畢業(yè)論文年產150萬噸焦化廠鼓冷工段工藝設計（可編輯）

1、 學 號:畢業(yè)設計說明書設計題目:年產150萬噸焦化廠鼓冷工段設計 學生姓名: 專業(yè)班級: 學 院: 指導教師: 提交日期:年月日摘 要 本設計介紹了年產150萬噸焦爐鼓冷工段工藝,根據(jù)設計任務書要求,對鼓冷原理進行了解,并分析工藝流程,做出選擇比較,設計中對整個鼓冷工藝進行了詳細的物料衡算和熱量衡算,并對其主要設備及管道進行了計算和選型,同時對環(huán)境保護及節(jié)約能源方面做了一定的分析。設計中采用的是間冷-直冷相結合的工藝流程,配有設計說明書一本,附圖紙3張,采用autocad制作,設計最后還附有結束語和相關參考文獻。說明書包括:煤氣初冷概述;工藝流程的選擇;物料衡算和熱量衡算;主要設備計算和選型

2、;主要物料管道計算及選型;環(huán)境保護及節(jié)能。圖紙包括:鼓冷工藝帶控制點的工藝流程圖;關鍵設備裝配圖;主要設備立面布置圖, 關鍵詞: 粗煤氣;鼓冷;初冷;設計目 錄 第一章文獻概述1 1.1 煤化工發(fā)展簡史1 1.2 煤氣初冷的目的和意義2 第二章工藝流程選擇3 2.1間接冷卻3 2.2直接冷卻4 2.3間冷-直冷混合冷卻5 第三章設備的選擇7 3.1 初冷器7 3.2 鼓風機9 3.3 電捕焦油器11 3.4 機械化氨水澄清槽13 第四章 工藝計算14 4.1 熱量衡算和物料衡算14 4.2 主要設備計算30 4.2.1 初冷器的工藝計算30 4.2.2 鼓風機的工藝計算,選型36 4.2.3

3、電捕焦油器的工藝計算,選型38 4.2.4 集氣管的計算40 4.2.5 機械化氨水澄清槽的計算,選型41 4.2.6 中間槽的計算42 第五章 設備一覽表.43 第六章 非工藝設計條件.44 6.1土建設計條件44 6.2供電照明45 6.3 儀表控制條件46 6.4 采暖通風48 6.5 給排水設計條件48 6.6 分析化驗設計條件49 參考文獻 50謝 辭 51 第一章 概 述1.1 煤化工發(fā)展簡史 煤化工的發(fā)展始于18世紀后半葉,19世紀形成了完整的煤化學工業(yè)體系。進入20世紀,許多有機化學品多以煤為原料生產,煤化學工業(yè)成為化學工業(yè)的重要組成部分。18世紀中葉,由于工業(yè)革命的進展,煉鐵

4、煉鋼用焦炭的需求增大,煉焦化學工業(yè)應運而生。 世界化石能源包括煤炭、石油、天然氣資源比較豐富,是當今的主要能源。由于石油天然氣的的儲量少,用量大,且不斷的漲價,煤炭在世界能源構成中的比重將不斷的加大,必然要由煤生產氣體燃料,液體燃料和化學品。 煤炭是中國的主要能源,也是許多重要化工產品的主要原料。隨著中國社會經濟持續(xù)、高速發(fā)展,近年來能源、化工產品的需求也出現(xiàn)較高的增長速度,煤化工在中國能源、化工領域中已占有重要地位。中國煤化工的發(fā)展對發(fā)揮豐富的煤炭資源優(yōu)勢,補充國內油、氣資源不足和滿足對化工產品的需求,保障能源安全,促進經濟的可持續(xù)發(fā)展,具有現(xiàn)實和長遠的意義。新型煤化工在中國正面臨新的發(fā)展機

