第三章煤气的输送和焦油雾的清除

煤气的输送和焦油雾的清除第三章煤气的输送和焦油雾的清除第一节煤气输送系统第二节鼓风机及其操作性能第三节鼓风机的操作管理第四节煤气中焦油雾的清除第一节煤气输送系统煤气由炭化室出来经集气管、吸气管、冷却及煤气净化、化学产品回收设备直到煤气贮罐或送回焦炉或到下游用户，要通过很长的管路及各种设备。为了克服这些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选用设备时，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。一、煤气输送系统及阻力煤气输送系统的阻力，因回收工艺流程及所用设备的不同而有较大差异，同时也因煤气净化程度的不同及是否有堵塞情况而有较大波动。现就大型焦化厂三种流程情况比较介绍如表3-1。阻力项目工ⅡⅢkPakPakPa鼓风机前的阻力(吸入方)集气管到鼓风机的煤气管道煤气初冷：(1)并联立管冷却器(2)横管间冷及空喷直冷煤气开闭器合计鼓风机后的阻力(压出方)鼓风机到煤气贮罐的煤气管道电捕焦油器氨的回收：(1)鼓泡式饱和器(2)喷淋试饱和器1.471～1.9610.981～1.4710.490～1.4712.942～4.9032.942～3.9230.2942～0.4905.394～6.374（2.0～2.2）1.471～1.9610.490～0.9810.490～1.4712.452～4.4132.942～3.9230.2942～0.4904.4~5.91.5~2.00.490～1.4710.4~0.5第一节煤气输送系统第一节煤气输送系统(3)空喷式酸洗塔(4)洗氨塔油洗萘塔煤气最终冷却器：(1)隔板式(2)空喷式洗苯塔：(1)填料式（2～3台）(2)空喷式（2台）脱硫塔：(1)特拉雷特填料(2)木格填料(3)钢板网填料剩余煤气压力吸气机前的阻力合计吸气机后煤气压力合计阻力项目工ⅡⅢkPakPakPa0.4905～0.9810.7845～1.1771.471～1.9611.471～1.9613.923～4.90316.769～21.7713.375~17.5960.981～1.9610.490～0.9810.0981～0.3920.1961～0.78451.765～2.2563.923～4.90310.689～15.6910.8~1.02.0~2.51.0~1.510.59~14.8717.0~9.07.0~9.0第一节煤气输送系统吸入方(机前)为负压，，压出方（机后）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．上述系统１为目前国内有些大型焦化厂所采用的较为典型的正压（半负压）生产硫铵的工艺系统，鼓风机所应具有的总压头为19.71~25.50(17.71~23.30)kPa。系统Ⅱ是生产硫的回收工艺系统(脱硫工序可设于氨回收工序之前)，由于多处采用空喷塔式设备，鼓风机所需总压头仅需13.24~20.10kPa，可以显著降低动力费用。系统Ⅲ是全负压水洗氨进行氨分解生产低热值煤气的工艺系统，鼓风机所需总压头为17.59~23.87kPa。第一节煤气输送系统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，负压下操作的设备和煤气管道少。有的焦化厂将油洗萘塔及电捕焦油器设在鼓风机前，进入鼓风机的煤气中焦油、萘含量少，可减轻鼓风机及以后设备堵塞，有利于化学产品回收和煤气净化。全在负压下回收化学产品的系统，已介绍如前。第一节煤气输送系统二、煤气输送管路煤气管道管径的选用和管件设置是否合理及操作是否正常，对焦化厂生产具有重要意义。煤气输送管路一般分为出炉煤气管路（炼焦车间吸气管至煤气净化的最后设备）和回炉煤气管路；若焦炉用高炉煤气加热，还有自炼铁厂至炼焦焦炉的高炉煤气管路。这些管路的合理设置与维护都是至关重要的。1.