動，負離子想陽極移動。當電位差很高時具有很大速度（超過臨界速度）和動能的離子的電子與中性分子碰撞而產(chǎn)生新的離子（即發(fā)生電離），使兩極間大量氣體分子均發(fā)生電離作用。離子與霧滴的質(zhì)點相遇而附于其上，使質(zhì)點帶有電荷，即可被電極吸引而從氣體中除去，但金屬平板形成的是均勻電場，當電壓增大到超過絕緣電阻時，兩極之間便會產(chǎn)生火花放電，這不僅會導致電能損失，且能破壞凈化操作。為了避免火花放電或發(fā)生電弧， 應采用不均勻電場。 在不均勻電場中，當兩極間電位差增高時，電流強度并不發(fā)生急劇的變化。這是因在導線附近的電場強度很大，導線附近的離子能以較大的速度運動，使被碰撞的煤氣分子離子化而離導線中心較遠處，電場強度小，離子的速度和動能不能使相遇的分子離子化，順而絕緣電阻只在導線附近電場強度最大處發(fā)生擊穿，即形成局部電離放電現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為電暈現(xiàn)象。 由于在電暈區(qū)內(nèi)發(fā)生急劇的碰撞電離，形成大量正負離子。負離子的速度比正離子大，所以電暈極常取為負極，圓管或環(huán)形金屬則取為正極，因而速度大的負離子即向管壁或金屬板移動，正離 子則移向電暈極。在電暈區(qū)內(nèi)存在兩種離子，而電暈區(qū)外只有負離子，因而在電捕焦油器的大部分空間內(nèi)，煤焦油霧滴只能成為帶有包電荷的質(zhì)點而向管壁或板壁移動。由于圓管或金屬板是接地的，荷電煤焦油質(zhì)點到達管壁或板壁時，既放電而沉淀于板壁上，故正極也稱為沉淀極。 由于存在正離子的電暈區(qū)很小，且電暈區(qū)內(nèi)正離子和負離子有中和作用，所以電暈極上沉淀的焦油量很少絕大部分焦油霧均在沉淀極沉淀下來。煤氣離子經(jīng)在兩極放電后，重新轉(zhuǎn)變成煤氣分子，從電捕焦油器中逸出。 電捕焦油器的構(gòu)造 在大型焦化廠中均采用管式電捕焦油器，其構(gòu) 造如圖 7 所示其外殼為圓柱型，底部為凹型或錐型并帶有蒸汽夾套，沉淀管徑為 250mm，長 350mm，在每根沉淀管的中心懸掛著電暈極導線，由上部框架及下不框架拉緊；并保持偏心度 不大于 3mm。電暈極可采用強度高的 Φ 的碳素鋼或Φ 2mm 的鎳鉻鋼絲制作。煤氣自底部進入，通過兩塊氣體分布篩板均勻分布到各沉淀管中去。凈化后的煤氣從頂部煤氣出口逸出。從沉淀管捕集下來的煤焦油聚集于器底排出，因煤焦油黏度大，幫底部設有蒸汽夾 ，以利于排放。 電捕焦油器頂部設有三個絕緣箱，高壓 電源由此引入。為了防止煤氣中焦油、萘及水氣等在絕緣子上冷凝沉淀，一是將壓力略高于煤氣壓力的氮氣充入絕緣箱底部，使煤氣不能接觸絕緣子內(nèi)表面；二是在絕緣箱內(nèi)設有蛇管蒸汽加熱器或電加熱器，是箱內(nèi)空間溫度保持在 80110℃之間，并在絕緣箱頂部設調(diào)節(jié)溫度用的排氣閥，在絕緣箱底設有與大氣相通的氣孔。這樣既能防止結(jié)露，又能調(diào)節(jié)絕緣箱的溫度。除管式電捕焦油器外還有同心圓板式和蜂窩式電捕焦油器。同心圓板式適用于小型廠。蜂窩式電捕焦油器的沉淀極由許多正六邊型組成，沉淀極的極 間距略有不同。與管式沉淀極相比它的拉桿不占據(jù)沉淀極管 內(nèi)電暈極位置，整個蜂窩體內(nèi)沒有電場空穴，有效空間利用率高，凈化效率可達 %。 機械化氨水澄清槽結(jié)構(gòu)、特點 機械化焦油氨水澄清槽是一端為斜底，斷面為長方形的鋼板焊制容器，由槽內(nèi)縱向隔板分成平行的兩格，每格底部設有由傳動鏈帶動的刮板輸送機，兩臺刮板輸送機用一套由電動機和減速機組成的傳動裝置帶動。煤焦油，氨水，和煤焦油渣由入口管經(jīng)承受隔室進入澄清槽，使之均勻分布在煤焦油的上部。澄清后的氨水經(jīng)溢流槽流出，沉聚于下部的煤焦油經(jīng)液面調(diào)節(jié)器引出。沉積于槽底的煤焦油渣由移動速度為 ^3/min的刮板刮至前伸的頭部漏斗內(nèi)漏出。如圖 9 所示。 為阻擋浮在水面的煤焦油渣，在氨水溢流槽附近設有高度為 m的木擋板。為了防止懸浮在煤焦油中的煤焦油渣團進入煤焦油引出管內(nèi)，在氨水澄清槽內(nèi)設有煤焦油渣擋板及活動篩板。煤焦油，氨水的澄清時間一般為 半小時 。 機械化氨水澄清槽有效容積一般為 210m^3, 187m^3, 142m^3 三種。以187m^3 為例，列出主要技術(shù)特性如下： 長 /m 刮板輸送機速度 /（ m/h） 寬 /m 電動機功率 /kW 高 /m 氨水停留時間 /min 20 設備質(zhì)量 /t 第四章 工藝計算 熱量衡算和物料衡算 主要操作指標 煤氣溫度 ℃ 初冷器前 8086 初冷器后 2535 鼓風機后 4045 初冷器前冷卻水溫度 ℃ 循環(huán)水 2530 低溫水 1820 初冷器后冷卻水溫度 ℃ 循環(huán)水 45 低溫水 2530 煤氣壓力