毕业论文年产150万吨焦化厂鼓冷工段工艺设计（可编辑）

1、 学 号:毕业设计说明书设计题目:年产150万吨焦化厂鼓冷工段设计 学生姓名: 专业班级: 学 院: 指导教师: 提交日期:年月日摘 要 本设计介绍了年产150万吨焦炉鼓冷工段工艺,根据设计任务书要求,对鼓冷原理进行了解,并分析工艺流程,做出选择比较,设计中对整个鼓冷工艺进行了详细的物料衡算和热量衡算,并对其主要设备及管道进行了计算和选型,同时对环境保护及节约能源方面做了一定的分析。设计中采用的是间冷-直冷相结合的工艺流程,配有设计说明书一本,附图纸3张,采用autocad制作,设计最后还附有结束语和相关参考文献。说明书包括:煤气初冷概述;工艺流程的选择;物料衡算和热量衡算;主要设备计算和选型

2、;主要物料管道计算及选型;环境保护及节能。图纸包括:鼓冷工艺带控制点的工艺流程图;关键设备装配图;主要设备立面布置图, 关键词: 粗煤气;鼓冷;初冷;设计目 录 第一章文献概述1 1.1 煤化工发展简史1 1.2 煤气初冷的目的和意义2 第二章工艺流程选择3 2.1间接冷却3 2.2直接冷却4 2.3间冷-直冷混合冷却5 第三章设备的选择7 3.1 初冷器7 3.2 鼓风机9 3.3 电捕焦油器11 3.4 机械化氨水澄清槽13 第四章 工艺计算14 4.1 热量衡算和物料衡算14 4.2 主要设备计算30 4.2.1 初冷器的工艺计算30 4.2.2 鼓风机的工艺计算,选型36 4.2.3

3、电捕焦油器的工艺计算,选型38 4.2.4 集气管的计算40 4.2.5 机械化氨水澄清槽的计算,选型41 4.2.6 中间槽的计算42 第五章 设备一览表.43 第六章 非工艺设计条件.44 6.1土建设计条件44 6.2供电照明45 6.3 仪表控制条件46 6.4 采暖通风48 6.5 给排水设计条件48 6.6 分析化验设计条件49 参考文献 50谢 辞 51 第一章 概 述1.1 煤化工发展简史 煤化工的发展始于18世纪后半叶,19世纪形成了完整的煤化学工业体系。进入20世纪,许多有机化学品多以煤为原料生产,煤化学工业成为化学工业的重要组成部分。18世纪中叶,由于工业革命的进展,炼铁

4、炼钢用焦炭的需求增大,炼焦化学工业应运而生。 世界化石能源包括煤炭、石油、天然气资源比较丰富,是当今的主要能源。由于石油天然气的的储量少,用量大,且不断的涨价,煤炭在世界能源构成中的比重将不断的加大,必然要由煤生产气体燃料,液体燃料和化学品。 煤炭是中国的主要能源,也是许多重要化工产品的主要原料。随着中国社会经济持续、高速发展,近年来能源、化工产品的需求也出现较高的增长速度,煤化工在中国能源、化工领域中已占有重要地位。中国煤化工的发展对发挥丰富的煤炭资源优势,补充国内油、气资源不足和满足对化工产品的需求,保障能源安全,促进经济的可持续发展,具有现实和长远的意义。新型煤化工在中国正面临新的发展机

5、遇和长远的发展前景。煤炭焦化、煤气化已是中国主要的煤化工产业,随着技术、经济的发展和市场的巨大需求,煤炭焦化、煤气化一甲醇及下游化工产品等将得到快速发展。 中国未来煤化工的发展方向是在传统煤化工稳定发展的同时,加大力度发展可替代石油的洁净能源与化工品的新型煤化工技术,并建成技术先进、大规模、多种工艺集成的新型煤化工企业或产业基地。先进的催化合成技术、分离技术、生物化工技术、节能与环保技术、材料与大型工业装备制造技术等是新型煤化工的发展基础。在引进和吸收工业发达国家先进技术的同时,发展适合国内需求的、具有自主知识产权的新技术和新装备制造能力,是实现跨越式技术发展和产业化持续发展的战略需求。目前,

6、中国新型煤化工总体上还处于发展初期,未来20年是其技术开发、工业化建设和产业发展的重要时期。1.2 煤气初步冷却的目的和意义 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,二是使焦油和氨水分离,并脱除焦油渣。 煤气的初步冷却分两步进行:第一步是来自焦炉的出煤气(650-800)在集气管及桥管中用大量循环氨水喷洒,使煤气冷却到80-90;使60%左右的焦油蒸汽冷凝下来。第二步再在煤气初冷器中冷却,使残余焦油和大部分水汽冷凝下

7、来,可将煤气冷却到25-35。 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。为了回收化学产品和净化煤气,便于加工利用,必须要对粗煤气的分离。来自焦炉中的粗煤气含有水汽和焦油蒸汽等,需要进行初步冷却,分理处焦油和水,以便把煤气输送到回收车间后续工序和进一步利用。 第二章鼓风冷凝工艺流程选择 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。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