煤气管道的管径选择管道的管径一般根据煤气流量及适宜流速按下列公式确定：第一节煤气输送系统wVDS360042m2或，m（3—1）式中：S—煤气管道截面积，m2；D—煤气管道管径，m；w—选用的煤气流速m/s；V—实际煤气量，m3/h。wVD36004第一节煤气输送系统当焦炉的生产能力和配煤质量一定时，炼焦煤气量V干即为一定。对于煤气管道同部位的实际流量V，可按下式计算：，m3/h（3—2）式中：K—把1m3干煤气换算成在t℃和101.3kPa下被水汽所饱和的煤气体积系数（见附录1）P—煤气的表压（当煤气压力低于大气压力时P取负值），kPa。PKVV3.1013.101干第一节煤气输送系统由式3-1可知，当选用的煤气流速大时，管道直径可减小，钢材耗量也相应降低，节省基建投资，但这会使管路阻力增大，因而鼓风机的动力消耗也随之增大；当流速小时，情况则相反。所以，所选用的适宜流速应该是折旧费、维修费和操作费构成的总费用最低，对应的流速需多方案计算确定，一般设计中是根据长期积累的丰富经验确定；也可用试差法选择适宜的煤气流速，为了确定适宜的煤气管道管径，可按表3-2所列数据选用适宜流速。使计算的管道直径与煤气流速符合表3—2的对应数据。第一节煤气输送系统对于吸气主管，允许流速是指除去冷凝液所占截面积后的流速。对于φ800以上的煤气管道．较短的直管可取较高的流速，一般可取为14m／s。第一节煤气输送系统２.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10‰，鼓风机前后煤气管道顺煤气流向倾斜度为5‰，逆煤气流向为7‰，饱和器后至粗苯工序前煤气管道逆煤气流向倾斜度为7～15‰。３.管路的热延伸和补偿管路随季节的变化以及管内介质和保温情况的不同，都有温度的变化。当温度升高和降低时，管路必然发生膨胀或收缩变化，变化的数值可由计算得出。第一节煤气输送系统如果管路可以自由的变形，则不会产生热应力。但实际管路是固定地安装在支架和设备上，它的长度不能随温度任意变化，因此会产生热应力(可由计算确定)，此热应力作用于管路两端的管托或与管路连接的设备上。在装牢的管路上，如温度变化所引起的热应力大于材料的抗张应力(或抗压应力)，则因热应力过大会导致煤气管的焊缝破裂、法兰脱落或管子弯曲变形。因此，在温度变化较大的管路上不得将其装牢，并需采用一种能承受管路热变形的装置，即热膨胀补偿器。在焦炉煤气管道上一般采用填料函式补偿器，在高炉煤气管道上一般采用鼓式补偿器。直径较小的煤气管道可用U管自动补偿，对于小型焦化厂的煤气管道，由于直径较小、转弯较多等特点，则可以充分利用弯管的自动补偿。第一节煤气输送系统4.安装自动放散装置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如图3-1。该装置由带煤气放散管的水封槽和缓冲槽组成，当煤气运行压力略高于放散水封压力(两槽水位差)时，水封槽水位下降，水由连通管流入缓冲槽，煤气自动冲破水封放散；当煤气压力恢复到规定值时，缓冲槽的水靠位差迅速流回水封槽，自动恢复水封功能。水封高度用液面调节器按煤气压力调节到规定液面。煤气放散会污染大气，随着电子技术的发展。带自动点火的焦炉煤气放散装置，将取代水封式煤气放散装置，煤气放散压力根据鼓风机吸力调节的敏感程度确定，以保持焦炉集气管煤气压力的规定值。5.其他辅助设施第一节煤气输送系统第二节鼓风机及其操作性能一、离心式鼓风机1.离心式鼓风机的构造及工作原理离心式鼓风机又称涡轮式或透平式鼓风机，由电动机或汽轮机驱动。其构造如图3—2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，增加了动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，煤气即被不断吸入。由叶轮甩出的煤气速度很高，当进入环形空隙后速度减小，其部分动能变成静压能，并沿导叶轮通道进入第二叶轮，产生与第一叶轮及环隙相同的作用，煤气的静压能再次得到提高，经出口连接管被送入管路中。煤气的压力是在转子的各个叶轮作用下．