5、遇和長遠的發(fā)展前景。煤炭焦化、煤氣化已是中國主要的煤化工產業(yè),隨著技術、經濟的發(fā)展和市場的巨大需求,煤炭焦化、煤氣化一甲醇及下游化工產品等將得到快速發(fā)展。 中國未來煤化工的發(fā)展方向是在傳統(tǒng)煤化工穩(wěn)定發(fā)展的同時,加大力度發(fā)展可替代石油的潔凈能源與化工品的新型煤化工技術,并建成技術先進、大規(guī)模、多種工藝集成的新型煤化工企業(yè)或產業(yè)基地。先進的催化合成技術、分離技術、生物化工技術、節(jié)能與環(huán)保技術、材料與大型工業(yè)裝備制造技術等是新型煤化工的發(fā)展基礎。在引進和吸收工業(yè)發(fā)達國家先進技術的同時,發(fā)展適合國內需求的、具有自主知識產權的新技術和新裝備制造能力,是實現(xiàn)跨越式技術發(fā)展和產業(yè)化持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。目前,

6、中國新型煤化工總體上還處于發(fā)展初期,未來20年是其技術開發(fā)、工業(yè)化建設和產業(yè)發(fā)展的重要時期。1.2 煤氣初步冷卻的目的和意義 煤氣的初冷,輸送及初步凈化,是煉焦化學產品回收工藝過程的基礎。其操作運行的好壞,不僅對回收工段的操作有影響,而且對焦油蒸餾工段及煉焦爐的操作也有影響。因此,對這部分工藝及設備的研究都很重視。 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。 煤氣的初步冷卻分兩步進行:第一步是來自焦爐的出煤氣(650-800)在集氣管及橋管中用大量循環(huán)氨水噴灑,使煤氣冷卻到80-90;使60%左右的焦油蒸汽冷凝下來。第二步再在煤氣初冷器中冷卻,使殘余焦油和大部分水汽冷凝下

7、來,可將煤氣冷卻到25-35。 煤氣經冷卻后,體積變小,從而使鼓風機以較少的動力消耗將煤氣送往后續(xù)的凈化工序。煤氣經初冷后,溫度降低,是保證煉焦化學產品回收率和質量的先決條件。為了回收化學產品和凈化煤氣,便于加工利用,必須要對粗煤氣的分離。來自焦爐中的粗煤氣含有水汽和焦油蒸汽等,需要進行初步冷卻,分理處焦油和水,以便把煤氣輸送到回收車間后續(xù)工序和進一步利用。 第二章鼓風冷凝工藝流程選擇 煤氣冷卻的流程方式可分為間接冷卻,直接冷卻和間冷-直冷混合冷卻三種。被冷卻的煤氣與冷卻介質直接接觸的冷卻器,稱為直接混合式冷卻器,簡稱為直接冷卻器或直接冷卻;被冷卻的煤氣與冷卻介質分別從固體壁面的兩側流過,煤氣

8、將熱量傳給壁面,再由壁面?zhèn)鹘o冷卻介質的冷卻器,稱為間壁式冷卻器,簡稱為間接冷卻或間接冷卻器。間冷-直冷混合冷卻是結合間冷、制冷的優(yōu)點相結合的方法。 上述三種各有缺點,可根據(jù)生產規(guī)模,工藝要求幾其他條件因地制宜地選擇采用。本設計采用的是橫管式間冷工藝流程。2.1煤氣的間接冷卻工藝 煤氣的間接冷卻有立管式和橫管式兩種,立管式相對于橫管式工藝較老,而且本設計也是按橫管式間冷設計的,故立管式工藝在此不再多說,下面是橫管式間冷工藝。 橫管式煤氣初冷器冷卻,煤氣走管間,從上向下流動;冷卻水走管內,由下向上流動。用焦油氨水混合液噴灑,不僅可在管外形成液膜,提高傳質效果,而且可以從上而下沖洗傳熱管,防止萘和焦

