产120万吨焦炭焦化厂鼓冷工段毕业设计

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1、目录摘要3ABSTRACT4引言51 文献综述6 1.1 世界炼焦工业的发展6 1.2 中国焦化工业现状61.2.1如何提高焦炭质量61.2.2 炼焦生产发展的趋势81.2.3 炼焦化学工业81.2.4 焦炉煤气利用现状及发展思路9 1.3 煤气的冷却原理及改进101.3.1 煤气的冷却原理101.3.2焦炉煤气冷凝工艺的改进111.3.3 煤气的鼓风工艺121.3.4鼓风工艺的改进：132设计内容与工艺方案及选型15 2.1 设计内容与方法15 2.2设备选择原则16 2.3 三中煤气冷凝方法的优缺点及本设计的选型162.3.1 间接冷却162.3.2 直接冷却182.3.3 间直冷却21

2、2.4 各种鼓风机的优缺点及本设计的选型212.4.1 离心式鼓风机的构造222.4.2罗茨鼓风机的构造233. 煤气的鼓风冷凝工段的工艺计算24 3.1 集气管的工艺计算243.1.1 原始数据243.1.2 物料平衡253.1.3 热平衡27 3.2 两段冷却流程的横管式煤气初冷器的初步冷却工艺计算及选型343.2.1横管式煤气初冷器的物料衡算343.2.2 进入横管初冷器的物料组成353.2.3 一段初冷器出口煤气中水蒸汽的计算353.2.4 二段初冷器出口的物料衡算363.2.5 横管式煤气初冷器的衡算373.2.6 横管式煤气初冷器的冷却水量的计算373.2.7 冷却面积的计算及煤气

3、初冷器的选择383.2.8 初冷器管板的拉脱力校核41 3.3 机械化氨水澄清槽的工艺计算及选型44 3.4 离心式煤气鼓风机的工艺计算及选型443.4.1 冷鼓风机的扬程443.4.2 鼓风机转子所需功率453.4.3 鼓风机后煤气温度t46 3.5 电捕焦油器的选型473.5.1 两极间的电位差483.5.2 焦油雾滴的运动时间493.5.3 沉淀极管数的确定503.5.4 煤气在电捕焦油器沉淀极管内的平均流速和平均停留时间503.5.5 电捕焦油器的电能消耗（两台并联）504 非工艺条件的选择和设计51 4.1 土建设计条件514.1.1 生产工艺流程图514.1.2 车间平面图514.

4、1.3 设备一览表524.2 供电照明系统544.2.1 供电系统及用电要求544.2.2 用电设备平面布置图544.2.3 避雷要求544.3仪表控制设计条件544.3.1 控制方式544.3.2 仪表控制条件544.4 采暖通风条件564.5 给排水设计条件564.6 分析化验设计条件574.7 爆炸和火灾危险场所等级584.8 车间人员一览表584.9 供汽设计条件584.9.1 供汽方式584.9.2 供汽条件594.10 设备维修59 谢辞.60 参考文献.61摘要本设计任务为年产120万吨冶金焦焦化厂鼓风冷凝阶段的初步设计。设计是由摘要、引言、文献综述、文献综述、研究内容与工艺设计

5、方案及选型、煤气的鼓风冷凝工段的工艺计算、非工艺条件的选择和设计、工厂的实际经验和某些技术上的改进、参考文献等部分组成。本设计对煤气的鼓风冷凝工段进行了初步的设计。对流程中所需的各种设备，如横管初冷气、鼓风机、电捕焦油器、机械化氨水澄清槽等进行了详细的计算和选型。同时对其做了工艺计算，达到了所需规格性能的要求。本设计还对鼓风冷凝工段的非工艺条件进行了选择、设计，使鼓风冷凝工段更加完善。在鼓风冷凝工段中，本设计应用了国内的一些焦化厂的改进技术，具有一定参考价值。关键词：鼓风，冷凝，炼焦，横管初，鼓风工艺流程ABSTRACTThe task of design is the primary des

6、ign of the congealed work segment of blasting in the coking plan that products metallurgical coke 1200 thousand ton. The design is divided into the abstract ,the introduction ,the literature summarizes,the research content and the technological design plan and the shaping,the coal gas drum wind cond

7、ensation construction section process design, the non-technological conditions choice and the design , the factory practical experience and certain technical improved, the reference parts etc.This design has carried on the preliminary design to the congealed work segment of breeze of blasting to pur

8、ifying coal gas.Each kind of equipment needed in the processing, such as the horizontal at the beginning of cross-tube primary gas cooler,the blast ,the electricity caughtthe tar,the mechanized storage pond and so on carries on in detail, has been done to it and has matched the requipment. This desi

9、gn also has designed and chosen the condition of the non-craft section of the drum wind condensation construction, causes the drum wind condensation consruction section to be more perfect.In the drum wind condensation construction section design,some new improved technologies are cited.So it has muc

10、h practical value.Keywords:blast,condensation,coking plant , cross-tube primary gas cooler,crafatwork flow.引言煤炼焦时生成的焦炉煤气以650800的温度从焦炉的炉顶空间逸出。此时焦炉煤气称为荒煤气，它包括常温下的气态物质，如氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等；烃类；含氧化合物，如酚类；含氮化合物，如氨、氰化氢、吡啶类和喹啉类等；含硫化合物，如硫化氢、二硫化碳和噻吩等。粗煤气中还含有水蒸气。为适应以后的工艺过程的需要，应将焦炉煤气冷却至2535。这个任务在化产车间的初冷器内完成。鼓冷工段是焦

11、化厂的心脏，鼓冷工段投产成功与否决定了焦化厂是否能够顺利投产，其主要任务如下：1. 分离出荒煤气中的绝大部分焦油、萘、氨水，以利于后续单元的运行；2. 将煤气冷却到一定的温度，使之能满足后续单元的要求；3. 氨水、焦油、焦油渣的分离；4. 物料的输送：（1）往焦炉送循环氨水，往后续单元送剩余氨水；（2）输送煤气并使整个煤气系统的吸力、压力能够满足焦炉、煤气净化的正常要求；（3）外送焦油。1 文献综述1.1 世界炼焦工业的发展 焦炭是炼钢的重要辅料，因此焦化工业随着钢铁工业的发展而发展。 世界焦炭产量于20世纪70年代达到顶峰，即3.8亿吨左右。从80年代初以来，世界焦炭产量呈下降趋势，90年代

