煤气鼓风冷凝—鼓风冷凝工段设计

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1、平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：煤气净化工艺鼓风冷凝工段设计姓 名： 王 编 号： 平顶山工业职业技术学院年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 任 务 下 达 日 期 年 2 月 18 日设计（论文）开始日期 2014 年 2 月 21 日设计（论文）完成日期 2014年 4 月 17 日设计（论文）题目： 煤气净化工艺鼓风冷凝工段设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 2014年4月15日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 系 专业，学生 于

2、年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 煤气鼓风冷凝工艺设计 专题（论文）题目： 煤气净化工艺鼓风冷凝工段设计 指导老师： 张璞 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业班级 年级 2011级 毕业设计（论文）题目： 煤气净化工艺鼓风冷凝工段设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 2014 年6 月12日成 绩： 系（

3、科）主任： （签字） 2014 年6 月12日毕业设计（论文）及答辩评语： 摘 要21世纪焦化企业将面临着严峻挑战。为了在市场竞争中求生存、求发展，焦化工作者应转变观念，在满足用户的净化煤气指标要求的前提下，把提高环保水平，消除或减轻环境污染；发展节能工艺；开发短流程，降低成本，增加效益；提高自控水平、实现生产过程优化控制，提高劳动生产率作为我国煤气净化工艺的发展方向。以环保、节能、效益为中心选择煤气净化工艺流程。净化煤气的方法，包括从炼焦炉或固定床煤气炉上部出来的煤气中，采用降温冷凝、常温物理吸收和化学吸收方法除去煤气中的沥青、焦油、中油、轻油、萘、苯、氨、硫化氢及各种烃类等化合物，得到符合

4、要求的燃料煤气或化工原料煤气。本文主要介绍的是煤气净化工艺，鼓风冷凝工段的主要内容。概述了煤气鼓风机的发展历程，以及鼓风机的节能改造。叙述了煤气的初步冷却的目的意义；介绍了鼓风冷凝工段的工艺、流程，详细的介绍了初冷工艺流程，直接冷却和间接冷却的工艺。冷凝冷却器设备的选择、横管式间接冷却器，以及鼓风机、电捕焦油器机械化氨水澄清槽等设备的结构，特点选型，还有详细的工作原理，并着重对鼓冷工段进行了物料衡算和热量衡算，通过集气管的热量衡算和物料衡算以及横管初冷器的热量和物料衡算。在主要设备计算中分别介绍了初冷器的工艺计算，鼓风机的工艺计算选型，集气管的计算，机械化氨水澄清槽的计算选型，确定了设备的选型

5、及台数。还制定了主要非工艺条件，绘制了冷凝设备图、工艺流程简图，以及在工作当中注意的安全事宜。关键词 ：冷凝器，鼓风机，工艺流程，物料衡算，热量衡算，工艺计算选型 目 录第1章 概述11.1 煤气鼓风机的发展历程11.2 鼓风机节能改造11.3煤气的初步冷却的目的和意义1第2章 鼓风冷凝工艺流程选择22.1煤气初冷的工艺流程32.2煤气的间接冷却工艺32.3煤气的直接冷却工艺42.4煤气的间冷-直冷混合冷却5第3章 鼓风冷凝设备的选择7 3.1 初冷器型式的选择73.1.1鼓风机的结构、特点及选型 8 3.1.2横管式间接初冷器8 3.1.3鼓风机的结构、特点及选型 8 3.1.4罗茨式鼓风机

6、93.2 电捕焦油器10 3.2.1电捕焦油器的工作原理10 3.2.2 电捕焦油器的构造113.3 机械化氨水澄清槽结构、特点12第4章 相关工艺计算15 4.1 热量衡算和物料衡算154.1.1 集气管物料和热量衡算174.1.2 横管初冷器热量和物料衡算21 4.2 主要设备计算284.2.1 初冷器的工艺计算284.2.2 鼓风机的工艺计算选型344.2.3 电捕焦油器的工艺计算选型354.2.4 集气管的计算354.2.5 机械化氨水澄清槽的计算选型36总结38参考文献39致谢40 39第1章 概述1.1 煤气鼓风机的发展历程东汉光武帝刘秀在位期间，注意“选用良吏”。建武七年（31）

7、，杜诗在做南阳太守期间，注意节省民力。为了提高冶金技术，他发明了水排（一种水力鼓风机）。水排应用水力机械轮轴带动鼓风囊，使皮囊不断伸缩，给冶金高炉加氧。这种装置，用力少，见功多，是中国冶金史上的一大改革。三国时期的钏暨曾加以改进推广，使其效果提高了三倍。1.2 鼓风机节能改造现今在中国各行各业的各类机械与电气设备中与风机配套的电机约占全国电机装机量的60%，耗用电能约占全国发电总量的三分之一。特别值得一提的是，现许多单位仍然采用落后的调节档风板或阀门开启度的方式来调节气体的流量、压力、温度等。这实际上是通过人为增加阻力的方式，并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体流量调节的要求。近几年

8、来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。以上海正艺科技对上海嘉定区某风机进行变频节能改造的工程案例为例，计算变频节能的效果。上海正艺科技的变频调速以其优异的调速和起动、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，其广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。对于风机变转矩负载特性实施变频调速控制在原理上属于减少流体（空气、液体等）动力节电方法，是一种较好的