9、油的沉積,除萘效果比立管式好。再加上橫管式冷卻器提高了冷卻水的流速,一般可達1-2m/s,煤氣流速也可達到0.5-0.7m/s,且煤氣與冷凝液的流向相同。因此?？倐鳠嵯禂?shù)可高達836-1672kj/m2?h?,幾乎比立管式冷卻器高出一倍多,從而可大幅度降低冷卻器的換熱面積。密集的冷卻管束還可以起到分離焦油霧和水霧的擋板作用。 2.2煤氣的直接冷卻工藝 煤氣的直接冷卻,是在直接式煤氣初冷塔內由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱完成的。我國小焦化大都用此流程。工藝如下: 由圖2可見,由煤氣主管來的80-85的煤氣,經過氣液分離器進入并聯(lián)的直接式煤氣初冷塔,用氨水噴灑冷卻到25-28,然后由鼓風機送至電捕焦油

10、器,電捕除焦油霧后,將煤氣送往回收氨工段。 由氣液分離器分離出的氨水,煤焦油和焦油渣,經過焦油盒分離出焦油渣后流入焦油氨水澄清池,從澄清池出來的氨水用泵送回集氣管噴灑冷卻煤氣。澄清槽底部的煤焦油流入煤焦油池,然后用泵抽送到煤焦油槽中,再送往煤焦油車間加工處理。煤焦油盒底部的煤焦油渣人工撈出。 初冷塔底部流出的氨水和冷凝液經水封槽進入初冷氨水澄清池,與洗氨塔來的氨水混合并在澄清池與煤焦油進行分離。分離出來的煤焦油與上述煤焦油混合。澄清后的氨水則用泵送入冷卻器冷卻后,送至初冷塔循環(huán)使用。剩余氨水則送去蒸氨或脫酚。從初冷塔流出的氨水,由氨水管路上引出支管至煤焦油氨水澄清池,以補充焦爐用循環(huán)氨水的蒸發(fā)

11、損失。 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。據(jù)某廠實測生產數(shù)據(jù)表明,在直接式煤氣初冷塔內,可以洗去90%以上的煤焦油,80%左右的氨,60%以上的萘,以及50%的硫化氫和氰化氫。這對后面洗氨洗苯過程及減少設備腐蝕都有好處。 同煤氣間接冷卻相比,直接冷卻還具有冷卻效率高,煤氣壓損失小,基建投資少等優(yōu)點。但也具有工藝流程較復雜,動力消耗大,循環(huán)氨水冷卻器易腐蝕易堵塞,各澄清池污染也嚴重,大氣環(huán)境惡劣等缺點。因此目前大型焦化廠還很少單獨采用這種煤氣直接冷卻流程。2.3煤氣的間冷-直冷混合冷卻 自集氣管來的荒煤氣幾乎為水蒸氣所飽和,水蒸氣熱焓約占煤氣總熱焓的94%,所以煤氣在高溫

12、階段冷卻放出的熱量決大部分為水蒸氣冷凝熱,因而傳熱系數(shù)較高;而且在溫度較高時,萘不會凝結造成堵塞。所以,煤氣高溫冷卻階段宜采用間接冷卻。而在低溫冷卻階段,由于煤氣中水汽含量已大為減少,氣體對壁面的對流傳熱系數(shù)底,同時萘的凝結也易造成堵塞。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50-55,再進入直冷空噴塔冷卻到25-35。在直冷空噴塔內,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)噴灑的部分經液封槽用泵送往螺旋板

13、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,然后經煤焦油中間槽泵入煤焦油儲槽。 直冷空噴塔內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

14、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,以凈化由槽內排除的氣體。 煤氣的直接冷卻是在直接冷卻塔內,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、設備結構簡單、造價低及煤氣阻力小等優(yōu)點。間冷、直冷結合的煤氣初冷工藝即是將二者優(yōu)點結合的方法,在國內外大型焦化已得到采用。 第三章設備的選擇3.1 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。3.1.1 立管式間