12、曾下降到3.3亿吨1。到20世纪末，各国焦炭生产增减幅度已明显变小，21世纪初期世界焦炭产量基本稳定在本世纪3.5亿吨上下，与焦炭需求量是基本平衡。近几年世界焦炭产量略有回升，但总量变化不大。焦炭产量大幅度增长的主要是中国、韩国、巴西等几个发展国家2。 世界炼焦工业近几十年来取得了长足发展。大容积焦炉、捣固焦炉、干法熄焦等开发较早的先进工艺技术在工业化实际生产运行中日臻完善；日本的型焦工艺、德国的巨型炼焦反应器、美国的无回收焦炉、前苏联的立式连续层状炼焦工艺等近30年来开发的新工艺新技术则加快了工业化进程。 1.2 中国焦化工业现状中国是世界焦炭生产大国，焦炭产量占世界焦炭量的36%左右。 焦

13、炭出口量占世界焦炭出口贸易有国际20 世纪80 年代先进水平的大型机械化焦炉, 但中国焦炉的大型化和平均装备水平低于西方发达国家, 焦油和粗苯的加工水平也落后于国外。除钢铁联合企业的焦化厂和供应城市煤气的焦化厂外, 许多独立焦化厂所产的焦炉煤未得到合理有效的利用。进入21 世纪, 结构调整和技步仍是中国焦化工业发展的主题3 。近十多年来, 中国的焦炭总产量翻了一番还多,1997 年达到了历史最高峰的13902 万 。从1993年起, 中国的焦炭产量已连续居世界第一位。中国也是世界焦炭出口大国, 2000年中国出口焦炭1520 万 , 占世界焦炭出口总量2510万吨的60%以上。由以上可见，焦化

14、工业在在我国国民经济中占有重要地位。1.2.1如何提高焦炭质量通常情况下提高焦炭质量主要集中在对炼焦原料煤的选择和预处理，改善煤在焦炉内的成焦工艺和对焦炭进行后序处理，同时加强焦炉生产过程管理也是稳定焦炭质量的关键因素是提高焦炭质量的工艺技术。焦炭质量的提高受多种因素影响并与焦炭生产的每一个环节息息相关，为了全面探究提高焦炭质量的技术措施我们从焦炭生产的各个环节进行了分析研究 。a 原料煤的预处理技术捣固炼焦技术装炉煤料捣固成煤饼后 ，从焦炉的机侧装入炭化室 ，其密度可以提高到1 150kg/m。增加炼出的焦炭比顶装煤焦炉生产的焦炭抗碎强度提高耐磨强度改善反应后强度，提高在相同焦炭质量下可多用

15、的高挥发分弱黏结性煤使入炉煤料中高挥发分弱黏结性煤的配入量高达70%80%。b 配型煤炼焦技术在配煤比相同的条件下，配型煤炼焦生产的焦炭与常规粉煤炼焦生产的焦炭比较，提高2%3%，变化不大或稍有改善，转鼓试验指标提高降低，提高焦炭筛分组成有所改善，产率有所下降80mm 80m，级显著增加一般可增加25mm 。因而提高了焦炭粒度的均匀系数煤调湿技术。采用煤调湿技术将入炉煤的水分降低至6%7%，使炼焦耗热量降低，如果按正常入炉煤水分为11，则采用煤调湿技术后水分降低了以干煤为5% /1kg，基准炼焦耗热量降低约300kJ350kJ。由于装炉煤水分的降低，堆密度增加约7.7%。焦炭的产量也将有所增加

16、。同时，由于入炉煤的堆密度增加和炭化室装初期升温速度的提高都能促使焦炭品质的提高，焦炭的粒级分布更趋均匀粉焦率约提高2% 0.8%。 c配添加剂所谓配添加物就是在装炉煤中配入适量的黏结剂和抗裂剂等非煤添加物，以改善其结焦性的一种焦煤准备特殊技术措施。 配黏结剂工艺适用于低流动度的弱黏结性煤料，有改善焦炭机械强度和焦炭反应性的功效，配抗裂剂工艺适用于高流动度的高挥发性煤料，可增大焦炭块度， 提高焦炭机械强度，改善焦炭气孔结构，改进结焦工艺。d 焦炉容积大型化焦炉的大型化是实现我国炼焦行业协调健康可持续发展的一条重要途径，炭化室加宽、加高，提高单孔炭化室产焦量，是炼焦技术的长远发展方向。由于增大焦

17、炉炭化室的容积在同等生产规模及外部环境下使得结焦时间延长可以大大减少出炉次数减少装煤和推焦的阵发性污染，改善炼焦生产操作环境大容积焦炉的自动化水平较高，炼焦工序能耗大大降低，劳动生产率也显著提高，大型焦炉的装炉煤密度得到提高降低了，结焦速率使焦炭成熟均匀冶金焦炭的质量便得到改善，以包钢焦炉为例在同种配煤比及焦炉生产均正常的情况下 JN60型焦炉，提高了焦炭质量，降低了炼焦能耗，炼焦成本也减少了。另外，焦炭质量提高后，在高炉炼铁生产中产生的延伸效益更是巨大的。e 采用焦炉加热自动控制系统在传统炼焦生产管理中， 一旦加热制度制定后一般不会轻易改变， 但因装煤不足、 煤的水分波动煤气的压力波动、天气