9、、被广泛采用的节电方法。无数实例业已证明，它比通常所采用的风门或挡板调节方式有着显著的节电效果。在实际情况下，使用变频调速技术后节约能耗多少的精确、精准性的前期计算具有一定的难度，它不仅与负荷的变化波动分布规律等密切相关（与时间相关的函数），而且，还与电机、水泵等在不同工作点的效率特性、管网特性等相关。然而，我们可以通过以上方式对改造项目进行能耗节约估算，以获取投变频驱动方式不仅可以调节流量以适应风量的需求变化，而且也在调节流量的同时降低了输出扬程的能量消耗。而工频定速运行方式虽然可以通过调节入口风门档板方式调节风量的变化，但是，工频调节风门档板方式没有达到降低出口扬程的目的，导致电能的极大浪

10、费。三晶变频器的出现为交流调速方式带来了一场革命。随着近十几年变频技术的不断完善、发展。变频调速性能日趋完美，已被广泛应用于不同领域的交流调速。为企业带来了可观的经济效益，推动了工业生产的自动化进程。1.3煤气的初步冷却的目的和意义煤气的初步冷却分两步进行；第一步是在集气管及桥管中用大量的循环氨水喷洒，使煤气冷却到80-90；第二步再在煤气初冷器中冷却。可将煤气冷却到25-65。煤气的初冷，输送及初步净化，是炼焦化学产品回收工艺过程的基础。其操作运行的好坏，不仅对回收工段的操作有影响，而且对焦油蒸馏工段及炼焦炉的操作也有影响。因此，对这部分工艺及设备的研究都很重视。煤气初冷的目的一是冷却煤气，

11、二是使焦油和氨水分离，并脱除焦油渣在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的粗煤气温度为650-750，首先经过初冷器，将煤气温度降至25-30，粗煤气心中含有大部分水气、焦油气、萘及固体微粒被分离出来，部分硫化氢和氰化氢等腐蚀性物质溶于冷凝液中，从而可减少回收设备及管道的堵塞和腐蚀；煤气经冷却后，体积变小，从而使鼓风机以较少的动力消耗将煤气送往后续的净化工序。煤气经初冷后，温度降低，是保证炼焦化学产品回收率和质量的先决条件。第2章 鼓风冷凝工艺流程选择煤气冷凝和煤焦油气，水蒸气的冷凝，可以采用不同形式的冷却器。被冷却的煤气与冷却介质直接接触的冷却器，称为直接混合式冷却器，简称为直接冷却器或直接

12、冷却；被冷却的煤气与冷却介质分别从固体壁面的两侧流过，煤气将热量传给壁面，再由壁面传给冷却介质的冷却器，称为间壁式冷却器，简称为间接冷却或间接冷却器。由于冷却的器的形式不同，煤气冷却所采取的流程方式不同。煤气冷却的流程方式可分为间接冷却，直接冷却和间冷-直冷混合冷却三种。上述三种各有缺点，可根据生产规模，工艺要求几其他条件因地制宜地选择采用。2.1煤气初冷的工艺流程来自焦炉的荒煤气与焦油和氨水沿吸煤气管道至气液分离器，气液分离后荒煤气进入横管初冷器分两段冷却。上段用循环水，下段用低温水将煤气冷却至2122。由横管初冷器下部排出的煤气，进入电捕焦油器，除掉煤气中夹带的焦油雾后，再由煤气鼓风机压送

13、至下一个工段。为了保证初冷器的冷却效果，在上段和下段连续喷洒焦油氨水混合液，在其顶部用热氨水不定期进行冲洗，以清除管壁上沉积的焦油和萘等杂质。初冷器上段排出的冷凝液经水封槽流入上段冷凝液槽，用泵将其送入初冷器上段进行喷洒，多余部分送到机械化氨水澄清槽。初冷器下段排出的冷凝液经水封槽流入下段冷凝液槽，加兑一定量焦油和氨水后，用泵将其送入初冷器下段进行喷洒，多余部分流入冷凝液槽。由气液分离器分离下来的焦油和氨水首先进入机械化氨水澄清槽，在此进行氨水、焦油和焦油渣的分离。上部的氨水流入循环氨水槽，再由循环氨水泵送至焦炉集气管喷洒冷却煤气。澄清槽下部的焦油靠静压流入焦油分离器，进一步进行焦油与焦油渣的

14、沉降分离，焦油用焦油泵送往油库工段焦油贮槽。机械化氨水澄清槽和焦油分离器底部沉降的焦油渣刮至焦油渣车，定期送往煤场，人工掺入炼焦煤中。2.2煤气的间接冷却工艺煤气的间接冷却有立管式和横管式两种，立管式相对于横管式工艺较老，而且本设计也是按横管式间冷设计的，故立管式工艺在此不再多说，下面是横管式间冷工艺图。2-1横管式煤气初冷器冷却，煤气走管间，冷却水走管内。水通道分上下两段，上段用循环水冷却，下段用制冷水冷却，将煤气温度冷却到22以下。横管式初冷器煤气通道一般分上、中、下三段，上段用循环氨水喷洒，中段和下段液量和热负荷的计算可知：上段和中段冷凝液量约占总量的95%，而下段冷凝液量仅占总量的5%