15、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,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76mm×3mm。 立管式出冷器一般均為多臺并聯(lián)操作,煤氣流速為3-4m/s,煤氣通

16、過阻力約為0.5-1kpa。 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,用含萘較低的混

17、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。3.1.2 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。管板外側管箱與冷卻水管連通,構成冷卻水通道,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

18、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90%以上的冷卻能力用于水汽的冷凝,從結構上看,橫管式初冷器更有利于蒸汽的冷凝。 橫管初冷器用54mm×3mm的鋼管,管徑細而管束小,因而水的流速可達0.5-0.7m/s。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,但水管結垢較難清掃,要求使用水質好的或經過處理含萘低的冷卻水。

19、 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,生產穩(wěn)定,操作方便,結構緊湊,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。3.2 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造及優(yōu)缺點。3.2.1 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動。其構造如圖5所示: 離心式鼓風機由導葉機,

20、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,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,經出口連接送入管路中。煤氣的壓力是在轉子的各個葉輪作用下,并經過能量轉換而得到提高的。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就越大,則出口煤氣的壓力就越高。大型離心鼓風機轉速在5000r/min以上,電動機驅動時,需設增速器以提高轉速。 離心式鼓風

21、機按進口煤氣流量的大小有150m3/min, 300m3/min, 750m3/min, 900m3/min,和1200m3/min等各種規(guī)格,產生的總壓頭為29.534.3kpa。3.2.2 羅茨式鼓風機 羅茨式鼓風機是利用轉子轉動時的容積變化來吸入和排出煤氣,用電動機驅動,其構造見圖。羅茨式鼓風機有一鑄鐵外殼,殼內裝有兩個“8”字形的用鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉子,并將汽缸分成兩個工作室。兩個轉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,當電動機經由皮帶輪帶動主軸轉子時,主軸上的齒輪又帶動了從動軸上的齒輪,所以兩個轉子做相對反向轉動,此時一個工作室吸入氣體,由轉

22、子推入另一個工作室而將氣體壓出。每個轉子與機殼內壁及與另一個轉子表面均需緊密配合,其間隙一般為0.25-0.40mm。間隙過大即有一定數(shù)量的氣體由壓出側漏到吸入側,有時因漏泄量大而使機身發(fā)熱:羅茨式鼓風機因轉子的中心距及轉子長度的不同,其輸氣能力可以在很大范圍內變動:在中國中小型焦化廠應用的羅茨式鼓風機有多種規(guī)格,其生產能力28-300m3/min ,所生成的額定壓頭為19.61-34.32kpa。 羅茨式鼓風機具有結構簡單,制造容易,體積小,且在轉速一定時,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。可以獲得較高的壓頭。這都是優(yōu)點。但在使用日久后,間隙因磨損而增大,

23、其效率降低,次種鼓風機必須用循環(huán)管調節(jié)煤氣量,在壓出管路上需安裝安全筏,以保證安全運轉。此外,羅茨式鼓風機的噪聲較大。3.3 電捕焦油器 焦油霧是在煤氣冷卻過程中形成的,它以內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濟可靠,效率可達98%以上。3.3.1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

24、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。離子與霧滴的質點相遇而附于其上,使質點帶有電荷,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

25、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,煤焦油霧滴只能成為帶有包電荷的質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)內正離子和負離子有中和作用,所以電暈極上沉

26、淀的焦油量很少絕大部分焦油霧均在沉淀極沉淀下來。煤氣離子經在兩極放電后,重新轉變成煤氣分子,從電捕焦油器中逸出。3.3.2 電捕焦油器的構造 在大型焦化廠中均采用管式電捕焦油器,其構造如圖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 3.5-4mm的碳素鋼或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

