【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用水冷卻煤氣的工藝流程又可分為間接、直接和間直混合冷卻等三種，現(xiàn)分述如下： 間接冷卻煤氣間接工藝流程如圖1：圖1 煤氣間接初冷工藝流程1—?dú)庖悍蛛x器；2—煤氣初冷器；3—煤氣鼓風(fēng)機(jī)；4—電捕焦油器；5—冷凝液槽；6—冷凝液液下泵；7—鼓風(fēng)機(jī)水封槽；8—電捕焦油器水封槽；9—機(jī)械化氨水澄清槽；10—氨水中間槽；11—事故氨水槽；12—循環(huán)氨水泵；13—焦油泵；14—焦油貯槽；15—焦油中間槽；16—初冷冷凝液中間槽；17—冷凝液泵；焦?fàn)t煤氣與噴灑氨水、冷凝焦油等沿吸煤氣主管首先進(jìn)入氣液分離器，煤氣與焦油、氨水、焦油渣等在次分離。分離下來(lái)的焦油、氨水和焦油渣一起進(jìn)入焦油氨水澄清槽，經(jīng)過(guò)澄清分成三層：上層為氨；中層為焦油；下層為焦油渣。沉淀下來(lái)的焦油渣由刮板輸送機(jī)連續(xù)刮送到漏斗處排出槽外。焦油則通過(guò)液面調(diào)節(jié)器流至焦油中間槽，由此泵往焦油貯槽，經(jīng)初步脫水后泵往焦油車間。 經(jīng)氣液分離后的煤氣進(jìn)入數(shù)臺(tái)并聯(lián)立管式間接冷卻器內(nèi)用水間接冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內(nèi)。從各臺(tái)初冷器出來(lái)的煤氣溫度是有差別的，匯集在一起后的煤氣溫度 稱為集合溫度，這個(gè)溫度因生產(chǎn)工藝的不同而有不同的要求，在生產(chǎn)硫銨系統(tǒng)中，要求集合溫度低于35℃；在生產(chǎn)氨水系統(tǒng)中，則要求集合溫度低于25℃.隨著煤氣的冷卻，煤氣中絕大部分焦油氣、大部分水汽和奈在初冷器中被冷凝下來(lái)，奈溶解于焦油中。煤氣中一定數(shù)量的氨、二氧化碳、硫化氫、氰化氫和其他組分溶解于冷凝水中，形成了冷凝氨水。焦油和冷凝氨水的混合液稱為冷凝液。如上圖所示，冷凝液自流入冷凝液槽，再用泵送入機(jī)械化氨水澄清槽，與循環(huán)氨水混合澄清分離。分離后所得剩余氨水送去脫酚和蒸氨。當(dāng)冷卻煤氣用的冷卻水為直流水時(shí)，冷卻器后的熱水直接排放。如為循環(huán)水時(shí)，則將熱水送到?jīng)鏊芾鋮s至25℃.左右，再送回初冷器循環(huán)使用。上述煤氣間接初冷流程適用于生產(chǎn)硫銨工藝系統(tǒng)。當(dāng)生產(chǎn)濃氨水時(shí)，為使初冷后煤氣集合溫度達(dá)到20℃.左右，宜采用兩端初步冷卻。兩段初冷可采用如圖2所示具有兩段初冷功能的初冷器，其中前四個(gè)煤氣通道為第一段，后兩個(gè)煤氣通道為第二段。在第一段用循環(huán)冷卻水將煤氣冷卻到約45℃，第二段用低溫水將煤氣冷卻到25℃以下。 圖2 直接冷卻 煤氣在直接冷卻器中的初步冷卻，是由煤氣和冷卻水直接接觸混合，將熱量傳給冷卻水而完成的。我國(guó)的一些小型焦化廠多采用直接式初冷流程[14]。如圖3從吸氣管來(lái)的80~85℃的焦?fàn)t煤氣經(jīng)氣液分離器后，進(jìn)入直接式木格填料初冷塔、用氨水噴灑冷卻到28℃，然后用鼓風(fēng)機(jī)送到后續(xù)工段。從氣液分離器分離出來(lái)的循環(huán)氨水和焦油進(jìn)入焦油氨水澄清槽，從澄清槽出來(lái)的循環(huán)氨水，用泵送回集氣管噴灑冷卻煤氣。澄清槽底部的焦油用泵送入焦油槽進(jìn)一步處理。初冷塔底部流出的氨水和冷凝液進(jìn)入氨水池，在此與洗氨塔來(lái)的部分氨水混合并進(jìn)入分離，分離出的焦油與氨水澄清槽分離的焦油混合，送往焦油車間加工處理。而氨水則用泵送入噴淋式冷卻器，經(jīng)冷卻后送至初冷塔循環(huán)使用，多余的氨水則送去蒸氨。 圖3 煤氣直接初冷工藝流程1—?dú)庖悍蛛x器；2—焦油盒；4—直接式煤氣初冷塔；5—羅茨鼓風(fēng)機(jī)；6—捕焦油器；7—水封槽； 8—焦油泵；9—焦油循環(huán)氨水泵；10—焦油循環(huán)氨水澄清槽；11—焦油槽；12—焦油池；13—焦油泵；14—初冷循環(huán)氨水澄清池；15—初冷循環(huán)氨水冷卻器；16——初冷循環(huán)氨水泵；17—剩余氨水泵；煤氣直接冷卻，不但冷卻了煤氣，而且具有凈化煤氣的良好效果。