15、；从上段和中段流至下段的冷凝液由45降至30的显热，约占总热负荷的60%；下段冷凝液的冷凝潜热及冷却至30的显热，约占总热负荷的20%；下段喷洒冷凝液的冷却显热，约占总热负荷的20%。由此可见，上段和中段喷洒的氨水和冷凝液全部从下段排出，显著地增加了下段符合。为此推荐如图1所示的横管式煤气初冷工艺流程。该流程上段和中段冷凝液从隔板经水封自流至氨水分离器。下段冷冷凝液经自流至冷凝液槽。下段冷凝液主要是轻质煤焦油，作为中段和下段喷洒液有利于洗萘。喷洒液不足时，可补充煤焦油或上段和中段的冷凝液。该流程最突出的特点是横管式处冷器下段的热负荷显著降低，低温冷却水用量大为减少。图2-1煤气初冷工艺流程2.

16、3煤气的直接冷却工艺煤气的直接冷却，是在直接式煤气初冷塔内由煤气和冷却水直接接触传热完成的。我国小焦化大都用此流程。工艺如下：由图2-2可见，由煤气主管来的80-85的煤气，经过气液分离器进入并联的直接式煤气初冷塔，用氨水喷洒冷却到25-28，然后由鼓风机送至电捕焦油器，电捕除焦油雾后，将煤气送往回收氨工段。由气液分离器分离出的氨水，煤焦油和焦油渣，经过焦油盒分离出焦油渣后流入焦油氨水澄清池，从澄清池出来的氨水用泵送回集气管喷洒冷却煤气。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，再送往煤焦油车间加工处理。煤焦油盒底部的煤焦油渣人工捞出。初冷塔底部流出的氨水和冷凝液经水封槽进入初

17、冷氨水澄清池，与洗氨塔来的氨水混合并在澄清池与煤焦油进行分离。分离出来的煤焦油与上述煤焦油混合。澄清后的氨水则用泵送入冷却器冷却后，送至初冷塔循环使用。剩余氨水则送去蒸氨或脱酚。从初冷塔流出的氨水，由氨水管路上引出支管至煤焦油氨水澄清池，以补充焦炉用循环氨水的蒸发损失。图2-2煤气直接初冷工艺流程煤气直接冷却，不但冷却了煤气，而且具有净化煤气的良好效果。据某厂实测生产数据表明，在直接式煤气初冷塔内，可以洗去90%以上的煤焦油，80%左右的氨，60%以上的萘，以及50%的硫化氢和氰化氢。这对后面洗氨洗苯过程及减少设备腐蚀都有好处。同煤气间接冷却相比，直接冷却还具有冷却效率高，煤气压损失小，基建投

18、资少等优点。但也具有工艺流程较复杂，动力消耗大，循环氨水冷却器易腐蚀易堵塞，各澄清池污染也严重，大气环境恶劣等缺点。因此目前大型焦化厂还很少单独采用这种煤气直接冷却流程。2.4煤气的间冷-直冷混合冷却自集气管来的荒煤气几乎为水蒸气所饱和，水蒸气热焓约占煤气总热焓的94%，所以煤气在高温阶段冷却放出的热量决大部分为水蒸气冷凝热，因而传热系数较高；而且在温度较高时，萘不会凝结造成堵塞。所以，煤气高温冷却阶段宜采用间接冷却。而在低温冷却阶段，由于煤气中水汽含量已大为减少，气体对壁面的对流传热系数底，同时萘的凝结也易造成堵塞。所以，此阶段宜采用直接冷却。流程如下：由集气管来的82左右的荒煤气经气液分离

19、器分离出煤焦油氨水后，进入横管式间接冷却器被冷却到50-55，再进入直冷空喷塔冷却到25-35。在直冷空喷塔内，煤气由下向上流动，与分两段喷淋下来的氨水煤焦油混合液逆流密切接触而得到冷却。聚集在塔底的喷洒液及冷凝液沉淀出其中的固体杂志后，其中用于循环喷洒的部分经液封槽用泵送往螺旋板换热器，在此冷却到25左右，再压送到直冷空喷塔上、中两段喷洒。相当于塔内生成的冷凝液量的部分混合液，由塔底导入机械化氨水澄清槽，与气液分离器下来的氨水、煤焦油以及横管初冷器下来的冷凝液等一起混合后进行分离澄清的氨水进入氨水槽后，泵往焦炉喷洒，剩余氨水经氨水储槽泵送脱酚及蒸氨装置。初步澄清的煤焦油送至煤焦油分离槽除去煤

20、焦油渣及进一步脱除水分，然后经煤焦油中间槽泵入煤焦油储槽。第3章 鼓风冷凝设备的选择3.1 初冷器型式的选择初冷器是焦化厂煤气冷却的主要设备，主要有立管式间接初冷器和横管式间接初冷器两种。在此设计里我们选择了横管式间接初冷器，下面我们就其优缺点对此两种初冷器进行详细分析。3.1.1 立管式间接初冷器如图3-1所示，立管式间接初冷器的横断面呈长椭圆形，直立的钢管束装在上下两块管栅板之间，被五块纵板分成六个管组，因而煤气通路也分成六个流道。煤气走管间，冷却水走管内，二者逆向流动。冷却水从冷却器煤气出口端底部进入，依次通过各组管束后排出器外。由图3-1可知，六个煤气流道的横断面积是不一样的，这是因为