27、,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表面;二是在絕緣箱內設有蛇管蒸汽加熱器或電加熱器,是箱內空間溫度保持在80-110之間,并在絕緣箱頂部設調節(jié)溫度用的排氣閥,在絕緣箱底設有與大氣相通的氣孔。這樣既能防止結露,又能調節(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)沉淀極管內電暈極位置,整個蜂窩體內沒有電場空穴,

28、有效空間利用率高,凈化效率可達99.8-99.9%。3.4 機械化氨水澄清槽結構、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。澄清后的氨水經溢流槽流出,沉聚于下部的煤焦油經液面調節(jié)器引出。沉積于槽底的煤焦油渣由移動速度為0.03m3/min的刮板刮至前伸的頭部漏斗內漏出。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0.5 m的木擋板。為了防止懸浮

29、在煤焦油中的煤焦油渣團進入煤焦油引出管內,在氨水澄清槽內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210m3, 187m3, 142m3 三種。以187m3為例,列出主要技術特性如下: 長/m 16.2 刮板輸送機速度/(m/h) 1.74 寬/m 4.5 電動機功率/kw 2.2 高/m 3.7 氨水停留時間/min20 設備質量/t 46.7 第四章 工藝計算4.1 熱量衡算和物料衡算主要操作指標煤氣溫度 初冷器前 80-86 初冷器后 25-35 鼓風機后 40-45初冷器前冷卻水溫度 循環(huán)水25-30 低溫水18-20初冷器后冷卻水

30、溫度 循環(huán)水45 低溫水25-30煤氣壓力 kpa 初冷氣后 -4.13-5.394 鼓風機后 118.9-125.8回收部分計算的原始數(shù)據(jù)(150萬噸/年)每小時裝入干煤量 200噸/時裝入煤水分 10%化學產品產率(對裝入干煤)煤氣發(fā)生量 360米3/噸焦油 3.9%粗苯 1.1%氨0.3%硫化氫 0.25%裝入煤化合水分2.2%焦炭 76.5%煉焦煤氣組成(體積)%h256.9ch4 26.7co 6.5n24.7co 2.4cmhm2.3o20.54.1.1 集氣管物料和熱量衡算一.集氣管的物料衡算每小時裝入煤量: 200×222.2 t/h裝入煤帶水量: 222.2-200

31、22.2 t/h(1) 進入集氣管的物料(kg/h)干煤氣200×360×0.46633552水蒸氣200000×0.022+2220026600焦油氣200000×0.039 7800粗苯氣200000×0.011 2200硫化氫200000×0.0025500氨 200000×0.003600合計 71252干煤氣密度:(0.569×2+0.26×16+0.065×28+0.047×28+0.024×44+0.023×28+0.005×32)×

32、;0.466 ?/m3按體積計的物料為 米3/時 干煤氣 200×36072000 水蒸氣 26600×33102.2 焦油氣 7800×1027.8 粗苯氣 2200×593.7 硫化氫 500× 氨600× 合計107843.7 其中: 170?焦油平均分子量 85?粗苯平均分子量 34?硫化氫分子量(2) 離開集氣管煤氣的組成在集氣管中有60%焦油氣冷凝,即為: 7800×0.64680kg/h或 1027.8×0.4411.1 m3/h設在集氣管中有m kg/h的水蒸發(fā),即1.244m m3/h。而集氣管中

33、的蒸發(fā)水量m是在熱平衡中確定的。表1 集氣管的物料組成 物料名稱輸入輸出kg/hm3/hkg/hm3/h干煤氣33552720003355272000水蒸氣2660033102.226600+m33102.2+1.24m焦油氣78001027.83120411.1粗苯氣2200593.72200593.7硫化氫500329.4500329.4氨600790.6600790.6合計71252107843.766572+m107432.6+1.24m二. 集氣管的熱量衡算 通過集氣管的熱平衡計算已確定蒸發(fā)水量m及煤氣出口的露點溫度。輸入熱量:1. 煤氣帶入的熱量q1(1)干煤氣帶入的熱量:設煤氣的