18、变化、个别炉号因某种原因延长或缩短结焦时间等， 均对煤的炭化过程有一定的影响。如不及时调整，可使焦炉炉温产生波动，供热过量或供热不足。采用加热控制模型后 ，可实时测量炉组的各种参数，从而达到使炉组的加热处于平衡状态 炉组的需热量和能源供给平衡，燃烧室的供热有可能不一致或炉组在某一段时间供热产生波动。 动态调度模型和加热控制模型可以逐渐使全炉组的加热情况保持一致。 1.2.2 炼焦生产发展的趋势 目前，焦化行业面临挑战和机遇同在，困难与希望并存的形势；都要以推进技术进步，提高经济效益为中心，抓好标准化操作和现代化管理，深化焦炉、化产和环保的综合治理，搭理开发新产品，努力提高产品质量，节能降耗，降

19、低成本，力争能出口创汇。同时要努发挥我省焦化行业的整体优势，加强联合，搞好技术交流和协作，实现焦炉及化产系列的优质、稳产、高效、低耗、长寿，使炼焦工业走上持续稳步发展的道路。我们应该做到：大力推进焦化企业的整合大力推广新型工艺装备积极发展焦化产品深加工加大环保投入4。1.2.3 炼焦化学工业炼焦化学工业是煤炭的综合利用工业。煤在炼焦时，约75%转化为焦炭，其余是粗煤气，粗煤气经过冷却和用各种吸收剂处理，可以从中提取焦油、氨、萘、硫化氢、氰化氢和粗苯等，并获得净煤气。净焦炉煤气是钢铁等工业的重要燃料，经过深度脱硫后，还可以用作民用燃料或送至化工厂合成原料。焦化厂主要生产流程如下：炼焦化学产品数量

20、和组成是随着炼焦过程（主要是炼焦温度）和原料煤的质量不同而波动的。炭化室的煤在200C以前，蒸出表面水份，同时析出吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等气体。随着温度的升高，煤开始分解，大分子芳香族稠环化合物侧链的断裂和分解，产生小分子的气体和液体，煤炭开始软化和熔融，形成胶质体。约在600C以前。从胶质体析出的和部分从半焦中析出的蒸气和煤气叫做初次分解产物，主要含有甲烷、二氧化碳、一氧化碳、化合水及初次焦油汽，以后温度继续升高，析出的气体主要是氢及少量苯和焦油汽5。1.2.4 焦炉煤气利用现状及发展思路a 焦炉煤气利用现状按2001 年产焦12406 万吨计算，全年焦炉煤气产量约530 亿吨 。其中与

21、3 000 万吨土焦相伴产生的约128 亿吨煤气在炼焦过程中全部被烧掉，机焦炉产生的煤气则经过净化后，除部分用于焦炉自身加热外， 剩余煤气均不同程度地得到了利用。钢铁联合企业中的焦化厂，绝大部分焦炉均为复热式焦炉，一般采用高炉煤气加热，所产生的焦炉煤气经净化后供给炼铁、炼钢、轧钢等用户。作为城市煤气气源厂的焦化厂，绝大部分焦炉也为复热式焦炉，可采用焦炉煤气加热，也可采用发生炉煤气加热，所产生的焦炉煤气经净化达到城市煤气标准后供应城市居民用户或工业用户。目前，以生产焦炭为主的独立焦化厂，如山西在土焦改机焦过程中新建的许多焦化厂，除少数焦化厂所产的煤气供应城市煤气或工业用途如煅烧高铝钒土、金属镁等

22、外，绝大部分焦化厂所产的煤气均用于发电甚至直接燃烧放散，未能得到有效利用，浪费了大量的优质煤气资源。我国将会产生大量剩余焦炉煤气的主要有两类焦化厂：一是以生产焦炭为主的独立焦化厂， 其生产的焦炉煤气既不能供应城市煤气，又没有合适的工业用户；二是目前供应城市煤气的焦化厂， 如北京焦化厂、天津煤气厂、上海焦化厂、青岛煤气厂等，在采用天然气取代焦炉煤气供应城市煤气后，焦炉煤气没有合适的用户。这些过剩的煤气迫切希望找到经济合理高效的综合利用途径3。b. 焦炉煤气净化现状目前我国正在运行的焦炉煤气净化工艺很多，要包括冷凝鼓风、脱硫、脱氨、脱苯等，在净化煤气的时回收焦油、硫磺、硫铵或氨水、粗苯等化工产品。

23、我国煤气净化一般均采用高效的横管初冷器冷却荒煤气，几种不同的煤气净化技术主要表现脱硫、脱氨工艺方案的选择上。脱氨工艺主要有水氨蒸氨浓氨水工艺、水洗氨蒸氨氨分解工艺、冷法水氨工艺、热法无水氨工艺、半直接法浸没式饱和硫铵工艺、半直接法喷淋式饱和器硫铵工艺、间接饱和器硫铵工艺、酸洗法硫铵工艺等。脱硫工艺主有湿式氧化工艺如以氨为碱源的法、TH FRC法及以钠为碱源的法和湿HPF ADA PDS吸收工艺如氨硫联合洗涤的法、索尔菲班法真空碳酸盐法等。我国煤气净化工艺已达到或接近国际先进平。根据煤气用户的不同，可选用不同的工艺流程满足用户对不同煤气质量的要求6。1.3 煤气的冷却原理及改进1.3.1 煤气的

24、冷却原理煤气的初步冷却分两步进行：第一步，是在集气管及桥管中大量使用循环氨水喷洒，使煤气冷却到8090C；第二步再在煤气初冷器重冷却。煤气在桥管和集气管中的冷却，通常是将75C左右的循环氨水（在150200kPa表压下）经过喷头强烈喷洒形成细雾状液滴，与桥管进口650750C煤气在直接接触条件下进行的。细雾状液滴为气-液两相提供了很大的接触面积；起初，两相间温差很大；既存在对流传热，又有辐射传热，联合传热系数很大。因此，煤气向氨水的传热速率将会很高，煤气温度会迅速下降。但入口高温煤气中水蒸气的分压却远低于氨水温度下的饱和蒸汽压，氨水会快速汽化。于是，在气、液两相间形成了煤气向氨水快速传热而降温

