【文章內(nèi)容簡介】 要求。，設(shè)備用率為100%；兩臺運行時，備用率為50%。，其他臺數(shù)仍能滿足煤氣流速在上限操作范圍。、氨水分離設(shè)備的總?cè)莘e，在設(shè)備清掃或維修時，應(yīng)能滿足生產(chǎn)的要求。12. 循環(huán)氨水泵的備用率為50%~100%。 三中煤氣冷凝方法的優(yōu)缺點及本設(shè)計的選型冷卻沒啟用的主要設(shè)備是煤氣初冷器，一般有水冷卻器和空氣冷卻器兩類。因空氣冷卻器的冷卻效率低和傳熱系數(shù)小，目前已不在采用?，F(xiàn)在大多數(shù)焦化廠都采用水冷卻的煤氣冷卻器[9]。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圖如下：圖1 煤氣間接初冷工藝流程1—氣液分離器；2—煤氣初冷器；3—煤氣鼓風(fēng)機；4—電捕焦油器；5—冷凝液槽；6—冷凝液液下泵；7—鼓風(fēng)機水封槽；8—電捕焦油器水封槽；9—機械化氨水澄清槽；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；焦爐煤氣與噴灑氨水、冷凝焦油等沿吸煤氣主管首先進入氣液分離器，煤氣與焦油、氨水、焦油渣等在次分離。分離下來的焦油、氨水和焦油渣一起進入焦油氨水澄清槽，經(jīng)過澄清分成三層：上層為氨；中層為焦油；下層為焦油渣。沉淀下來的焦油渣由刮板輸送機連續(xù)刮送到漏斗處排出槽外。焦油則通過液面調(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入數(shù)臺并聯(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)。從各臺初冷器出來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，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。當冷卻煤氣用的冷卻水為直流水時，冷卻器后的熱水直接排放。如為循環(huán)水時，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)。當生產(chǎn)濃氨水時，為使初冷后煤氣集合溫度達到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，其中前四個煤氣通道為第一段，后兩個煤氣通道為第二段。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。我國的一些小型焦化廠多采用直接式初冷流程[9]。如圖3從吸氣管來的80~85℃的焦爐煤氣經(jīng)氣液分離器后，進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)機送到后續(xù)工段。從氣液分離器分離出來的循環(huán)氨水和焦油進入焦油氨水澄清槽，從澄清槽出來的循環(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一步處理。初冷塔底部流出的氨水和冷凝液進入氨水池，在此與洗氨塔來的部分氨水混合并進入分離，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— 氣液分離器；2—焦油盒；4—直接式煤氣初冷塔；5—羅茨鼓風(fēng)機；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。在實際生產(chǎn)中，直接初冷塔可洗去進塔煤氣中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。這對后面洗氨、洗苯過程及減少設(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。但其工藝流程較復(fù)雜、動力消耗較大、循環(huán)氨水冷卻器易堵塞等缺點。所以，大型焦化廠已很少單獨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，一般采用補充循環(huán)氨水的方法進行排污，排污水送往焦油氨水澄清槽補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)過程中需用冷卻水冷卻，當用相同溫度的冷卻水時，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)六個噴嘴來噴灑25~28℃的循環(huán)氨水，所形成的細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個噴嘴。為防止噴嘴堵塞，需定時通入蒸汽清掃。 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—氣流分布柵板；9—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— 氣液分離器；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，再用直接冷卻器進一步冷卻。在間冷階段，由于溫差大、冷凝液量多和奈量相對較少，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，國內(nèi)僅寶鋼采用。