34、入口溫度為660,干煤氣比熱為:cg(0.569×0.313+0.267×0.5566+0.065×0.3265+0.047×0.3235+0.024×0.4943+0.023×0.717+0.005×0.3409)×4.181.643kj/m3 ?即 ?q133552×3.52×66077948006.4kj/h(2)水蒸氣帶入熱量 q226600×2487+2.02×660101617320 kj/h式中:2487 ? 0時水蒸氣的焓,kj/kg 2.02 ? 水蒸氣在0

35、-660時的平均比熱,kj/kg?(3)焦油氣帶入的熱量焦油氣比熱: cc (0.305+0.392×10-3×t)×4.18 0.305+0.392×10-3×660×4.18 2.36 kj/? q3 7800×88+2.36×660 12835680 kj/h式中:88 ? 0時焦油氣的焓,kj/?(4)粗苯帶入的熱量粗苯氣比熱: cb 1.91kj/?式中: w ? 粗苯的平均分子量,取 w 83q4 2200×1.91×660 2773320 kj/h(5) 硫化氫帶入的熱量 q5 5

36、00×1.15×660 379500 kj/h式中:1.15 ? 0-660 范圍內硫化氫的平均比熱,kj/?(6) 氨帶入的熱量q6 600×2.61×660 1033560 kj/h式中: 2.61 ? 氨的比熱,kj/?煤氣輸入的熱量: q1 q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 77948006.4+101617320+12835680+2773320+379500+1033560 196587386.4kj/h2. 循環(huán)氨水帶入的熱量q2q2 w1t1式中: w1 ? 循環(huán)氨水,?/h t1 ? 循環(huán)氨水溫度,每噸干煤所用循環(huán)

37、氨水量5-6米3/時,則: w1 200×6 1200m3/h循環(huán)氨水溫度應比進入集氣管的煤氣露點溫度高5-10,以保證水的蒸發(fā)動力。設集氣管中煤氣的總壓力為760毫米汞柱,則水蒸氣分壓為: pv 760× 233.3 毫米汞柱相應的露點溫度為72取循環(huán)氨水的實際溫度 t1 77 q21200×1000×77×4.18 386232000 kj/h則總輸入量: q入 q1 + q2 196587386.4 + 386232000 582819386.4 kj/h輸出熱量:1. 煉焦煤氣帶走的熱量 q3(1) 干煤氣帶走的熱量設集氣管出口煤氣溫度

38、為83.9,干煤氣在0-83.9的平均比熱為: cg 0.569×0.306+0.267×0.384+0.065×0.31+0.0047×0.309+0.024×0.392+0.023×0.518+0.005×0.314×4.18 1.397 kj/m3? 或: 2.998 kj/? q1 33552×2.998×83.9 8439408.37 kj/h(2) 水蒸氣帶出的熱量 q2 26600+m×2487+1.83×83.9 70237300 + 2640.5m 式中:

39、1.83 ? 水蒸氣的比熱,kj/?(3)焦油氣帶走的熱量焦油氣的比熱:cc 0.305+0.392×10-3×83.9×4.18 1.41kj/? q3 3120×367.8+1.41×83.9 1516628.9 kj/h4 粗苯氣帶走的熱量粗苯氣的比熱:cb 1.152kj/?q4 2200×1.152×83.9 212636.2 kj/h式中: 83 ? 粗苯氣的平均分子量(5)氨帶走的熱量 q5 600×2.11×83.9 106217.4 kj/?式中: 2.11 ? 氨的比熱,kj/?(6)

40、硫化氫帶走的熱量 q6 500×0.995×83.9 41740.2 kj/?式中: 0.995 ? 硫化氫的比熱,kj/?則煉焦煤氣帶走的熱量為: q3 q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 8439408.37+70237300+2640.5m+1516628.9+212636.2+106217.4 +41740.2 80512190.9 + 2640.5m2. 循環(huán)氨水和冷凝焦油帶走的熱量 q4 設循環(huán)氨水及冷凝焦油在集氣管中的溫度為80焦油的比熱:cc 0.327 + 0.31×10-3×80×4.18 1.471kj