25、、氨水向煤气快速传质而增湿过程。由于煤气的平均比热容远低于水的汽化潜热以及水的比热容，所以煤气温度虽急剧降低，而氨水温升却不多5。1.3.2焦炉煤气冷凝工艺的改进回收车间担负着焦炉煤气的冷却、输送、净化及回收焦化产品的任务。来自焦炉的高温荒煤气的体积大、水汽含量多，必须将煤气冷却以便于输送和后续工序回收焦化产品。因此，初冷器的稳定运行是整个车间生产的基础，而对两段高效横管式初冷器而言在二段实现连续除萘是生产工艺得以顺行的关键。a马鞍山钢铁公司煤焦化公司的鼓冷工段分两期建设一期建1、 2号初冷器，每台冷却面积为4300 ，实行两段冷却，中部无隔液盘。二期建37号初冷器，每台冷却面积 ，也实行两段

26、冷却，中部设隔液盘，并对37 号初冷器上下两段分别用冷凝液混合粗焦油进行连续喷洒洗萘。焦油氨水及煤气冷凝液通过机械化焦油氨水澄清槽分离。由于萘从初冷器二段中大量凝析出来，为了利用含水30%的焦油正常连续洗萘，原设计中，要求运行时必须向混合液槽补充的粗焦油，但在实际运行中会带来以下问题：由于受管道、泵等因素限制，混合液的水分始终很大，而且补充的粗焦油也容易堵塞喷洒孔和管道，运行费用不经济，除萘操作也难以实现连续运行。为此，我们在37号初冷器投产前，进行了如下改造：新建l台 洗萘液槽，并将原的混合液槽改为混合液中间槽。初冷器一段冷凝液进入混合液中间槽，上层氨水自流到冷凝液槽，下层的油流进洗萘液槽。

27、机械化焦油澄清槽上层的含水焦油也改为自流入洗萘液槽，用洗萘液泵送往初冷器二段喷洒，洗萘液槽中多余的混合焦油满流到冷凝液槽，电捕焦油器及风机的冷凝液也送入冷凝液槽，用冷凝液泵送往机械化焦油氨水澄清槽。由于初冷器一段没有必要采用冷凝液混合粗焦油进行连续喷洒，故改为用热氨水间歇清扫。改造完成后，整个鼓风冷凝工序运行稳定，效果很好，保证了焦炉生产和后续煤气净化工艺的顺行7。b南昌钢铁公司焦化厂提高喷洒液的质量将冷凝液中间槽中的部分冷凝液抽送至机械化澄清槽处理，同时往冷凝液中间槽加入适量的轻质焦油和氨水，降低喷洒液的含萘量，增加其流动性，以提高初冷器的喷洒效果和减少初冷器的清扫次数。采取上述措施后，初冷

28、器阻力的上升速度明显变慢，初冷器和排液管的清扫次数也明显减少，较好地稳定了鼓风机的操作和降低了初冷器后煤气的集合温度。改造冷凝喷洒泵的管道。两台冷凝液泵就可同时运行，一台用于冷凝液喷洒，另一台将冷凝液送至机械化澄清槽。改造后冷凝液泵的喷洒压力提高到 ，既增加了冷凝液喷洒量，又提高了喷洒效果，初冷器的清扫次数明显下降。提高冷凝液喷洒量。为解决冷凝液喷洒量不足的问题。我们将两台冷凝液泵的吸入管分别接至冷凝液中间槽的同时，加大了吸入管的直径。从而彻底解决了两台冷凝液。改进后生产实践表明，不仅减轻了初冷器操作工的劳动强度，而且很好地控制了鼓冷系统的工艺参数，同时提高了焦油与粗苯的产率。1.3.3 煤气

29、的鼓风工艺焦炉煤气作为高热值气源与其他气源混掺后外供，焦炉煤气经初冷器冷却后至电捕焦油器除去焦油，通过罗茨风机向外输送。鼓风机是焦化厂极其重要的设备，俗称之为焦化厂的“心脏”。对其操作管理必须予以高度重视。由于鼓风机的转速和负载很大，为保证运转正常，减少轴承磨损，要使轴承得到很好的润滑，并在较低的温度下进行工作，为此，轴承入口油温为2545C，出口油温小于60C。此外，对鼓风机的冷凝液排出管应按时用水蒸气吹扫，否则，焦油黏附到叶轮上，使鼓风机超负荷运转，影响煤气的正常输送。可能会引起焦炉煤气管道频繁发生堵塞，因此我们应该做好防范措施：（1）保证电捕焦油器开工率及捕集效率 降低煤气中焦油含量。（

30、2）控制好初冷温度 初冷后煤气温度不要超过20，防止萘在后续工段析出结晶。（3）定期清扫煤气管路 保证管路坡度要大于52。1.3.4鼓风工艺的改进：a长治钢铁集团有限公司，在炼铁高炉生产中，为降低焦炭耗量和生铁成本、提高生产效率，我国开创了高风温、低富氧、大喷煤技术路线。目前国内大部分高炉均已广泛采用富氧鼓风技术，该技术的优点是：高炉富氧 1%,可使实际产量增加 3%4%，风口理论燃烧温度升高 3545 ，高炉煤气发热值提高 3.4%，允许高炉喷吹煤粉 1220 kg/t。转炉吹炼进入回收期，达到煤气回收的各项技术条件后，即自动进行煤气回收 。回收时，转炉的活动烟罩下降，转炉炼钢产生的高温含尘

31、烟气经过活烟罩，固定烟道进行冷却。即由转炉汽化冷却系统将煤气冷却1000以下 然后通过一文定径溢流文氏 管重力脱水器进行第1次洗涤除尘 再经过RD阀可调喉口调节阀控制烟气量，经90 弯头脱水器， 湿旋脱水器脱水后由鼓风机抽出，再通过三通阀，水封逆止阀进入煤气柜 。在回收条件不满足时，则通过放散烟筒高空点火燃烧后排放掉。变压吸附装置技术特点及适用性与传统技术相比，变压吸附制氧技术特点主要是：工艺流程简单，不需要复杂的预处理装置，自动化程度高;装置运行独立性强，稳定性好，可靠性高，可连续供氧；开停车时间短 一般 30 min内可达使用要求；在常温常压下运行，安全性能好。b济宁市某焦化厂鼓风机的改进