21、煤气流过出冷气时温度逐步降低，并冷凝出液体，煤气的体积流量逐渐减小。为使煤气在各个流道中的流速大体保持稳定，所以沿煤气流向各流道的横断面积依次递减；而冷却水沿起流向各管束的横断面积则相应递减。所用钢管规格为76mm3mm。立管式出冷器一般均为多台并联操作，煤气流速为3-4m/s，煤气通过阻力约为0.5-1kPa。 当接近饱和的煤气进入出冷器后，即有水汽和煤焦油在管壁上冷凝下来，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动，并因不断有新的冷凝液加入，液膜逐渐加厚，从而降低了传热系数。此外，随着煤气的冷却，冷凝的萘将以固态薄片晶体析出。 在初冷器前几个流道中，因冷凝焦油量多，温度也较高

22、，萘多溶于煤焦油中；在其后通路中，因冷凝煤焦油量少，温度低，萘晶体将沉积在管壁上，使传热系数降低，煤气流通阻力亦增大。在煤气上升通路上。冷凝物还会因接触热煤气而又部分蒸发，因而增加了煤气中萘的含量。上述问题都是立管式初冷器的缺点。为克服这些缺点，可在初冷器后几个煤气流通内，用含萘较低的混合煤焦油进行喷洒，可解决萘的沉积堵塞问题，使之低于集合温度下。的沉积堵塞问题，使之低于集合温度下。 图3-1立管式间接初冷器3.1.2 横管式间接初冷器如图3-2所示，横管式初冷器具有直立长方形的外壳，冷却水管与水平面成3度角横向配置。管板外侧管箱与冷却水管连通，构成冷却水通道，可分两段和三段供水。两段供水是供

23、低温水和循环水，三段供水则供低温水，循环水和采暖水。煤气自上而下通过初冷器。冷却水由每段下部进入，低温水供入最下段，以提高传热温差，降低煤气出口温度：在冷却器壳程每段上部，设置喷洒装置，连续喷洒含煤焦油的氨水，以清洗管外部的煤焦油和萘，同时还可以从煤气中吸收一部分萘。在横管初冷器中，煤气和冷凝液由上往下同时流动，较为合理。由于管壁上的萘可被冷凝液冲洗和溶解下来，同时与冷凝液上部喷洒氨水，自中部喷煤焦油，能更好的冲洗掉沉积的萘，从而更有效的提高了传热系数。此外，还可以防止冷凝液再度蒸发。在煤气初冷器内90%以上的冷却能力用于水汽的冷凝，从结构上看，横管式初冷器更有利于蒸汽的冷凝。横管初冷器用54

24、mm3mm的钢管，管径细而管束小，因而水的流速可达0.5-0.7m/s。又由于冷却水管在冷却器断面上水平密集布设，使与之成错流的煤气产生强烈湍动，从而提高了传热系数，并能实现均匀的冷却，煤气可冷却到出口温度只比进口水温高2。横管初冷器虽然具有以上优点，但水管结垢较难清扫，要求使用水质好的或经过处理含萘低的冷却水。横管初冷器与竖管初冷器两者相比，横管初冷器有更多优点，如对煤气的冷却，净化效果好，节省钢材，造价低，冷却水用量少，生产稳定，操作方便，结构紧凑，占地面积省。因此，近年来，新建焦化厂广泛采用横管初冷器，以很少采用竖管初冷器了。见于以上两种初冷器的对比我选用横管式间接初冷器。图32横管式初

25、冷器机械化氨水澄清槽环氨水在集气管内喷洒荒煤气时，约有60的焦油气冷凝下来，这种焦油是重质焦油，其中混有一定数量的焦油渣。焦油渣内含有煤尘、焦粉、炭化室顶部热解产生的游离炭及清扫上升管和集气管时所带入的多孔物质，其量约占焦油渣的30%,其余约70%为焦油。3.1.3鼓风机的结构、特点及选型煤气鼓风机有离心式和容积式两种。离心式用于大型焦炉；容积式常用的是罗茨式风机，用于中小型焦炉。在次设计中，我选择了离心式鼓风机。下面介绍的是此两种鼓风机的结构及优缺点。离心式鼓风机主要由机身、转子组件、密封装置、轴承、联轴器、润滑系统及其它辅助零部件等组成。离心式鼓风机的工作原理离心式鼓风机的工作原理示意见图

26、3-3当电动机带动主轴及叶轮高速旋转时，气体由进气口吸入机壳进入叶轮，并随叶轮一起高速旋转，在离心力的作用下，被从叶轮中甩出，进入机壳内蜗室和扩压管，由于扩压管内通道截面积渐渐增大，因此，气体的一部分动能变为静压能，压力升高，最后由出气口排出。与此同时叶轮入口处由于气体被甩出而产生局部负压，气体在外界压力作用下，从进气口不断地被吸入机内。煤气经鼓风机压缩后温度要升高1520。离心式鼓风机的性能。离心式鼓风机在一定转数下的生产能力(Q)与总压头(H)之间有一定的关系，曲线有一最高点B，相应于B点压头(最高压头)的输送量称为临界输送量。鼓风机不允许在B点的左侧范围内操作，因在此范围内鼓风机输送量波