41、/?則q4 (984000 - m)×4.18 + 3837.6×1.471×80 (329501208.8 - 334.4m)kj/h3. 集氣管周圍散熱損失 q5 q5 (1 + 2)× f ×(t1 ? t2)式中: 1 + 2 ? 集氣管壁對空氣的對流和輻射?熱系數(shù),kj/?h?可按下式求出: 1 + 2 33.44+0.209t1 ; t1 ? 集氣管壁溫度,取100則1 + 2 (33.44+0.209×100) 54.34 kj/?h? t2? 空氣溫度,取25 f ? 集氣管總的外表面積,? 按下式求出: f 2dl

42、2×3.14×1.3×50 408.2 ?式中: d ? 集氣管的直徑,m l ? 集氣管長度,m 2 ? 焦爐座數(shù) 則散熱量為: q5 54.34×408.2×(100-25) 1663619 kj/h所以,總的輸出量為: q 出 q3 + q4 + q5 80512190.9 + 2640.5m +(329501208.8 ? 334.4m)+ 1663619 411677018.7 + 2306.1m令 q 入 q 出則有: 582819386.4 411677018.7+ 2306.1m m 74212.9 ?/h 或 74212.9&

43、#215; 92353.8 標米3/時集氣管出口煤氣總體積: 107432.6 + 92353.8 199786.4標米3/時集氣管煤氣出口水蒸氣體積: 33102.2+ 92353.8 125456標米3/時集氣管出口煤氣中水蒸氣分壓: p 760× 477汞柱相應煤氣出口溫度84.1383.9(露點),與假設相符。集氣管的物料平衡見表-2,熱平衡見表-3。表2 集氣管的物料平衡輸入輸出物料名稱 千克/時 標米3/時千克/時標米3/時干煤氣 2502.04 7200025602.0472000水蒸氣 2660033102.255016.968465.5焦油氣 78001027.82

44、558.4336.8粗苯氣 2200486.92200486.9硫化氫 500329.4500329.4氨600790.6600 790.6小計 56512.0484326.986634.34125147.6循環(huán)氨水984000?950791.1?焦油 ? ?3837.6 ?總計 1040512.04 ? 1040512.04 ?表3 集氣管的熱平衡(kj/h)物料名稱 輸入熱量 輸出熱量 干煤氣59478659.33 6439737.45水蒸氣83310921.6145269931.5焦油氣10525257.61243635.7粗苯氣2274122.4 174361.65硫化氫311190

45、34227氨 847519.2 87098.3小計 156747670.1153248991.9循環(huán)氨水316710240 317944543.8焦油 ? 451608.77集氣管熱損失 ? 1663619合計 473457910.1 473308763.54.1.2 橫管初冷器熱量和物料衡算 根據(jù)計算,吸煤氣主管的熱損失為5100486 kj/h,由于損失而冷凝的水蒸氣量為2244 kg/h,或2792m3/h,則入初冷器的水蒸氣量為: 55016.9-22445772.9 kg/h 或 68465.5-279265673.5 m3/h入初冷器的煤氣帶入的熱量為:153248991.9-51

46、00486148148505.9 kj/h 本塔采用三段冷卻流程,第一段煤氣從82.9冷卻到65;第二段從65冷卻到45;第三段從45冷卻到33。第一段采用58-68的采暖循環(huán)水,第二段采用30-42的循環(huán)水,第三段采用18的低溫冷卻水,升溫至25。一.橫管初冷器的物料衡算表4 進入初冷器的物料組成如下物料名稱 千克/時 標米/時干煤氣25602.04 72000水蒸氣52772.965673.5焦油氣2558.4 336.8粗苯氣2200486.9硫化氫500 329.4氨 600 790.6 小計 83639.34 122355.6(1)一段初冷器出口煤氣中水蒸氣量的計算 知煤氣出口溫度為