32、原设计与 66型焦炉配套的鼓风工段设有三台 F = 1200 立管初冷器， 一台 F =760 横管初冷器 ，采用 D320 离心风机两台，同时还备用三台 LGA80 - 500 - l 罗茨鼓风机，机后设有两台同心圆式电捕焦油器。为典型的国内中小型焦炉鼓风配套系统。改进后：罗茨风机具有操作简单、维修方便、性能可靠、投资小等优点 ， 无需设置独立冷却油站；缺点是：轴孔密封较差、易泄漏煤气 ，机后焦油含量高、机前需降低焦油含量。为此将原离心风机更换两台罗茨风机 ，同时增设一台机前电捕焦油器及部分工艺管道。1.4焦油、氨水的分离 a焦油初步处理系统：机械化焦油氨水澄清槽焦油澄清槽焦油中间泵焦油槽汽

33、车外送循环氨水系统：氨水循环槽循环氨水泵焦炉煤气管及桥管荒煤气管道气液分离器机械化焦油氨水澄清槽氨水循环槽从上升管出来的荒煤气在桥管和接气管中被循环氨水喷洒冷却到8085C，煤气中的焦油雾有5060%被冷却成液体，与热氨水一起流入焦油氨水澄清槽内。煤气进入初冷器被直接或间接冷却到30C左右，煤气中约30%左右的焦油气以及绝大部分的水蒸气、萘被冷凝下来，萘溶解于焦油中，另外还有一定数量的氨、二氧化碳、硫化氢、氰化氢和其他组分则溶解于冷凝水中，与焦油混合为冷凝液，其余的相继经过鼓风机、电捕焦油器等回收，由各装置回收的冷凝液全部进入焦油氨水澄清槽内进行分离，分离氨水循环使用，焦油送往焦油精制车间进一

34、步加工，蒸馏出酚油、萘油、汽油、蒽油和沥青等产品可以直接送往油库外售。b 电捕焦油器的改进电捕焦油器主要有同心圆式、管式及蜂窝式三种，同心圆式及管式在国内焦化厂应用较早，运行较为稳定。同心圆式存在着制作安装精度要求高、煤气短路流失、场强电压不稳定等缺点，管式也存在着空间效率利用较差等缺点。蜂窝式具有结构紧凑合理、没有电场空穴、脱除效率高等优点。蜂窝式电捕焦油器操作稳定，脱除效率高，是值得在焦化行业推广的新型电捕焦油器。针对中小型焦炉来说，煤气流量小，采用罗茨风机，并在机前增设电捕不仅消耗低，而且投资少，运行指标也能满足工艺系统要求，是一种切实可行的工艺流程。c高温粗煤气热量回收技术高炉粗煤气在

35、700C左右 离开炭化室带走的热量约占总加热煤气热量的35%。目前工艺为高温煤气经过氨水喷洒冷却，进一步分离煤焦油、净煤气、粗苯等化产品。对于这类能量的回收、美国和加拿大提出带热回收的无副焦产焦炉炼焦技术，高炉煤气经过煤层上部聚集后立即燃烧提供炭化所需要热量，我国山西也有类似的焦炉生产。该技术无需回收副产品，也减少了基建投资，化产品回收所带来的污染也得到了解决。有文献提出采用热管回收上升管高温煤气热焓，将热管的蒸发段安装在上升管夹套内，热管的冷凝段以分离热管的形式安装在焦炉上方的某一位置，生产蒸汽或热水，一定程度上解决了上升管根部易冷凝初焦油而影响上升管使用寿命的问题。日本报道了上升管中用内充

36、萨姆S-700的盘管回收荒煤气中的热量，用来预热焦炉加热用的混合煤气、荒煤气显热的回收率可达到30%左右。山东济钢采用上升管煤气加热导热油技术、高温导热油再用来蒸氨、粗苯精制等取代蒸汽加热介质，同时达到节水、节能和减少废水外排的目的8。2设计内容与工艺方案及选型2.1 设计内容与方法 通过设计任务年产60万吨焦炭的焦化厂，估算出粗煤气的流量。因为焦化生产是连续的过程，所以一年按365天计算出每小时的粗煤气流量。煤气在桥管和集气管内冷却时，是用压力表为150200kPa的循环氨水通过喷头强烈喷洒，被喷成细雾状的氨水与煤气充分接触，由于煤气温度很高且远没有被水汽所饱和，所以煤气放出大量显热，氨水大

37、量蒸发，快速进行着传热和传质过程。氨水在此处是过量的，其具体的量由煤气的总量来决定。传热过程取决于煤气与氨水的温度差。因煤气温度高于循环氨水的温度，所以热量就会从煤气传给氨水，使煤气冷却。传质过程的推动力是循环氨水液面上的水汽分压与煤气中水汽的分压之差。因为循环氨水液面上水汽分压大于进入集气管的煤气中水汽分压，所以氨水就产生蒸发。煤气在集气管冷却时所放出的热量中，大部分热量用于蒸发氨水，剩余的热量用于加热氨水和集气管的散热损失上。在冷却过程中，煤气温度由650700降至8086，同时约60%的焦油汽冷凝下来，在实际生产上，煤气温度可冷却至高于其最后达到的露点温度13.露点温度就是煤气被水汽饱和

38、的温度，即煤气的冷却极限温度。煤气经上升管、集气管循环氨水喷洒冷却后的温度仍高达8086，且含大量焦油汽和水蒸气及其他物质。他们一起吸煤气管道流入气液分离器。分离出的焦油、焦油渣、循环氨水进入机械化焦油氨水澄清槽。在机械化氨水澄清槽中靠比重差静置分离。为了进一步冷却煤气和冷凝水汽、焦油蒸汽等，以减少煤气体积，便于输送，且节省输送煤气所需动力，由集气管出来的煤气应继续冷却到2535或低于25，这个任务要在化产车间的初冷器内完成。因焦化厂内该冷却器位于煤气输送系统的开始部位，故称为煤气初步冷却器，简称初冷器。初冷器的选择有煤气的流量及氨水的流量来决定，初冷器的选择也要通过计算来决定，鼓风机的选择是

