【正文】 美國，居世界第二位。 2CO 是造成全球氣候變暖的主要污染物，所引起的危害可能有 :早澇災(zāi)害、淡水資源分布不均加劇、傳染病蔓延趨勢增長、海平面升高淹沒低地、冰川消失、稀有物種滅絕等。 盡管中國 2CO 的人均排放量不高， 但巨 大的總量和快速的排放增長已經(jīng)引起國際社會擔(dān)憂。預(yù)計在 2021年至 2025 年間，中國 2CO 的排放量將從占西歐國家總排放量的 8%上升到 167%，從美國排放量的 53 %上升到 82 %, 2030 年中國將成為 2CO 第一大排放國 ]8[ 。我國已于 2021 年 9 月加入了京都議定書，雖然目前 還沒有減排 2CO 的任務(wù)，但從長遠來看，中國作為一個負(fù)責(zé)任的大國，必然要在未來承擔(dān)一定的減排義務(wù)。事實上，中國已經(jīng)同加拿大、意大利和法國等發(fā)達國家就議定書框架下的“ 清潔發(fā)展機制 (CDM) ”展開了項目合作 . 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 總之，我國經(jīng)濟的快速增長必然要伴隨著能源消耗，特別是煤炭消耗的增加 .但是，我國以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)同時也帶來了日益嚴(yán)重的空氣、水和其它形式的污染。黨的“ 十六大”提出中國全面建設(shè)小康社會， 2020年國內(nèi)生產(chǎn)總值力爭在 2021年基礎(chǔ)上翻兩番 . 為了完成這一目標(biāo)， 我國必須建立可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟、 社會、資源、能源和環(huán)境體系，必須走一條符合實際的，科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路。 國家經(jīng)貿(mào)委、財政部、國家稅務(wù)總局 1996 年 8 月 9 日下發(fā)的《關(guān)于進一步開展資源綜合利用的意見》、國務(wù)院國發(fā) ((1996)36 號 《國務(wù)院批轉(zhuǎn)國家經(jīng)貿(mào)委等部門關(guān)于進一步開展資源綜合利用意見的通知》、國家經(jīng)貿(mào)委資源節(jié)約綜合利用司 1996 年 12月《關(guān)于 “ 關(guān)于進一步開展資源綜合利用的意見 ” 若干主要問題的說明》、 國務(wù)院 1996年8 月 3 日《國務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護若干問題的決定》等文件中均明確指出，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣、廢水 (液 )、廢氣、余熱、余壓等進行回收和合理利用，支持資源綜合利用電廠生產(chǎn)電力。單機容量 ～12MW 范圍內(nèi)的發(fā)電機組符合并網(wǎng)條件，電力部門都應(yīng)允許并網(wǎng)，簽訂并網(wǎng)協(xié)議，免交上網(wǎng)配套費，并在核定的上網(wǎng)電量內(nèi)優(yōu)先購買，不參加電網(wǎng)調(diào)峰。國家經(jīng)貿(mào)委 1999年 4 月 26日下發(fā)的《關(guān)于關(guān)停小火電機組有關(guān)問題的意見》中也明確指出，對于綜合利用的小火電機組，不在關(guān)停范圍內(nèi)。國家有關(guān)部門和電網(wǎng)企業(yè)要按照國家對綜合利用的有關(guān) 政策繼續(xù)給予支持。 從前面的分析可以看出，我國每年待利用的焦?fàn)t煤氣數(shù)量巨大。為實現(xiàn)資源的綜合利用，本文以此為研究課題，著重研究了利用焦?fàn)t煤氣發(fā)電的可行性以及對其尾氣中余熱利用的問題，以期最大限度地提高焦?fàn)t煤氣資源的利用數(shù)量和效率。