8、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。间冷-直冷混合冷却是结合间冷、制冷的优点相结合的方法。 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。本设计采用的是横管式间冷工艺流程。2.1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。 横管式煤气初冷器冷却,煤气走管间,从上向下流动;冷却水走管内,由下向上流动。用焦油氨水混合液喷洒,不仅可在管外形成液膜,提高传质效果,而且可以从上而下冲洗传热管,防止萘和焦

9、油的沉积,除萘效果比立管式好。再加上横管式冷却器提高了冷却水的流速,一般可达1-2m/s,煤气流速也可达到0.5-0.7m/s,且煤气与冷凝液的流向相同。因此。总传热系数可高达836-1672kj/m2?h?,几乎比立管式冷却器高出一倍多,从而可大幅度降低冷却器的换热面积。密集的冷却管束还可以起到分离焦油雾和水雾的挡板作用。 2.2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

10、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

11、损失。 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。2.3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

12、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

13、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。 直冷空喷塔内喷洒用的洗涤液在冷却煤气同时,还吸收硫化氢、氨及萘等,并逐渐为萘饱和。采用螺旋板换热器来冷却闭路循环的洗涤液,可以减轻由于萘的沉积而造成的堵塞。在采用氨水混合分离系统时,循环氨水中挥发的浓度相对增加,而循环氨水

14、的温度又高,因而氨的挥发损失将增大。为防止氨的挥发损失及减少污染,澄清槽和液体槽宜采用封闭系统,并设置排气洗净塔,以净化由槽内排除的气体。 煤气的直接冷却是在直接冷却塔内,由煤气和冷却水直接接触传热而完成的。此法不仅冷却了煤气,且具有净化煤气的良好、设备结构简单、造价低及煤气阻力小等优点。间冷、直冷结合的煤气初冷工艺即是将二者优点结合的方法,在国内外大型焦化已得到采用。 第三章设备的选择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

15、接初冷器 如图3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。由图可知,六个煤气流道的横断面积是不一样的,这是因为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76mm×3mm。 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

16、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,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

17、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萘在煤气中的饱和浓度。3.1.2 横管式间接初冷器 如图4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

18、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54mm×3mm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。

19、 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。3.2 鼓风机 焦化厂焦炉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鼓风机,用于中型和小型焦炉。在此设计中,我选择了离心式鼓风机。下面介绍的是此两种鼓风机的构造及优缺点。3.2.1 离心式鼓风机 离心式鼓风机又称涡轮式或透平式鼓风机,由电动机或气轮机驱动。其构造如图5所示: 离心式鼓风机由导叶机,

20、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,再离心的作用下,增加了动能并被甩向叶轮外边的环行空隙,于是在叶轮中心边形成负压,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,煤气的进静压能再次得到提高,经出口连接送入管路中。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的。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就越大,则出口煤气的压力就越高。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

21、机按进口煤气流量的大小有150m3/min, 300m3/min, 750m3/min, 900m3/min,和1200m3/min等各种规格,产生的总压头为29.534.3kpa。3.2.2 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

22、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,其生产能力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,

23、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。3.3 电捕焦油器 焦油雾是在煤气冷却过程中形成的,它以内充煤气的焦油气泡状态或极细小的焦油滴存在于煤气中。焦油雾的清除对化产回收工段的设备及操作极为重要。清除焦油雾的方法很多,但从焦油雾滴的大小及所要求的净化程度来看,采用电捕焦油器最为经济可靠,效率可达98%以上。3.3.1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

24、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

25、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

26、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。3.3.2 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7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

27、,以利于排放。 电捕焦油器顶部设有三个绝缘箱,高压电源由此引入。为了防止煤气中焦油、萘及水气等在绝缘子上冷凝沉淀,一是将压力略高于煤气压力的氮气充入绝缘箱底部,使煤气不能接触绝缘子内表面;二是在绝缘箱内设有蛇管蒸汽加热器或电加热器,是箱内空间温度保持在80-110之间,并在绝缘箱顶部设调节温度用的排气阀,在绝缘箱底设有与大气相通的气孔。这样既能防止结露,又能调节绝缘箱的温度。除管式电捕焦油器外还有同心圆板式和蜂窝式电捕焦油器。同心圆板式适用于小型厂。蜂窝式电捕焦油器的沉淀极由许多正六边型组成,沉淀极的极间距略有不同。与管式沉淀极相比它的拉杆不占据沉淀极管内电晕极位置,整个蜂窝体内没有电场空穴,

28、有效空间利用率高,净化效率可达99.8-99.9%。3.4 机械化氨水澄清槽结构、特点 机械化焦油氨水澄清槽是一端为斜底,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9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0.5 m的木挡板。为了防止悬浮