39、看煤气量来决定的，后边的电捕焦油器和氨水焦油澄清槽也要通过煤气的量来决定。2.2设备选择原则1. 间接式煤气初冷器有立管式和横管式两种。目前一般用横管式冷却器，因为冷却效果好。2.根据煤气的输送量、输送系统的阻力，有选用电动离心鼓风机或汽动鼓风机。对输送煤气量很小的小型焦化厂一般用罗茨鼓风机。3.为再生润滑油，应配备移动式滤油机一台。4.大中型焦化厂一般采用电捕焦油器。小型厂一般用旋风式机械捕焦油器。5.氨水焦油分离设备及焦油贮槽尽量避免用钢筋混凝土制作，而要选择钢制容器。6.为安装和检修循环氨水泵、初冷循环水泵等，在冷凝泵房内应设单轨手动吊车，最大起重量应大于与泵配套的电动机的重量。7.循环

40、氨水泵应分系设置。因循环氨水的温度约为7880，并考虑水泵长期运转后，机械性能减弱，泵的输送能力降低，所以应在保证焦炉集气管喷洒氨水压力的要求下，选取的最大流量应比设计计算的流量大2030%。8.煤气冷却器的面积，在设备清扫检修时，应能满足生产的要求。9.煤气鼓风机只需一台运行时，设备用率为100%；两台运行时，备用率为50%。10.电捕焦油器的台数应考虑当其中一台清扫或维修氨水时，其他台数仍能满足煤气流速在上限操作范围。11.焦油、氨水分离设备的总容积，在设备清扫或维修时，应能满足生产的要求。12. 循环氨水泵的备用率为50%100%。2.3 三中煤气冷凝方法的优缺点及本设计的选型冷却没启用

41、的主要设备是煤气初冷器，一般有水冷却器和空气冷却器两类。因空气冷却器的冷却效率低和传热系数小，目前已不在采用。现在大多数焦化厂都采用水冷却的煤气冷却器9。用水冷却煤气的工艺流程又可分为间接、直接和间直混合冷却等三种，现分述如下：2.3.1 间接冷却煤气间接工艺流程图如下：图1 煤气间接初冷工艺流程1气液分离器；2煤气初冷器；3煤气鼓风机；4电捕焦油器；5冷凝液槽；6冷凝液液下泵；7鼓风机水封槽；8电捕焦油器水封槽；9机械化氨水澄清槽；10氨水中间槽；11事故氨水槽；12循环氨水泵；13焦油泵；14焦油贮槽；15焦油中间槽；16初冷冷凝液中间槽；17冷凝液泵；焦炉煤气与喷洒氨水、冷凝焦油等沿吸煤

42、气主管首先进入气液分离器，煤气与焦油、氨水、焦油渣等在次分离。分离下来的焦油、氨水和焦油渣一起进入焦油氨水澄清槽，经过澄清分成三层：上层为氨；中层为焦油；下层为焦油渣。沉淀下来的焦油渣由刮板输送机连续刮送到漏斗处排出槽外。焦油则通过液面调节器流至焦油中间槽，由此泵往焦油贮槽，经初步脱水后泵往焦油车间。 经气液分离后的煤气进入数台并联立管式间接冷却器内用水间接冷却，煤气走管间，冷却水走管内。从各台初冷器出来的煤气温度是有差别的，汇集在一起后的煤气温度 称为集合温度，这个温度因生产工艺的不同而有不同的要求，在生产硫铵系统中，要求集合温度低于35；在生产氨水系统中，则要求集合温度低于25. 随着煤气

43、的冷却，煤气中绝大部分焦油气、大部分水汽和奈在初冷器中被冷凝下来，奈溶解于焦油中。煤气中一定数量的氨、二氧化碳、硫化氢、氰化氢和其他组分溶解于冷凝水中，形成了冷凝氨水。焦油和冷凝氨水的混合液称为冷凝液。如上图所示，冷凝液自流入冷凝液槽，再用泵送入机械化氨水澄清槽，与循环氨水混合澄清分离。分离后所得剩余氨水送去脱酚和蒸氨。当冷却煤气用的冷却水为直流水时，冷却器后的热水直接排放。如为循环水时，则将热水送到凉水架冷却至25.左右，再送回初冷器循环使用。上述煤气间接初冷流程适用于生产硫铵工艺系统。当生产浓氨水时，为使初冷后煤气集合温度达到20.左右，宜采用两端初步冷却。两段初冷可采用如图2所示具有两段

44、初冷功能的初冷器，其中前四个煤气通道为第一段，后两个煤气通道为第二段。在第一段用循环冷却水将煤气冷却到约45，第二段用低温水将煤气冷却到25以下。 图22.3.2 直接冷却 煤气在直接冷却器中的初步冷却，是由煤气和冷却水直接接触混合，将热量传给冷却水而完成的。我国的一些小型焦化厂多采用直接式初冷流程9。如图3从吸气管来的8085的焦炉煤气经气液分离器后，进入直接式木格填料初冷塔、用氨水喷洒冷却到28，然后用鼓风机送到后续工段。从气液分离器分离出来的循环氨水和焦油进入焦油氨水澄清槽，从澄清槽出来的循环氨水，用泵送回集气管喷洒冷却煤气。澄清槽底部的焦油用泵送入焦油槽进一步处理。初冷塔底部流出的氨水