本課題的主要研究內(nèi)容有 : 1 煉焦的基本生產(chǎn)工藝 首先了解焦?fàn)t煤氣的特點，包括焦?fàn)t煤氣的成分，以及焦?fàn)t煤氣的一些物理特性。然后了解焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)的工藝流程和各個流程基本的工作。最后了解焦?fàn)t煤氣凈化過程，包括焦?fàn)t煤氣的冷卻，除焦油，除硫等元素的過程和方法。 2 焦?fàn)t煤氣發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與選型 首先介紹是公司概況以及企業(yè)所需要達到的要求，然后發(fā)電系統(tǒng) 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 的設(shè)計與選型包括發(fā)電機組的比較選擇，發(fā)電機組的各個參數(shù)的對比選擇，以及后面發(fā)電機組數(shù)量的確定以及設(shè)備備用等情況的選擇。 3 焦?fàn)t煤氣發(fā)電系統(tǒng)高溫尾氣的綜合利用 高溫尾氣的余熱利用為本論文主要研究的內(nèi)容，其主要為余熱鍋爐的設(shè)計，包括設(shè)計鍋爐的形式以及采用的換熱形式，鍋爐的具體設(shè)計又包括鍋爐換熱面積的設(shè)計，外殼的設(shè)計以及內(nèi)部換熱管的設(shè)計以及換熱系數(shù)等等參數(shù)的計算。 4 焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)的節(jié)能及經(jīng)濟評價 通常決定一種技術(shù)能否在實踐中得到 快速應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一是其經(jīng)濟性，如成本、投資回收期等。本文選取焦?fàn)t煤氣發(fā)電系統(tǒng)的投資、總成本費用和流動資金等進行了計算，評價了基準(zhǔn)項目的技術(shù)經(jīng)濟性。研究了系統(tǒng)產(chǎn)品成本的分?jǐn)偡椒?，進行了燃料 ( 原料 )價格、產(chǎn)品價格和產(chǎn)品產(chǎn)量的敏感性分析，評價了規(guī)模擴大對項目經(jīng)濟性的影響，針對不同規(guī)模的焦化廠，選出了最佳投資項目。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 焦?fàn)t煤氣的基本工藝和凈化 焦?fàn)t煤氣的特點 焦?fàn)t煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦?fàn)t中經(jīng)高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時所得到的可燃?xì)怏w，是煉焦產(chǎn)品的副產(chǎn)品。主要 作燃料和化工原料。 焦?fàn)t煤氣的特點： 焦?fàn)t煤氣發(fā)熱值高 16720— 18810 3/NmKJ ，可燃成分較高（約90%左右）； 焦?fàn)t煤氣是無色有臭味的氣體； 焦?fàn)t煤氣因含有 CO和少量的 SH2 而有毒； 焦?fàn)t煤氣含氫多，燃燒速度快，火焰較短； 焦?fàn)t煤氣如果凈化不好，將含有較多的焦油和萘，就會堵塞管道和管件，給調(diào)火工作帶來困難； 著火溫度為 600~650 ℃ 。 焦?fàn)t煤氣含有 2H （ 55~0%）， 4CH （ 23~27%）， CO（ 5~8%）， 2CO（ ~%）， 2 N （ 3~7%）， 2 O （ %）， nm HC (2~4%)，密度為 ~ 3/Nmkg 。 