27、动，并会发生振动，产生“飞动”现象。只有在B点右侧延伸的特性曲线范围内操作才是稳定的。运行鼓风机的总压头系指机后压力（正压）与机前压力（负压）之差，其值与化产回收系统采用的工艺流程有关鼓风机的调节(1)用鼓风机煤气进出口开闭器调节：此法鼓风机的功率消耗和煤气升温增大，另外也容易产生渗漏。(2)用鼓风机进出口交通管调节：此法也称“小循环”调节，一部分煤气经重复压缩，无疑鼓风机的功率消耗和煤气温升也要增大。(3)“大循环”调节：即将鼓风机压出的煤气部分地送到初冷器前的煤气管道中，经过冷却后，再回到鼓风机。一般当煤气量为鼓风机额定能力的1/11/3时，就需采用“大循环”的措施。显然，“大循环”可解决

28、煤气升温过高的问题，但要增加鼓风机的能量消耗和初冷器的负荷。(4)用透平机拖动鼓风机的转数调节：此法调节范围有限。(5)采用带液力偶合器的电动煤气鼓风机根据煤气量实现无级调速，调速范围在20%97%。此法鼓风机启动方便，调节灵活，高效节能。（6）采用变频调速电机：此法调节方便简单图3-3 离心式鼓风机3.14罗茨式鼓风机罗茨式鼓风机是利用转子转动时的容积变化来吸入和排出煤气，用电动机驱动，其构造见图。罗茨式鼓风机有一铸铁外壳，壳内装有两个“8”字形的用铸铁或铸钢制成的空心转子，并将汽缸分成两个工作室。两个转子装在两个互相并行的轴上，在这两个轴上又各装有一个互相咬合，大小相同的齿轮，当电动机经由

29、皮带轮带动主轴转子时，主轴上的齿轮又带动了从动轴上的齿轮，所以两个转子做相对反向转动，此时一个工作室吸入气体，由转子推入另一个工作室而将气体压出。每个转子与机壳内壁及与另一个转子表面均需紧密配合，其间隙一般为0.25-0.40mm。间隙过大即有一定数量的气体由压出侧漏到吸入侧，有时因漏泄量大而使机身发热：罗茨式鼓风机因转子的中心距及转子长度的不同，其输气能力可以在很大范围内变动：在中国中小型焦化厂应用的罗茨式鼓风机有多种规格，其生产能28-300m3/min，所生成的额定压头为19.61-34.32kPa。罗茨式鼓风机具有结构简单，制造容易，体积小，且在转速一定时，如压头稍有变化，其输气量可保

30、持不变，即输气量随着风压变化几乎保持不变。可以获得较高的压头。这都是优点。但在使用日久后，间隙因磨损而增大，其效率降低，次种鼓风机必须用循环管调节煤气量，在压出管路上需安装安全筏，以保证安全运转。此外，罗茨式鼓风机的噪声较大。 图3-4罗茨鼓风机工作原理示意图3.2 电捕焦油器3.2.1电捕焦油器的工作原理根据板状电容的物理原理，如在两金属板间维持很强的电场，使含有尘灰或雾滴的气体通过其间，气体分子发生电离，生成带有正电荷或负电荷的离子，于是正离子向阴极移动，负离子想阳极移动。当电位差很高时具有很大速度（超过临界速度）和动能的离子的电子与中性分子碰撞而产生新的离子（即发生电离），使两极间大量气

31、体分子均发生电离作用。离子与雾滴的质点相遇而附于其上，使质点带有电荷，即可被电极吸引而从气体中除去，但金属平板形成的是均匀电场，当电压增大到超过绝缘电阻时，两极之间便会产生火花放电，这不仅会导致电能损失，且能破坏净化操作。为了避免火花放电或发生电弧，应采用不均匀电场。在不均匀电场中，当两极间电位差增高时，电流强度并不发生急剧的变化。这是因在导线附近的电场强度很大，导线附近的离子能以较大的速度运动，使被碰撞的煤气分子离子化而离导线中心较远处，电场强度小，离子的速度和动能不能使相遇的分子离子化，顺而绝缘电阻只在导线附近电场强度最大处发生击穿，即形成局部电离放电现象，这种现象称为电晕现象。由于在电晕

32、区内发生急剧的碰撞电离，形成大量正负离子。负离子的速度比正离子大，所以电晕极常取为负极，圆管或环形金属则取为正极，因而速度大的负离子即向管壁或金属板移动，正离子则移向电晕极。在电晕区内存在两种离子，而电晕区外只有负离子，因而在电捕焦油器的大部分空间内，煤焦油雾滴只能成为带有包电荷的质点而向管壁或板壁移动。由于圆管或金属板是接地的，荷电煤焦油质点到达管壁或板壁时，既放电而沉淀于板壁上，故正极也称为沉淀极。由于存在正离子的电晕区很小，且电晕区内正离子和负离子有中和作用，所以电晕极上沉淀的焦油量很少绝大部分焦油雾均在沉淀极沉淀下来。煤气离子经在两极放电后，重新转变成煤气分子，从电捕焦油器中逸出。3.