在實(shí)際生產(chǎn)中，直接初冷塔可洗去進(jìn)塔煤氣中90%以上的焦油，80%左右的氨，60%以上的奈，以及約50%的硫化氫、氰化氫。這對(duì)后面洗氨、洗苯過(guò)程及減少設(shè)備腐蝕，都是有益的。它與煤氣間接初冷工藝相比，直接初冷工藝有冷卻效率高、煤氣壓力損失小、不易堵塞以及基建投資和鋼材用量少等優(yōu)點(diǎn)。但其工藝流程較復(fù)雜、動(dòng)力消耗較大、循環(huán)氨水冷卻器易堵塞等缺點(diǎn)。所以，大型焦化廠已很少單獨(dú)采用煤氣直接初冷流程。用于煤氣初冷的直接式冷卻塔有木格填料塔、金屬隔板塔和空噴塔、在大型焦化廠得到廣泛應(yīng)用。直接冷卻器以有無(wú)填充物而分為兩種，大多采用多段空噴塔，噴淋氨水自上而下與煤氣逆流接觸，從塔底排出的噴淋氨水經(jīng)換熱器和冷卻后循環(huán)使用，在直接式冷卻器中，煤氣在冷卻的同時(shí)還有部分腐蝕性介質(zhì)和焦油霧被噴淋氨水帶走，為不使這些腐蝕性介質(zhì)在循環(huán)液中積累，一般采用補(bǔ)充循環(huán)氨水的方法進(jìn)行排污，排污水送往焦油氨水澄清槽補(bǔ)充水量控制在噴淋氨水循環(huán)量的5%~10%。但由于直接式冷卻器的噴淋氨水在循環(huán)過(guò)程中需用冷卻水冷卻，當(dāng)用相同溫度的冷卻水時(shí)，直接式冷卻器后的煤氣溫度就高于間接初冷器。如圖3所示，空噴塔為鋼板焊制的中空直立塔，在塔的頂段和中段各安設(shè)六個(gè)噴嘴來(lái)噴灑25~28℃的循環(huán)氨水，所形成的細(xì)小液滴在重力作用下 于塔內(nèi)降落，與上升煤氣密切 環(huán)氨水入口溫度，且有洗除部分焦油、奈氨和硫化氫的效果。. 由于噴灑液中混有焦油所以可以將煤氣中奈含量脫除到低于煤氣出口溫度下的飽和奈的濃度?？諊娝睦鋮s效果，主要取決于噴灑溶劑的粘度及在 全塔截面上的均勻性，為此沿塔周圍安設(shè)68個(gè)噴嘴。為防止噴嘴堵塞，需定時(shí)通入蒸汽清掃。 圖4空噴初冷塔 1—塔體；2—煤氣入口；3—煤氣出口；4—循環(huán) 液出口；5—焦油氨水出口；6—蒸汽入口；7—蒸汽清掃口；8—?dú)饬鞣植紪虐澹?—集液環(huán)；10—噴嘴；11—放散口；12—放空口；13—入孔； 間直冷卻 圖5 間冷直冷相結(jié)合的煤氣初冷工藝流程1—?dú)庖悍蛛x器；2—橫管式間接冷卻器；3—直冷空噴塔；4—液封槽；5—螺旋換熱器；6—機(jī)械化氨水澄清槽；7——氨水槽；8—氨水貯槽；9—焦油分離器；10焦油中間槽；11—焦油貯槽間直冷卻工藝是間接冷卻與直接冷卻相結(jié)合的方式即用間接冷卻器將煤氣溫度從80~90℃冷卻到50~55℃后，再用直接冷卻器進(jìn)一步冷卻。在間冷階段，由于溫差大、冷凝液量多和奈量相對(duì)較少，傳熱系數(shù)高，可大幅度減少所需的傳熱面積。而在直冷階段，可充分發(fā)揮凈化煤氣的效果，降低煤氣中的含奈量和腐蝕性介質(zhì)。但也存在工藝復(fù)雜、設(shè)備多、能耗高和占地面積大等缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)僅寶鋼采用。本設(shè)計(jì)綜合考慮上述三種流程的優(yōu)缺點(diǎn)后，決定采用間接冷卻流程 各種鼓風(fēng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)及本設(shè)計(jì)的選型煤氣由炭化室出來(lái)經(jīng)集氣管、吸氣管、冷卻及回收設(shè)備和管道阻力及保持足夠的煤氣剩余壓力，需設(shè)置煤氣鼓風(fēng)機(jī)。同時(shí)，在確定化產(chǎn)回收工藝流程及所用設(shè)備時(shí)，除考慮工藝要求外，還應(yīng)該使整個(gè)系統(tǒng)煤氣輸送阻力盡可能小，以減少鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗[15]。