本設(shè)計綜合考慮上述三種流程的優(yōu)缺點后，決定采用間接冷卻流程 各種鼓風(fēng)機的優(yōu)缺點及本設(shè)計的選型煤氣由炭化室出來經(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。同時，在確定化產(chǎn)回收工藝流程及所用設(shè)備時，除考慮工藝要求外，還應(yīng)該使整個系統(tǒng)煤氣輸送阻力盡可能小，以減少鼓風(fēng)機的動力消耗[10]。目前我國焦化廠所采用的煤氣鼓風(fēng)機主要有離心式和羅茨式兩種。當焦化廠蒸汽量充足時，也可選用蒸汽透平帶動鼓風(fēng)機。1. 煤氣的輸送系統(tǒng)及其阻力吸入方為負壓，壓出方為正壓，鼓風(fēng)機的機后壓力與機前壓力差為鼓風(fēng)機的總壓頭。鼓風(fēng)機一般設(shè)置在初冷器后面。這樣，鼓風(fēng)機吸入的煤氣體積小，負壓下操作的設(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)機前，可防止。鼓風(fēng)機堵塞。2. 煤氣輸送管道 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)有煤氣自動放散裝置，當煤氣壓力超過允許值時將煤氣自動放散，否則鼓風(fēng)機的操作調(diào)節(jié)將發(fā)生困難，不能保持焦爐集氣管煤氣壓力的規(guī)定值。 離心式鼓風(fēng)機的構(gòu)造如圖7所示離心式鼓風(fēng)機由導(dǎo)葉輪，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，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壓，煤氣及不斷吸入。由葉輪甩出的煤氣速度很高，當進入環(huán)形空隙速度減小，其部分動能變成靜壓能，冰眼倒也論壇哦并沿導(dǎo)葉輪通道進入第二葉輪，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葉輪作用下，并經(jīng)過能量轉(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)機廣泛應(yīng)用于大中型焦化廠，按進口煤氣的流量大小有150、300、750和1200米3/分等各種規(guī)格，~[11]。圖6離心式鼓風(fēng)機示意圖 當冷凝工段處理量較小時，一般可選用羅茨鼓風(fēng)機。此種鼓風(fēng)機在電動機功率即轉(zhuǎn)速一定時，其輸入量與風(fēng)機升壓無關(guān)。如下圖所示，羅茨鼓風(fēng)機有一鑄鐵外殼，其殼內(nèi)裝有兩個8字型的鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉(zhuǎn)子，并將汽缸分成兩個工作室。由于轉(zhuǎn)子的中心距即轉(zhuǎn)子長度的不同，輸氣其能力可以在很大范圍內(nèi)波動。 羅茨鼓風(fēng)機結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、體積小，轉(zhuǎn)速一定時，如壓頭稍微變化其輸氣量仍保持不變。但是，使用時間久后，間隙因磨損增大，效率降低。因此為保證安全運轉(zhuǎn)，此種鼓風(fēng)機必需用循環(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)機示意圖 3. 煤氣的鼓風(fēng)冷凝工段的工藝計算 集氣管的工藝計算年產(chǎn)1200kt焦炭鼓冷計算的原始數(shù)據(jù)：一般配煤成焦率按75%計算則干煤量為： 120247。75%=160萬噸/年=一年按365個工作日計算，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7~8%時，則干煤堆密度最小，本設(shè)計中煤料水分取8%。 原始數(shù)據(jù)焦爐每小時裝入干煤量，噸 裝入煤料水分，% 8焦爐煤氣中的主要化學(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）； %（質(zhì)量）項目名稱質(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100表6 干煤氣組成（粗苯、硫化氫、氨除外）項目煉焦煤氣組成的名稱體積百分組成1234567H2 CH4CON2CO2 dabnO2合計 100 物料平衡集氣管物料衡算：每小時裝入濕煤量：=裝入沒料帶入水分：－=1. 進入集氣管的氣態(tài)煉焦產(chǎn)品數(shù)量如下：（kg/h）按質(zhì)量計算時， 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： 按體積計算時， 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： m3/h2. 集氣管排出的氣態(tài)煉焦產(chǎn)品數(shù)量計算如下：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 米3/時干煤氣水蒸汽焦油汽粗苯汽硫化氫氨+M2739+合計+M+ 熱平衡輸入熱量：1. 焦爐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