焦?fàn)t煤氣的工藝流程 煉焦生產(chǎn)工藝流程 : 現(xiàn)代焦炭生產(chǎn)過程分為洗煤、配煤、煉焦和產(chǎn)品處理等工序。工藝流程圖如下圖 21： 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 21 煉焦工藝流程圖 1）洗煤 原煤在煉焦之前，先進行洗選，目的是降低煤中所含的灰分和去除其他雜質(zhì)。 2）配煤 將各種結(jié)焦性能不同的煤按一定比例配合煉焦，目的是在保證焦炭質(zhì)量的前提下，擴大煉焦用煤的使用范圍，合理地利用國家資源，并盡可能地多得到一些化工產(chǎn)品。 3）煉焦 將配合好的煤裝入煉焦?fàn)t的炭化室，在隔絕空氣的條件下通過兩側(cè)燃燒室加熱干餾，經(jīng)過一定時間，最后形成焦炭。炭化室內(nèi)成焦過程如圖 22 所示： 圖 22 結(jié)焦過程示意圖 4）煉焦的產(chǎn)品處理 原煤場 配 煤 洗 煤 貯煤場 篩 分 熄 焦 炭化室 焦?fàn)t煤氣 飽和器 初冷器 焦 炭 粉 碎 貯煤塔 干 燥 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 將爐內(nèi)推出的紅熱焦炭送去熄焦塔熄火，然后進行破碎、篩分、分級、獲得不同粒度的焦炭產(chǎn)品，分別送往高爐及燒結(jié)等用戶。 熄焦方法有干法和濕法兩種。濕法熄焦是把紅熱焦炭運至熄焦塔，用高壓水噴淋 60～ 90s；干法熄焦是將紅熱的焦炭放入熄焦室內(nèi)，用惰性氣體循環(huán)回收焦炭的物理熱，時間為 2～ 4h。 在煉焦過程中還會產(chǎn)生煉焦煤氣及多 種化學(xué)產(chǎn)品。焦?fàn)t煤氣是燒結(jié)、煉焦、煉鐵、煉鋼和軋鋼生產(chǎn)的主要燃料。 煤氣初冷的目的：一是冷卻煤氣，二是使焦油和氨水分離，并脫除焦油渣。 在煉焦過程中，荒煤氣從焦?fàn)t炭化室經(jīng)上升管溢出的溫度為650750176。 C，首先需要經(jīng)過初步冷卻，將煤氣溫度降至 2235176。 C，荒煤氣中所含的大部分水汽、焦油氣、萘及固體微粒被分離出來，部分硫化氫和氰化氫等腐蝕物質(zhì)也溶于冷凝液中，從而減少凈化設(shè)備及管道的堵塞和腐蝕；煤氣經(jīng)冷卻后，體積變小，從而使減少將煤氣送往后 續(xù)凈化工序的動力消耗；較低的煤氣溫度，也是保證煤氣凈化效果及煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收率和質(zhì)量的先決條件。 煤氣的初步冷卻分兩部進行：第一步是在集氣管及橋管中用大量的循環(huán)氨水噴灑，使煤氣的溫度冷卻達到 8286176。 C；第二步在根據(jù)后續(xù)煤氣凈化工藝的要求在煤氣初冷器中冷卻到 2235176。 C。 煤氣在橋管和集氣管內(nèi)的冷卻，是用表壓為 的循環(huán)氨水通過噴頭強烈噴灑進行的，當(dāng)細(xì)霧狀氨水與煤氣充分接觸時，由于煤氣溫度很高而濕度又很低，故氨水吸收煤氣顯熱并大量蒸發(fā)，兩者間快速進行著熱和質(zhì)的傳遞。傳熱過程取決于煤氣和 氨水的溫度差，煤氣將熱量傳給氨水得以冷卻，所傳遞的熱量為顯熱，約占煤氣冷卻放出熱量的 10%15%。傳質(zhì)過程的推動力是循環(huán)氨水液面上的水汽分壓和煤氣中水汽分壓之差，氨水部分蒸發(fā)，煤氣溫度急劇降低，以供給氨水蒸發(fā)所需的潛熱，此部分熱量約占煤氣冷卻所放出總熱量的75%80%。另有約占所放出總熱量的 10%的熱量有集氣管表面散失。 通過上述過程煤氣溫度由 650750176。 C 降至 8286176。 C，同時有 60%左右的焦油氣冷凝下來。由于煤氣的冷卻主要靠氨水的蒸發(fā)，所以，氨水噴灑的霧化程度好，循環(huán)氨水的溫度較高，氨水蒸發(fā)量 大，煤氣 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 冷卻效果就越好；反之亦然。 煤氣有集氣管沿吸煤氣主管流向煤氣初冷器。