目前我國(guó)焦化廠所采用的煤氣鼓風(fēng)機(jī)主要有離心式和羅茨式兩種。當(dāng)焦化廠蒸汽量充足時(shí)，也可選用蒸汽透平帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)。吸入方為負(fù)壓，壓出方為正壓，鼓風(fēng)機(jī)的機(jī)后壓力與機(jī)前壓力差為鼓風(fēng)機(jī)的總壓頭。鼓風(fēng)機(jī)一般設(shè)置在初冷器后面。這樣，鼓風(fēng)機(jī)吸入的煤氣體積小，負(fù)壓下操作的設(shè)備及煤氣管道少。有的焦化廠將油洗奈塔及電捕焦油器設(shè)在鼓風(fēng)機(jī)前，可防止鼓風(fēng)機(jī)堵塞。煤氣管道應(yīng)有一定的傾斜度，以保證冷凝液按預(yù)定方向自流。吸氣主管順煤氣流向傾斜度為1%；%；%,%~%。由于奈能夠沉積于管道中，所以在可能存積奈的部位，均設(shè)有清掃蒸汽口。此外，還設(shè)有冷凝液導(dǎo)出口，以便將管內(nèi)冷凝液放入水封槽。在全部回收設(shè)備之后的回爐煤氣管道上，設(shè)有煤氣自動(dòng)放散裝置，當(dāng)煤氣壓力超過(guò)允許值時(shí)將煤氣自動(dòng)放散，否則鼓風(fēng)機(jī)的操作調(diào)節(jié)將發(fā)生困難，不能保持焦?fàn)t集氣管煤氣壓力的規(guī)定值。 離心式鼓風(fēng)機(jī)的構(gòu)造 如圖7所示離心式鼓風(fēng)機(jī)由導(dǎo)葉輪，外殼和安裝在軸上的兩個(gè)工作葉輪組成。煤氣由吸入口進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的第一工作葉輪，在離心力的作用下，增加了靜壓能并被甩向葉輪外面的環(huán)形空隙，于是在葉輪中心處形成負(fù)壓，煤氣及不斷吸入。由葉輪甩出的煤氣速度很高，當(dāng)進(jìn)入環(huán)形空隙速度減小，其部分動(dòng)能變成靜壓能，冰眼倒也論壇哦并沿導(dǎo)葉輪通道進(jìn)入第二葉輪，產(chǎn)生與第一葉輪相同的作用，煤氣的靜壓能再次得到提高，經(jīng)環(huán)形空隙及出口連接管被送入壓出管路中。煤氣的壓力是在各個(gè)葉輪作用下，并經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)換而得到提高。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即越大，則出口煤氣的壓力也就越高。離心式鼓風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于大中型焦化廠，按進(jìn)口煤氣的流量大小有150、300、750和1200米3/分等各種規(guī)格，~[16]。圖6離心式鼓風(fēng)機(jī)示意圖當(dāng)冷凝工段處理量較小時(shí)，一般可選用羅茨鼓風(fēng)機(jī)。此種鼓風(fēng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)功率即轉(zhuǎn)速一定時(shí)，其輸入量與風(fēng)機(jī)升壓無(wú)關(guān)。如下圖所示，羅茨鼓風(fēng)機(jī)有一鑄鐵外殼，其殼內(nèi)裝有兩個(gè)8字型的鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉(zhuǎn)子，并將汽缸分成兩個(gè)工作室。由于轉(zhuǎn)子的中心距即轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度的不同，輸氣其能力可以在很大范圍內(nèi)波動(dòng)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、體積小，轉(zhuǎn)速一定時(shí)，如壓頭稍微變化其輸氣量仍保持不變。但是，使用時(shí)間久后，間隙因磨損增大，效率降低。