45、和冷凝液进入氨水池，在此与洗氨塔来的部分氨水混合并进入分离，分离出的焦油与氨水澄清槽分离的焦油混合，送往焦油车间加工处理。而氨水则用泵送入喷淋式冷却器，经冷却后送至初冷塔循环使用，多余的氨水则送去蒸氨。 图3 煤气直接初冷工艺流程1 气液分离器；2焦油盒；3、4直接式煤气初冷塔；5罗茨鼓风机；6捕焦油器；7水封槽； 8焦油泵；9焦油循环氨水泵；10焦油循环氨水澄清槽；11焦油槽；12焦油池；13焦油泵；14初冷循环氨水澄清池；15初冷循环氨水冷却器；16初冷循环氨水泵；17剩余氨水泵；煤气直接冷却，不但冷却了煤气，而且具有净化煤气的良好效果。在实际生产中，直接初冷塔可洗去进塔煤气中90%以上的

46、焦油，80%左右的氨，60%以上的奈，以及约50%的硫化氢、氰化氢。这对后面洗氨、洗苯过程及减少设备腐蚀，都是有益的。它与煤气间接初冷工艺相比，直接初冷工艺有冷却效率高、煤气压力损失小、不易堵塞以及基建投资和钢材用量少等优点。但其工艺流程较复杂、动力消耗较大、循环氨水冷却器易堵塞等缺点。所以，大型焦化厂已很少单独采用煤气直接初冷流程。用于煤气初冷的直接式冷却塔有木格填料塔、金属隔板塔和空喷塔、在大型焦化厂得到广泛应用。直接冷却器以有无填充物而分为两种，大多采用多段空喷塔，喷淋氨水自上而下与煤气逆流接触，从塔底排出的喷淋氨水经换热器和冷却后循环使用，在直接式冷却器中，煤气在冷却的同时还有部分腐蚀

47、性介质和焦油雾被喷淋氨水带走，为不使这些腐蚀性介质在循环液中积累，一般采用补充循环氨水的方法进行排污，排污水送往焦油氨水澄清槽补充水量控制在喷淋氨水循环量的5%10%。但由于直接式冷却器的喷淋氨水在循环过程中需用冷却水冷却，当用相同温度的冷却水时，直接式冷却器后的煤气温度就高于间接初冷器。如图3所示，空喷塔为钢板焊制的中空直立塔，在塔的顶段和中段各安设六个喷嘴来喷洒2528的循环氨水，所形成的细小液滴在重力作用下 于塔内降落，与上升煤气密切 环氨水入口温度，且有洗除部分焦油、奈氨和硫化氢的效果。. 由于喷洒液中混有焦油所以可以将煤气中奈含量脱除到低于 煤气出口温度下的饱和奈的浓度。空喷塔的冷却

48、效果，主要取决于喷洒溶剂的粘度及在 全塔截面上的均匀性，为此沿塔周围安设6-8个喷嘴。为防止喷嘴堵塞，需定时通入蒸汽清扫。 图4空喷初冷塔 1塔体；2煤气入口；3煤气出口；4循环液出口；5焦油氨水出口；6蒸汽入口；7蒸汽清扫口；8气流分布栅板；9集液环；10喷嘴；11放散口；12放空口；13入孔； 2.3.3 间直冷却 图5 间冷直冷相结合的煤气初冷工艺流程1 气液分离器；2横管式间接冷却器；3直冷空喷塔；4液封槽；5螺旋换热器；6机械化氨水澄清槽；7氨水槽；8氨水贮槽；9焦油分离器；10焦油中间槽；11焦油贮槽间直冷却工艺是间接冷却与直接冷却相结合的方式即用间接冷却器将煤气温度从8090冷却

49、到5055后，再用直接冷却器进一步冷却。在间冷阶段，由于温差大、冷凝液量多和奈量相对较少，传热系数高，可大幅度减少所需的传热面积。而在直冷阶段，可充分发挥净化煤气的效果，降低煤气中的含奈量和腐蚀性介质。但也存在工艺复杂、设备多、能耗高和占地面积大等缺点，国内仅宝钢采用。本设计综合考虑上述三种流程的优缺点后，决定采用间接冷却流程2.4 各种鼓风机的优缺点及本设计的选型煤气由炭化室出来经集气管、吸气管、冷却及回收设备和管道阻力及保持足够的煤气剩余压力，需设置煤气鼓风机。同时，在确定化产回收工艺流程及所用设备时，除考虑工艺要求外，还应该使整个系统煤气输送阻力尽可能小，以减少鼓风机的动力消耗10。目前

50、我国焦化厂所采用的煤气鼓风机主要有离心式和罗茨式两种。当焦化厂蒸汽量充足时，也可选用蒸汽透平带动鼓风机。1. 煤气的输送系统及其阻力吸入方为负压，压出方为正压，鼓风机的机后压力与机前压力差为鼓风机的总压头。鼓风机一般设置在初冷器后面。这样，鼓风机吸入的煤气体积小，负压下操作的设备及煤气管道少。有的焦化厂将油洗奈塔及电捕焦油器设在鼓风机前，可防止。鼓风机堵塞。2. 煤气输送管道 煤气管道应有一定的倾斜度，以保证冷凝液按预定方向自流。吸气主管顺煤气流向倾斜度为1%；鼓风机前后煤气管道顺煤气流向倾斜度为0.5%；逆煤气流向为0.7%,饱和器后至粗笨工序前煤气管道逆煤气流向倾斜度为0.7%1.5%。由

51、于奈能够沉积于管道中，所以在可能存积奈的部位，均设有清扫蒸汽口。此外，还设有冷凝液导出口，以便将管内冷凝液放入水封槽。在全部回收设备之后的回炉煤气管道上，设有煤气自动放散装置，当煤气压力超过允许值时将煤气自动放散，否则鼓风机的操作调节将发生困难，不能保持焦炉集气管煤气压力的规定值。2.4.1 离心式鼓风机的构造如图7所示离心式鼓风机由导叶轮，外壳和安装在轴上的两个工作叶轮组成。煤气由吸入口进入高速旋转的第一工作叶轮，在离心力的作用下，增加了静压能并被甩向叶轮外面的环形空隙，于是在叶轮中心处形成负压，煤气及不断吸入。由叶轮甩出的煤气速度很高，当进入环形空隙速度减小，其部分动能变成静压能，冰眼倒也

