煤化工廠120萬噸每年的焦炭焦化廠鼓冷工段設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 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—氣液分離器；2—煤氣初冷器；3—煤氣鼓風機；4—電捕焦油器；5—冷凝液槽；6—冷凝液液下泵；7—鼓風機水封槽；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刮送到漏斗處排出槽外。焦油則通過液面調節器流至焦油中間槽，由此泵往焦油貯槽，經初步脫水后泵往焦油車間。 經氣液分離后的煤氣進入數臺并聯立管式間接冷卻器內用水間接冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內。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，這個溫度因生產工藝的不同而有不同的要求，在生產硫銨系統中，要求集合溫度低于35℃；在生產氨水系統中，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。如為循環水時，則將熱水送到涼水架冷卻至25℃.左右，再送回初冷器循環使用。上述煤氣間接初冷流程適用于生產硫銨工藝系統。當生產濃氨水時，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[14]。如圖3從吸氣管來的80~85℃的焦爐煤氣經氣液分離器后，進入直接式木格填料初冷塔、用氨水噴灑冷卻到28℃，然后用鼓風機送到后續工段。從氣液分離器分離出來的循環氨水和焦油進入焦油氨水澄清槽，從澄清槽出來的循環氨水，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，經冷卻后送至初冷塔循環使用，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—羅茨鼓風機；6—捕焦油器；7—水封槽； 8—焦油泵；9—焦油循環氨水泵；10—焦油循環氨水澄清槽；11—焦油槽；12—焦油池；13—焦油泵；14—初冷循環氨水澄清池；15—初冷循環氨水冷卻器；16——初冷循環氨水泵；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點。但其工藝流程較復雜、動力消耗較大、循環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換熱器和冷卻后循環使用，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和焦油霧被噴淋氨水帶走，為不使這些腐蝕性介質在循環液中積累，一般采用補充循環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量的5%~10%。但由于直接式冷卻器的噴淋氨水在循環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六個噴嘴來噴灑25~28℃的循環氨水，所形成的細小液滴在重力作用下 于塔內降落，與上升煤氣密切 環氨水入口溫度，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。空噴塔的冷卻效果，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 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；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，傳熱系數高，可大幅度減少所需的傳熱面積。而在直冷階段，可充分發揮凈化煤氣的效果，降低煤氣中的含奈量和腐蝕性介質。但也存在工藝復雜、設備多、能耗高和占地面積大等缺點，國內僅寶鋼采用。本設計綜合考慮上述三種流程的優缺點后，決定采用間接冷卻流程 各種鼓風機的優缺點及本設計的選型煤氣由炭化室出來經集氣管、吸氣管、冷卻及回收設備和管道阻力及保持足夠的煤氣剩余壓力，需設置煤氣鼓風機。同時，在確定化產回收工藝流程及所用設備時，除考慮工藝要求外，還應該使整個系統煤氣輸送阻力盡可能小，以減少鼓風機的動力消耗[15]。目前我國焦化廠所采用的煤氣鼓風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機。吸入方為負壓，壓出方為正壓，鼓風機的機后壓力與機前壓力差為鼓風機的總壓頭。鼓風機一般設置在初冷器后面。這樣，鼓風機吸入的煤氣體積小，負壓下操作的設備及煤氣管道少。有的焦化廠將油洗奈塔及電捕焦油器設在鼓風機前，可防止鼓風機堵塞。煤氣管道應有一定的傾斜度，以保證冷凝液按預定方向自流。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，均設有清掃蒸汽口。此外，還設有冷凝液導出口，以便將管內冷凝液放入水封槽。在全部回收設備之后的回爐煤氣管道上，設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，否則鼓風機的操作調節將發生困難，不能保持焦爐集氣管煤氣壓力的規定值。 離心式鼓風機的構造 如圖7所示離心式鼓風機由導葉輪，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葉輪通道進入第二葉輪，產生與第一葉輪相同的作用，煤氣的靜壓能再次得到提高，經環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，并經過能量轉換而得到提高。顯然，葉輪的轉速越高，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。離心式鼓風機廣泛應用于大中型焦化廠，按進口煤氣的流量大小有150、300、750和1200米3/分等各種規格，~[16]。圖6離心式鼓風機示意圖當冷凝工段處理量較小時，一般可選用羅茨鼓風機。此種鼓風機在電動機功率即轉速一定時，其輸入量與風機升壓無關。如下圖所示，羅茨鼓風機有一鑄鐵外殼，其殼內裝有兩個8字型的鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉子，并將汽缸分成兩個工作室。由于轉子的中心距即轉子長度的不同，輸氣其能力可以在很大范圍內波動。羅茨鼓風機結構簡單、制造容易、體積小，轉速一定時，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，此種鼓風機必需用循環管調節煤氣量，在壓出管路上需安裝安全閥 圖7羅茨鼓風機示意圖 第三章 煤氣的鼓風冷凝工段的工藝計算 集氣管的工藝計算年產120萬噸焦炭鼓冷計算的原始數據：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，工藝為連續性生產。因配煤水分應小于10%，一般規定當7~8%時，則干煤堆密度最小，本設計中煤料水分取8%。 原始數據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產品產率如下表表5 主要煉焦化學產品產率（按裝入干煤計）； %（質量）項目名稱質量占干煤量，%（質量）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1234567H2CH4CON2CO2dabnO2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. 進入集氣管的氣態煉焦產品數量如下：（kg/h）按質量計算時， 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. 集氣管排出的氣態煉焦產品數量計算如下：設：煤氣中的焦油在集氣管內冷凝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表示集氣管內蒸發的水量。折合成水汽體積為： M kg/h= m3/h所以：從集氣管排出的氣態產品數量如下表所示：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產品數量名稱 氣態產品量千克/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℃范圍內干煤氣的平均比熱， 干煤氣的平均比熱可根據其組成的平均比熱求得:Cr=(++++++)=按質量計的比熱：Cr==故：Q1=MrCrt1=650=（2）水蒸汽帶入的熱量： Q2=MB(+CBt1)…………..(3)式中：CB—0~650℃范圍內水蒸汽的平均比熱， —0時水蒸汽的焓， 故：Q2=(+650)= （3）焦油汽帶入的熱量 …………..(4)式中：—在0時焦油汽的焓， 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：