47、65壓力-350毫米汞柱,在初冷器中大部分焦油氣冷凝。即焦油氣在第一段冷凝了60%溶解于剩余氨水中的氨、硫化氫和二氧化碳的總量為189標米3,而在第一段中溶解了60%。第一段初冷器煤氣出口所含水蒸氣量按下式計算: vv vcg式中:vcg?初冷器出口干的煤氣體積,標米3/時 p ? 水蒸氣在65時的分壓,p 2547 毫米水柱p?一段初冷器出口煤氣壓力,p 9983 毫米水柱而vcg 122355.6-65673.5-(336.8+189)×0.6 56366.6 標米3/時vv 56366.6× 標米3/時或 ×18 15514.4 kg/h (2)二段初冷器出

48、口煤氣中水蒸氣量的計算 在二段中設有30%焦油蒸氣冷凝下來,30%的氨、硫化氫和二氧化碳溶于剩余氨水中。水蒸氣量按下式計算: vv vcg式中:vcg?初冷器出口干的煤氣體積,標米3/時 p ? 水蒸氣在45時的分壓,p 974 毫米水柱p?二段初冷器出口煤氣壓力,p 9933 毫米水柱而vcg 122355.6-65673.5-(336.8+189)×0.9 56180.7 標米3/時vv 56180.7× 標米3/時或 ×18 4908.1 kg/h(3)三段初冷器出口煤氣中水蒸氣量的計算 在此段中假設焦油蒸氣已經全部冷凝,189標米3的氨、硫化氫和二氧化碳也

49、全部溶解于剩余氨水中。水蒸氣量按下式計算: vv vcg式中:vcg?初冷器出口干的煤氣體積,標米3/時 p ? 水蒸氣在33時的分壓,p 511 毫米水柱p?三段初冷器出口煤氣壓力,p 9833 毫米水柱而vcg 122355.6-65673.5-(336.8+189) 56125.1 標米3/時vv 56125.1× 標米3/時 或 ×18 2600.3 kg/h通過計算得,在一、二、三段初冷器中冷凝的水蒸氣量為: 52772.9 ? 2472.3 50300.6 kg/h送到溶劑脫酚去的氨水量為: 26600 ? 2472.3 19335.7 kg/h需要補充到循環(huán)氨

50、水中的冷凝水量為: 51300.6 -19335.7 31964.9 kg/h 設剩余氨水含氨5.37克/升,含硫化氫2.3克/升,含二氧化碳2.3克/升,則溶解于剩余氨水中的二氧化碳和硫化氫各為: 19335.9 × 0.0023 44.5 kg/h 或:h2s 29.3標米3/時 , co222.7標米3/時溶解于剩余氨水中的氨為:19335.7 × 0.00537 103.97 kg/h 或 137 標米3/時因此三段冷卻流程的橫管式初冷器的物料平衡見下表:表5 三段冷卻流程橫管式初冷器的物料平衡表物料名稱輸入輸出kg/h標米3/時kg/h 標米3/時干煤氣25602

51、.047200025557.5454917.3水蒸氣52772.965673.52472.33076.6焦油氣2558.4336.8?粗苯氣2200486.92200486.9硫化氫500329.4365.5240.8氨600790.6388511.3小計83639.34122355.630587.3459232.9水?50300.6?溶解氣體?193189焦油?2558.4336.8總計83639.34?83639.34?二.橫管初冷器的熱量衡算通過上面的計算,我們確定了物料在初冷器中的基本運行情況,下面我們要通過熱量衡算來確定橫管初冷器各段所需的冷卻水量。第一段初冷器的熱量衡算(采暖循環(huán)水段)輸入熱量1. 煤氣的帶入熱量:q1 148148505.9 kj/h