52、论坛哦并沿导叶轮通道进入第二叶轮，产生与第一叶轮相同的作用，煤气的静压能再次得到提高，经环形空隙及出口连接管被送入压出管路中。煤气的压力是在各个叶轮作用下，并经过能量转换而得到提高。显然，叶轮的转速越高，煤气的密度越大，作用于煤气的离心力即越大，则出口煤气的压力也就越高。离心式鼓风机广泛应用于大中型焦化厂，按进口煤气的流量大小有150、300、750和1200米3/分等各种规格，产生的总压头为29.534.3kPa11。图6离心式鼓风机示意图2.4.2罗茨鼓风机的构造 当冷凝工段处理量较小时，一般可选用罗茨鼓风机。此种鼓风机在电动机功率即转速一定时，其输入量与风机升压无关。如下图所示，罗茨鼓风

53、机有一铸铁外壳，其壳内装有两个8字型的铸铁或铸钢制成的空心转子，并将汽缸分成两个工作室。由于转子的中心距即转子长度的不同，输气其能力可以在很大范围内波动。 罗茨鼓风机结构简单、制造容易、体积小，转速一定时，如压头稍微变化其输气量仍保持不变。但是，使用时间久后，间隙因磨损增大，效率降低。因此为保证安全运转，此种鼓风机必需用循环管调节煤气量，在压出管路上需安装安全阀 图7罗茨鼓风机示意图 3. 煤气的鼓风冷凝工段的工艺计算3.1 集气管的工艺计算年产1200kt焦炭鼓冷计算的原始数据：一般配煤成焦率按75%计算则干煤量为： 12075%=160万吨/年=182.6吨/时一年按365个工作日计算，工

54、艺为连续性生产。因配煤水分应小于10%，一般规定当78%时，则干煤堆密度最小，本设计中煤料水分取8%。3.1.1 原始数据焦炉每小时装入干煤量，吨 182.6装入煤料水分，% 8焦炉煤气中的主要化学产品产率如下表表5 主要炼焦化学产品产率（按装入干煤计）； %（质量）项目名称质量占干煤量，%（质量）1234567焦炭焦油氨硫化氢粗苯化合水（热解水）干煤气合计167.43吨/时74.93.750.260.221.074.2815.52100表6 干煤气组成（粗苯、硫化氢、氨除外）项目炼焦煤气组成的名称体积百分组成1234567H2 CH4CON2CO2 dabnO2合计 59.5 25.56.0

55、4.02.42.20.41003.1.2 物料平衡集气管物料衡算：每小时装入湿煤量：182.6=198.48吨/时装入没料带入水分：198.48182.6=15.88吨/时1. 进入集气管的气态炼焦产品数量如下：（kg/h）按质量计算时， kg/h干煤气：Mr=182.610315.52%=28339.52千克/时水蒸汽：MB=182.61034.28%+15.88103=23695.28千克/时焦油汽：MCM=182.61033.75%=6847.5千克/时粗苯汽：M= 182.61031.07%=1953.82千克/时硫化氢：Mc=182.61030.22%=401.72千克/时氨： M=

56、182.61030.26%=474.76千克/时合计： 61712.6千克/时按体积计算时， m3/h干煤气：Vr=62837.073m3/h.(1)式中：按煤气组成求出的干煤气的密度 kg/m3 =(0.59520.255160.06280.04280.024440.022280.80.0220.2780.00432)22.4=0.451 kg/m3 式中：2，16，28分别为H2，CH4，CO的分子量 CmHn按80%的C2H4和20%的C6H6计算水蒸汽：VB=23695.28 =29487.46 m3/h 其中：18水的分子量焦油汽：VCM=6847.5=902.26m3/h 其中：1

57、70焦油的平均分子量粗苯汽：V=1953.82=527.296 m3/h 其中：83粗苯的平均分子量硫化氢：Vc=401.72=264.66 m3/h 其中：34硫化氢的分子量氨 ：V=474.76=625.57 m3/h 其中：17氨的分子量合计： 94644.319 m3/h2. 集气管排出的气态炼焦产品数量计算如下：设：煤气中的焦油在集气管内冷凝60%，则冷凝的焦油量为： gcm=0.66847.5=4108.5kg/h而出集气管的煤气中所含的焦油量为： 6847.54108.5=2739kg/h折合成体积为： 0.4VCM =0.4902.26=360.904 m3/h用M kg/h表

58、示集气管内蒸发的水量。折合成水汽体积为： M kg/h=1.245M m3/h所以：从集气管排出的气态产品数量如下表所示：M值可从集气管的热平衡计算中求得表7 从集气管排出的气态产品数量名称气态产品量千克/时 米3/时干煤气水蒸汽焦油汽粗苯汽硫化氢氨28339.5223695.28+M27391953.82401.72474.7662837.07329487.46+1.245M360.904527.296264.66625.57合计57604.1+M94102.963+1.245M3.1.3 热平衡输入热量：1. 焦炉煤气带入集气管的热量（1）干煤气带入的热量 Q1=MrCrt1.(2)式中：

59、t1煤气温度，取t1=650 Cr在0650范围内干煤气的平均比热， 干煤气的平均比热可根据其组成的平均比热求得:Cr=(0.5950.3135+0.2550.555+0.060.3265+0.040.3225+0.0240.4905+0.0220.7165+0.0040.339)4.1868=1.630668584按质量计的比热：Cr=3.615673135故：Q1=MrCrt1=28339.523.615673135650=66603186.73（2）水蒸汽带入的热量： Q2=MB(2491.1+CBt1).(3)式中：CB0650范围内水蒸汽的平均比热， 2491.10时水蒸汽的焓， 故：Q2=23695.28(2491.1+0.4844.1868650)=90231626.24 （3）焦油汽带入的热量 .(4)式中：368.46在0时焦油汽的焓， CCM按下式求出的焦油汽比热， 故：（4）粗苯汽带入的热量： .(5)式中：苯族烃（粗苯）的比热，按下式计算：= M苯族烃（粗苯）的平均分子量，取M=83 =1.8966204故：Q4=1953.821.8966204650=2408675.665（5）硫化氢带入的热量：