并经过能量转换而得到提高。第二节鼓风机及其操作性能图3-2离心鼓风机示意图第二节鼓风机及其操作性能显然，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。大型离心鼓风机转速在5000r/min以上，电动机驱动时，需设增速器以提高转速。离心式鼓风机按进口煤气流量的大小有150、300、750、900和1200m3/min等各种规格，产生的总压头为29.5~34.3Kpa。2.鼓风机输气能力及轴功率的计算焦化厂所需鼓风机的输气能力可根据煤气发生量按下式计算：第二节鼓风机及其操作性能m3/h（3—3）式中V一鼓风机前煤气的实际体积流量，m3/h；K一每吨干煤的煤气发生量，m3；B一干煤装入量，t/h；T一鼓风机前煤气的热力学温度，K；Ｐ一大气压力，kPa；ＰＳ一鼓风机前煤气中的水汽分压，kPa；Ｐ机前—鼓风机前吸力，kPa；—焦炉装入煤的不均衡系数，取为1.1。273)(3.101sppPKBTV机前第二节鼓风机及其操作性能焦化厂鼓风机的输气能力及压头必须能承受焦炉所发生的最大煤气量的负荷，所以在确定鼓风机的输气能力时，应取在最短结焦时间下每吨干煤的最大煤气发生量进行计算，并记入焦炉装煤的不均衡系数。煤气鼓风机轴功率可按绝热压缩过程所耗的功来计算，即，对理想气体可导出所需理论轴功率，积分，可得：21PPTVdPN第二节鼓风机及其操作性能kW（3—4）式中P1—鼓风机吸入口的绝对压力，kPa；P2—鼓风机出口的绝对压力，kPa；V1—进入鼓风机的煤气实际体积流量，m3/h；K—气体的定压热容Cp和定容热容CV的比值，即，对于炼焦煤气K=1.37。式（3—4）也可写成：kW（3—5）36001]1)[(111211KKTPPVPKKN1)[(1003.127.012113PPVPNT第二节鼓风机及其操作性能由于①煤气非理想气体需要修正；②煤气进出鼓风机、流过鼓风机非理想性（流速大小和方向变化及伴随这些变化生产的涡流等）的产生阻力；③鼓风机壁面散热，对煤气温度的影响；④鼓风机本身的机械消耗等因素的影响，需对理论轴功率NT进行校正，引入作为综合效率。显然，除与煤气物性有关外，还与鼓风机的设计、制造、安装水平等多种因素有关，各国不同厂家，时代的值不同。此处取=0.786,则鼓风机实际轴功率（简称轴功率）为：（3—6）TNN第二节鼓风机及其操作性能将式（3—5）和值带入式（3—6）有：kW(3—7)随着科学技术的发展，中国鼓风机综合技术水平会不断提高，值也会逐步增大。鼓风机所需原动机功率要大于计算所得轴功率，如以蒸汽透平机为原动机时，需增15％，如为电动机时，需增20％～30％。由上式可知，鼓风机轴功率主要取决于鼓风机前的煤气实际体积。显然，如初冷器后集合温度高，将使鼓风机功率消耗显著增大。1)[(1031.127.012113PPVPN第二节鼓风机及其操作性能当煤气初冷器采用串联流程时，由于阻力增大，鼓风机前吸力增大，煤气在鼓风机内的压缩比（P2/P1）较并联流程增大，因之轴功率也随之增加。但在串联流程中，集合温度降低，进鼓风机的煤气实际体积相应变小，因而串联系统的鼓风机功率消耗比并联流程只增3％左右。另外，为了降低鼓风机的功率消耗，吸气管的管径不宜过小和过长，在操作中注意吸气管和初冷器的堵塞。第二节鼓风机及其操作性能3.煤气在鼓风机中的温升在离心式鼓风机内，煤气被压缩所产生的热量，绝大部分被煤气吸收，只有小部分热量散失。因此，煤气在鼓风机内的压缩过程可以近似地视为绝热过程。经压缩后的煤气最终温度，可按下式计算：(3—8)式中T1及T2—分别为气体压缩前后的热力学温度，K。将炼焦煤气的K值代入上式可得：(3—9)KKPPTT11212)(27.01212)(PPTT第二节鼓风机及其操作性能或煤气经过鼓风机的温升（3—10）正如鼓风机轴功率N计算中所述，此式是由理想气体绝热压缩导出的。实际操作中机壳散热损失，使△t减小的因素；但煤气被风机吸入至排出需要的轴功率比理想过程的轴功率大，多消耗的功转变成了热，则是煤气△t升高的因素