33、2.2 电捕焦油器的构造在大型焦化厂中均采用管式电捕焦油器，其构造如图3-6所示其外壳为圆柱型，底部为凹型或锥型并带有蒸汽夹套，沉淀管径为250mm，长350mm，在每根沉淀管的中心悬挂着电晕极导线，由上部框架及下不框架拉紧；并保持偏心度不大于3mm。电晕极可采用强度高的 3.5-4mm的碳素钢或2mm的镍铬钢丝制作。煤气自底部进入，通过两块气体分布筛板均匀分布到各沉淀管中去。净化后的煤气从顶部煤气出口逸出。从沉淀管捕集下来的煤焦油聚集于器底排出，因煤焦油黏度大，帮底部设有蒸汽夹 ，以利于排放。 图3-5 电捕焦油器 图3-6电捕焦油器的构造3.3 机械化氨水澄清槽结构、特点机械化焦油氨水澄清

34、槽是一端为斜底，断面为长方形的钢板焊制容器，由槽内纵向隔板分成平行的两格，每格底部设有由传动链带动的刮板输送机，两台刮板输送机用一套由电动机和减速机组成的传动装置带动。煤焦油，氨水，和煤焦油渣由入口管经承受隔室进入澄清槽，使之均匀分布在煤焦油的上部。澄清后的氨水经溢流槽流出，沉聚于下部的煤焦油经液面调节器引出。沉积于槽底的煤焦油渣由移动速度为0.03m3/min的刮板刮至前伸的头部漏斗内漏出。如图3-7所示。为阻挡浮在水面的煤焦油渣，在氨水溢流槽附近设有高度为0.5m的木挡板。为了防止悬浮在煤焦油中的煤焦油渣团进入煤焦油引出管内，在氨水澄清槽内设有煤焦油渣挡板及活动筛板。煤焦油，氨水的澄清时间

35、一般为半小时图3-7机械化焦油氨水澄清槽 3.4鼓风冷凝的流程图图3-8风冷凝的流程图3.5 安全规程1、煤气区域：必须动火时，应申报安全部门制定动火方案和安全措施，经获准后主可动火。2、经常检查风机油位、电压、电流、温度等是否正常，听、摸、看风机是否有异响，一旦发现异常，立即采取措施。3、集中思想，加强检查，发现风机跳闸，应立即关闭出口阀，防止叶轮倒转造成吸压力下降。4、用蒸气清扫管道或设备时，若该部位有非高温高压仪表连接，则必须把仪表导管切断。5、生产区域严禁烟火，禁止用铁器敲打风机和煤气及管道。6、风机房内严禁堆放易燃易爆物品。7、机械运转中，禁止修理，擦拭和触及转动部位。8、风机前后压

36、力突然变化时，应进行检查并调节，直至消除。9、发现风机有撞击声等异常现象时，应及时报告车间厂部领导。10、风机运转时，负压系统放散管禁止打开。11、煤气正压系统着火时不停风机，负压系统不准随便引入火种。12、所有较长时间停用的设备和管道都应放空，并用蒸汽吹扫干净。13、初冷器煤气未通之前，严禁上冷却水，以防吸瘪设备。14、冷却塔先开水后开风机。15、冷凝液，混合液，焦油泵开停前后要清扫管道。16、清扫初冷器后，将其与大气连通或与煤气连通。17、各泵严禁空转。18、事故氨水槽和循环氨水中间槽正常情况下严禁连通。19、焦炉正常操作时不准降低循环氨水量、更不准停止供应，循环氨水中不准带焦油加新水。第

37、4章 相关工艺计算4.1 热量衡算和物料衡算表一 主要操作指标煤气温度初冷器前冷却水温度初冷器后冷却水温度煤气压力kPa初冷器前80-86循环25-30循环水45初冷气后 4.13-5.394 初冷器后25-35低温水18-20低温水 25-30鼓风机后 118.9-125.8鼓风机后40-45每小时装入干煤量164吨/时装入煤水分 10%表二 回收部分计算的原始数据（110万吨/年）表三 化学产品产率（对装入干煤）煤气发生量 335米3/吨焦油 3.9%粗苯 1.1%氨 0.3%硫化氢 0.25%装入煤化合水分 2.2%焦炭76.5%表四 炼焦煤气组成 （体积）%H2 56.9CH426.7

38、CO 6.5N2 4.7CO 2.4CmHm 2.3O2 0.54.1.1 集气管物料和热量衡算一集气管的物料衡算每小时装入煤量：164=182.2 t/h装入煤带水量：182.2-164=18.2 t/h（1） 进入集气管的物料（kg/h）干煤气 1643350.466=25602.4 氨 1640000.003=492水蒸气 1640000.022+18300=21808 硫化氢 1640000.0025=410焦油气 1640000.039 =6396 粗苯气 1640000.011 =1804合计：56512.04干煤气密度：=（0.5692+0.2616+0.06528+0.0472