因此為保證安全運(yùn)轉(zhuǎn)，此種鼓風(fēng)機(jī)必需用循環(huán)管調(diào)節(jié)煤氣量，在壓出管路上需安裝安全閥 圖7羅茨鼓風(fēng)機(jī)示意圖 第三章 煤氣的鼓風(fēng)冷凝工段的工藝計(jì)算 集氣管的工藝計(jì)算年產(chǎn)120萬(wàn)噸焦炭鼓冷計(jì)算的原始數(shù)據(jù)：一般配煤成焦率按75%計(jì)算則干煤量為： 120247。75%=160萬(wàn)噸/年=一年按365個(gè)工作日計(jì)算，工藝為連續(xù)性生產(chǎn)。因配煤水分應(yīng)小于10%，一般規(guī)定當(dāng)7~8%時(shí)，則干煤堆密度最小，本設(shè)計(jì)中煤料水分取8%。 原始數(shù)據(jù)焦?fàn)t每小時(shí)裝入干煤量，噸 裝入煤料水分，% 8焦?fàn)t煤氣中的主要化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率如下表表5 主要煉焦化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率（按裝入干煤計(jì)）； %（質(zhì)量）項(xiàng)目名稱質(zhì)量占干煤量，%（質(zhì)量）1234567焦炭焦油氨硫化氫粗苯化合水（熱解水）干煤氣合計(jì)100表6 干煤氣組成（粗苯、硫化氫、氨除外）項(xiàng)目煉焦煤氣組成的名稱體積百分組成1234567H2CH4CON2CO2dabnO2合計(jì)100 物料平衡集氣管物料衡算：每小時(shí)裝入濕煤量：=裝入沒(méi)料帶入水分：－=1. 進(jìn)入集氣管的氣態(tài)煉焦產(chǎn)品數(shù)量如下：（kg/h）按質(zhì)量計(jì)算時(shí)， kg/h干煤氣：Mr=103%=水蒸汽：MB=103%+103=焦油汽：MCM=103%=粗苯汽：Mσ= 103%=硫化氫：Mc=103%=氨： Mα=103%=合計(jì)： 按體積計(jì)算時(shí)， m3/h干煤氣：Vr===…………..(1)式中：—按煤氣組成求出的干煤氣的密度 kg/m3 =(2＋16＋28＋28＋44＋28＋ 78＋32)247。= kg/m3 式中：2，16，28—分別為H2，CH4，CO的分子量 CmHn按80%的C2H4和20%的C6H6計(jì)算水蒸汽：VB= = m3/h 其中：18—水的分子量焦油汽：VCM== 其中：170—焦油的平均分子量粗苯汽：Vσ== m3/h 其中：83—粗苯的平均分子量硫化氫：Vc== m3/h 其中：34—硫化氫的分子量氨 ：Vα== m3/h 其中：17—氨的分子量合計(jì)： m3/h2. 集氣管排出的氣態(tài)煉焦產(chǎn)品數(shù)量計(jì)算如下：設(shè)：煤氣中的焦油在集氣管內(nèi)冷凝60%，則冷凝的焦油量為： gcm==而出集氣管的煤氣中所含的焦油量為： －=2739kg/h折合成體積為： == m3/h用M kg/h表示集氣管內(nèi)蒸發(fā)的水量。折合成水汽體積為： M kg/h= m3/h所以：從集氣管排出的氣態(tài)產(chǎn)品數(shù)量如下表所示：M值可從集氣管的熱平衡計(jì)算中求得表7 從集氣管排出的氣態(tài)產(chǎn)品數(shù)量名稱 氣態(tài)產(chǎn)品量千克/時(shí) 米3/時(shí)干煤氣水蒸汽焦油汽粗苯汽硫化氫氨+M2739+合計(jì)+M+ 熱平衡輸入熱量：1. 焦?fàn)t煤氣帶入集氣管的熱量（1）干煤氣帶入的熱量 Q1=MrCrt1...............(2)式中：t1—煤氣溫度，取t1=650℃ Cr—在0~650℃范圍內(nèi)干煤氣的平均比熱， 干煤氣的平均比熱可根據(jù)其組成的平均比熱求得:Cr=(++++++)=按質(zhì)量計(jì)的比熱：Cr==故：Q1=MrCrt1=650=（2）水蒸汽帶入的熱量： Q2=MB(+CBt1)…………..(3)式中：CB—0~650℃范圍內(nèi)水蒸汽的平均比熱， —0時(shí)水蒸汽的焓， 故：Q2=(+650)= （3）焦油汽帶入的熱量 …………..(4)式中：—在0時(shí)焦油汽的焓， CCM—按下式求出的焦油汽比熱， 故：（4）粗苯汽帶入的熱量： …………..(5)式中：