吸煤氣主管除將煤氣由焦?fàn)t引向后續(xù)凈化工藝裝置外，還起著空氣冷卻劑的作用，但煤氣溫度降低程度取決于煤氣管的長短和環(huán)境溫度，一般可降低 13176。 C。 煤氣進入初冷器的溫度仍然很高，且含有大量的水汽和焦油氣，需在冷卻器中冷卻到 2235176。 C，并將大部分焦油氣和水汽冷凝下來。 目前國內(nèi)廣泛采用的煤氣初步冷卻的方式有：間接冷卻、直接冷卻和間接 直接冷卻三種。上述三種方式各有優(yōu)缺點，需要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、工藝要求以及其他條件選擇采用。 中焦油霧的清除 初冷器后煤氣中焦油霧的含量一般為 3/mg （立管式初冷器后）或 3/mg （橫管式初冷器后或直接冷卻塔后）。煤氣凈化工藝要求煤氣中焦油霧含量低于 3/mg ，否則對煤氣凈化操作有嚴(yán)重影響。焦油霧是煤氣冷卻過程中形成的，它以內(nèi)充滿煤氣 焦油氣泡狀態(tài)或極細(xì)小的焦油滴存在煤氣中。清除焦油霧的方法很多，但從焦油霧的大小所要求的凈化程度來看，采用電捕焦油氣最為經(jīng)濟可靠，效率可達 98%以上 ]9[ 。 焦?fàn)t煤氣中所含的硫化氫、氰化氫以及氨是有害的物質(zhì)，他們腐蝕化學(xué)產(chǎn)品回收設(shè)備及煤氣儲存輸送設(shè)施，還會污染廠區(qū)環(huán)境。硫化氫燃燒生成的二氧化硫、氰化氫及氨燃燒產(chǎn)生的的氮氧化物均有毒，會嚴(yán)重影響環(huán)境。所以，焦?fàn)t煤氣中的硫化氫、氰化氫和氨應(yīng)予清除。 硫化氫（ SH2 ）在常溫下是一種帶刺鼻氣味的無色氣體，燃燒時能生成有毒的二氧化硫 ,在空氣中含有 %就能使人致命。焦?fàn)t煤氣中的硫化物按其化合物狀態(tài)可分為兩類：一類是硫的無機化合物，主要是 SH2 ；另一類是硫的有機化合物。煤氣中 SH2 所含的硫約占硫總量的90%以上。焦?fàn)t煤氣脫硫不但可以提高煤氣 質(zhì)量，同時還可以生產(chǎn)硫磺或者硫酸，有效的保護環(huán)境，變害為利，綜合利用。 煤氣的干法脫硫早在 19世紀(jì)就已經(jīng)得到應(yīng)用。干法脫硫具有工藝簡單、成熟可靠、可以較完全的除去煤氣中的 SH2 和大部分氰化氫等優(yōu)點，所以至今一直得到采用，焦?fàn)t煤氣的干法脫硫較多采用的是氫氧化鐵法。 氫氧化鐵法脫硫是將焦?fàn)t煤氣通過含有氫氧化鐵的脫硫劑，使 SH2與 3)(OHFe 反應(yīng)生成 32SFe 或 FeS 。當(dāng)硫在脫硫劑中富集到一定程度后，使 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 脫硫劑與空氣接觸，在有水分存在時，空氣中的氧將貼的硫化物有轉(zhuǎn)化為氫氧化物并生成單體硫，脫硫劑即得到再生并可繼續(xù)使用。當(dāng)煤氣中含有氧時，則脫硫和脫硫劑的再生可同時進行。 經(jīng)過反復(fù)的吸收和再生后，硫磺就在脫硫劑中聚集，并逐步包住活性 3)(OHFe 的顆粒，使其的脫硫能力逐漸降低。所以當(dāng)脫硫劑上含有30%~40%（質(zhì)量）的硫磺時，需要更換新的脫硫劑。 脫硫劑應(yīng)含有占風(fēng)干物料 50%以上的氧化鐵，氧化鐵中活性氫氧化鐵含量應(yīng)在 70%以上。在裝入脫硫箱時，不應(yīng)含有腐殖酸或腐殖酸鹽，其 PH應(yīng)大于 7。如腐殖酸類類的含量大于 1%，將會引起脫硫劑的的氧化，從而降低其硫容量和反應(yīng)速度，進而可能由于硫磺菌的作用，而使硫從已形成的硫化物中的 SH2 形態(tài)分解出來。此外為使脫硫劑在使用中不因硫的集聚而過于增大體積和變得密實，脫硫劑在自然狀態(tài)下應(yīng)該是疏松的，濕料堆密度不宜大于 。 按上述要求，脫硫劑可用磨碎的沼鐵礦或鐵屑和鋸木屑按照體積1： 1 的比列混合制成