39、8+0.02444+0.02328+0.00532）=0.466 /m3按体积计的物料为（m3/h）干煤气 164335=54940水蒸气 21808=27138.8 焦油气 6396=842.8粗苯气 1804=486.9 硫化氢 410氨 492合计：84326.9其中：170焦油平均分子量 34硫化氢分子量85粗苯平均分子量（2） 离开集气管煤气的组成在集气管中有60%焦油气冷凝，即为：62960.6=3837.6 kg/h 或 8420.4=336.8 m3/h设在集气管中有M kg/h的水蒸发，即1.244M m3/h。而集气管中的蒸发水量M是在热平衡中确定的。表五 集气管的物料组成

40、物料名称输入输出Kg/hM3/hKg/hM3/h干煤气25602.045494025602.0454940水蒸气2180827138.821808+M27138.8+1.24M焦油气6396842.82558.4336.8粗苯气1804486.91804486.9硫化氢410270.1410270.1氨492648.349268.3合计56512.0484326.952674.4+M83820.9+1.24M二. 集气管的热量衡算通过集气管的热平衡计算已确定蒸发水量M及煤气出口的露点温度。输入热量：1. 煤气带入的热量Q1（1）干煤气带入的热量：设煤气的入口温度为660，干煤气比热为：Cg=（

41、0.5690.313+0.2670.5566+0.0650.3265+0.0470.3235+0.0240.4943+0.0230.717+0.0050.3409）4.18=1.643kJ/m3 即 q1=25602.043.52660=59478659.33kJ/h（2）水蒸气带入热量q2=21808(2487+2.02660)=83310921.6式中：24870时水蒸气的焓，KJ/Kg2.02水蒸气在0-660时的平均比热，KJ/Kg（3）焦油气带入的热量焦油气比热：Cc = （0.305+0.39210-3t）4.18= (0.305+0.39210-3660)4.18= 2.36 K

42、J/q3 = 6396(88+2.36660) = 10525257.6 KJ/h式中：88 0时焦油气的焓，KJ/（4）粗苯带入的热量粗苯气比热：CB = = 1.91KJ/ 式中：W粗苯的平均分子量，取 W = 83q4 = 18041.91660 = 2274122.4 KJ/h（5）硫化氢带入的热量q5 = 4101.15660 = 311190 KJ/h式中：1.15 0-660 范围内硫化氢的平均比热，KJ/（6） 氨带入的热量q6 = 4922.61660 = 847519.2 KJ/h式中：2.61氨的比热，KJ/煤气输入的热量：Q1 = q1 + q2 + q3 + q4 +

43、 q5 + q6= 5947865.3+83310721.6+10525257.6+2274122.4+311190+847519.2= 156747670.1 KJ/h2. 循环氨水带入的热量Q2Q2 = W1T1式中：W1 循环氨水，/hT1 循环氨水温度， 每吨干煤所用循环氨水量5-6米3/时，则：W1 = 1646 = 984m3/h循环氨水温度应比进入集气管的煤气露点温度高5-10，以保证水的蒸发动力。设集气管中煤气的总压力为760毫米汞柱，则水蒸气分压为：Pv = 760 = 244.6 毫米汞柱相应的露点温度为71.09取循环氨水的实际温度 T1 = 77Q2=116410007

44、74.18= 316710240 KJ/h则总输入量：Q入=Q1 + Q2= 156747670.1 + 346710240= 473457910.1 KJ/h输出热量：1. 炼焦煤气带走的热量 Q3（1）干煤气带走的热量设集气管出口煤气温度为83.9，干煤气在0-83.9的平均比热为：Cg = (0.5690.306+0.2670.384+0.0650.31+0.00470.309+0.0240.392+0.0230.518+0.0050.314)4.18 = 1.397 KJ/m3或： = 2.998 KJ/ q1 = 25602.042.99883.9 = 6439737.45 KJ/h

45、（2） 水蒸气带出的热量q2 = (21808+M)(2487+1.8383.9) = 57584831 + 2640.5M式中：1.83 水蒸气的比热，KJ/ （3）焦油气带走的热量焦油气的比热：Cc = (0.305+0.39210-383.9)4.18 = 1.41KJ/ q3 = 2558.4(367.8+1.4183.9) = 1243635.7 KJ/h（4）粗苯气带走的热量粗苯气的比热：CB = = 1.152KJ/ q4 = 18041.15283.9 = 174361.65 KJ/h式中：83 粗苯气的平均分子量 （5）氨带走的热量 q5 = 4922.1183.9 = 87

46、098.3 KJ/式中：2.11 氨的比热，KJ/（6）硫化氢带走的热量q6 = 4100.99583.9 = 34227式中：0.995 硫化氢的比热，KJ/ 则炼焦煤气带走的热量为：Q3 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6= 6439737.5+57584831+2640.5M+1243635.7+174361.7+87098+34227= 65563891.1 + 2640.5M2. 循环氨水和冷凝焦油带走的热量 Q4设循环氨水及冷凝焦油在集气管中的温度为80焦油的比热： Cc = (0.327 + 0.3110-380)4.18=1.471KJ/则 Q4= （9

47、84000 - M）4.18 + 3837.61.47180=（329501208.8 - 334.4G）KJ/h3. 集气管周围散热损失 Q5Q5 =（1 + 2） F （t1 t2）式中：1 + 2 集气管壁对空气的对流和辐射給热系数，KJ/h可按下式求出： 1 + 2 = 33.44+0.209t1 ； t1 集气管壁温度，取100则1 + 2 = （33.44+0.209100）= 54.34 KJ/ht2 空气温度，取25F 集气管总的外表面积， 按下式求出：F = 2Dl = 23.141.350 = 408.2 式中：D 集气管的直径，ml 集气管长度，m2 焦炉座数 则散热量为

48、：Q5 = 54.34408.2（100-25）= 1663619 KJ/h所以，总的输出量为：Q 出 = Q3 + Q4 + Q5 = 65563891.1 + 2640.5M +（329501208.8 334.4M）+ 1663619 =394996878.9 + 2306.1M令 Q 入 = Q 出则有：473311786.1 = 394996878.9 + 2306.1MM= 33208.9 /h或 33208.9 = 41326.6 标米3/时集气管出口煤气总体积：83820.9 + 41326.6 = 125147.5 标米3/时集气管煤气出口水蒸气体积：27138.8 + 41

49、326.6 = 68465.4 标米3/时集气管出口煤气中水蒸气分压：P = 760 =415 毫米汞柱相应煤气出口温度84.1383.9（露点），与假设相符。4.1.2 横管初冷器热量和物料衡算根据计算，吸煤气主管的热损失为5100486 kJ/h，由于损失而冷凝的水蒸气量为2244 kg/h，或2792m3/h，则入初冷器的水蒸气量为：55016.9-2244=5772.9 kg/h 或 68465.5-2792=65673.5 m3/h。入初冷器的煤气带入的热量为：153248991.9-5100486=148148505.9 kJ/h本塔采用三段冷却流程，第一段煤气从82.9冷却到65

50、；第二段从65冷却到45；第三段从45冷却到33。第一段采用58-68的采暖循环水，第二段采用30-42的循环水，第三段采用18的低温冷却水，升温至25。一横管初冷器的物料衡算表六 进入初冷器的物料组成如下物料名称千克/时标米/时干煤气25602.0454940水蒸气52772.965673.5焦油气2558.4336.8粗苯气1804486.9硫化氢410270.1氨492648.3小计83639.34 122355.6（1）一段初冷器出口煤气中水蒸气量的计算知煤气出口温度为65压力-350毫米汞柱，在初冷器中大部分焦油气冷凝。即焦油气在第一段冷凝了60%溶解于剩余氨水中的氨、硫化氢和二氧化

51、碳的总量为189标米3，而在第一段中溶解了60%。第一段初冷器煤气出口所含水蒸气量按下式计算：Vv = Vcg式中：Vcg初冷器出口干的煤气体积，标米3/时p 水蒸气在65时的分压，p = 2547 毫米水柱P一段初冷器出口煤气压力，P = 9983 毫米水柱而Vcg = 122355.6-65673.5-（336.8+189）0.6 = 56366.6 标米3/时Vv = 56366.6 标米3/时或 18 = 15514.4 kg/h （2）二段初冷器出口煤气中水蒸气量的计算在二段中设有30%焦油蒸气冷凝下来，30%的氨、硫化氢和二氧化碳溶于剩余氨水中。水蒸气量按下式计算：Vv = Vcg

52、式中：Vcg初冷器出口干的煤气体积，标米3/时p 水蒸气在45时的分压，p = 974 毫米水柱P二段初冷器出口煤气压力，P = 9933 毫米水柱而Vcg = 122355.6-65673.5-（336.8+189）0.9 = 56180.7 标米3/时Vv = 56180.7 标米3/时或 18 = 4908.1 kg/h（3）三段初冷器出口煤气中水蒸气量的计算在此段中假设焦油蒸气已经全部冷凝，189标米3的氨、硫化氢和二氧化碳也全部溶解于剩余氨水中。水蒸气量按下式计算：Vv = Vcg式中：Vcg初冷器出口干的煤气体积，标米3/时p 水蒸气在33时的分压，p = 511 毫米水柱P三段初

53、冷器出口煤气压力，P = 9833 毫米水柱而Vcg = 122355.6-65673.5-（336.8+189） = 56125.1 标米3/时Vv = 56125.1 标米3/时或 18 = 2492.3 kg/h通过计算得，在一、二、三段初冷器中冷凝的水蒸气量为：52772.9 2472.3 = 50300.6 kg/h送到溶剂脱酚去的氨水量为：21808 2472.3 = 19335.7 kg/h需要补充到循环氨水中的冷凝水量为：51300.6 -19335.7 = 31964.9 kg/h 设剩余氨水含氨5.37克/升，含硫化氢2.3克/升，含二氧化碳2.3克/升，则溶解于剩余氨水中的二氧化碳和硫化氢各为：19335.9 0.0023 = 44.5 kg/h 或:：H2S 29.3标米3/时 , CO2 22.7标米3/时溶解于剩余氨水中的氨为： 19335.7 0.00537 = 103.97 kg/h 或 137 标米3/时因此三段冷却流程的横管式初冷器的物料平衡见下表：表七 三段冷却流程横管式初冷器的物料平衡表物料名称输入输出Kg/h标米3/时Kg/h 标米3/时干煤气25602.045494025557.5454917.3水蒸气52772.965673.52472.33076.6焦油气2558.4336.8