29、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,氨水的澄清时间一般为半小时。 机械化氨水澄清槽有效容积一般为210m3, 187m3, 142m3 三种。以187m3为例,列出主要技术特性如下: 长/m 16.2 刮板输送机速度/(m/h) 1.74 宽/m 4.5 电动机功率/kw 2.2 高/m 3.7 氨水停留时间/min20 设备质量/t 46.7 第四章 工艺计算4.1 热量衡算和物料衡算主要操作指标煤气温度 初冷器前 80-86 初冷器后 25-35 鼓风机后 40-45初冷器前冷却水温度 循环水25-30 低温水18-20初冷器后冷却水

30、温度 循环水45 低温水25-30煤气压力 kpa 初冷气后 -4.13-5.394 鼓风机后 118.9-125.8回收部分计算的原始数据(150万吨/年)每小时装入干煤量 200吨/时装入煤水分 10%化学产品产率(对装入干煤)煤气发生量 360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%炼焦煤气组成(体积)%h256.9ch4 26.7co 6.5n24.7co 2.4cmhm2.3o20.54.1.1 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: 200×222.2 t/h装入煤带水量: 222.2-200

31、22.2 t/h(1) 进入集气管的物料(kg/h)干煤气200×360×0.46633552水蒸气200000×0.022+2220026600焦油气200000×0.039 7800粗苯气200000×0.011 2200硫化氢200000×0.0025500氨 200000×0.003600合计 71252干煤气密度:(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按体积计的物料为 米3/时 干煤气 200×36072000 水蒸气 26600×33102.2 焦油气 7800×1027.8 粗苯气 2200×593.7 硫化氢 500× 氨600× 合计107843.7 其中: 170?焦油平均分子量 85?粗苯平均分子量 34?硫化氢分子量(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: 7800×0.64680kg/h或 1027.8×0.4411.1 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

33、的蒸发水量m是在热平衡中确定的。表1 集气管的物料组成 物料名称输入输出kg/hm3/hkg/hm3/h干煤气33552720003355272000水蒸气2660033102.226600+m33102.2+1.24m焦油气78001027.83120411.1粗苯气2200593.72200593.7硫化氢500329.4500329.4氨600790.6600790.6合计71252107843.766572+m107432.6+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

34、入口温度为660,干煤气比热为: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)水蒸气带入热量 q226600×2487+2.02×660101617320 kj/h式中:2487 ? 0时水蒸气的焓,kj/kg 2.02 ? 水蒸气在0

35、-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+0.392×10-3×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 2200×1.91×660 2773320 kj/h(5) 硫化氢带入的热量 q5 5

36、00×1.15×660 379500 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 600×2.61×660 1033560 kj/h式中: 2.61 ? 氨的比热,kj/?煤气输入的热量: q1 q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 77948006.4+101617320+12835680+2773320+379500+1033560 196587386.4kj/h2. 循环氨水带入的热量q2q2 w1t1式中: w1 ? 循环氨水,?/h t1 ? 循环氨水温度,每吨干煤所用循环

37、氨水量5-6米3/时,则: w1 200×6 1200m3/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× 233.3 毫米汞柱相应的露点温度为72取循环氨水的实际温度 t1 77 q21200×1000×77×4.18 386232000 kj/h则总输入量: q入 q1 + q2 196587386.4 + 386232000 582819386.4 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

38、为83.9,干煤气在0-83.9的平均比热为: 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) 水蒸气带出的热量 q2 26600+m×2487+1.83×83.9 70237300 + 2640.5m 式中:

39、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+0.392×10-3×83.9×4.18 1.41kj/? q3 3120×367.8+1.41×83.9 1516628.9 kj/h4 粗苯气带走的热量粗苯气的比热:cb 1.152kj/?q4 2200×1.152×83.9 212636.2 kj/h式中: 83 ? 粗苯气的平均分子量(5)氨带走的热量 q5 600×2.11×83.9 106217.4 kj/?式中: 2.11 ? 氨的比热,kj/?(6)

40、硫化氢带走的热量 q6 500×0.995×83.9 41740.2 kj/?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 8439408.37+70237300+2640.5m+1516628.9+212636.2+106217.4 +41740.2 80512190.9 + 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 + 0.31×10-3×80×4.18 1.471kj

41、/?则q4 (984000 - m)×4.18 + 3837.6×1.471×80 (329501208.8 - 334.4m)kj/h3. 集气管周围散热损失 q5 q5 (1 + 2)× f ×(t1 ? t2)式中: 1 + 2 ? 集气管壁对空气的对流和辐射?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+0.209×100) 54.34 kj/?h? t2? 空气温度,取25 f ? 集气管总的外表面积,? 按下式求出: f 2dl

42、2×3.14×1.3×50 408.2 ?式中: d ? 集气管的直径,m l ? 集气管长度,m 2 ? 焦炉座数 则散热量为: q5 54.34×408.2×(100-25) 1663619 kj/h所以,总的输出量为: q 出 q3 + q4 + q5 80512190.9 + 2640.5m +(329501208.8 ? 334.4m)+ 1663619 411677018.7 + 2306.1m令 q 入 q 出则有: 582819386.4 411677018.7+ 2306.1m m 74212.9 ?/h 或 74212.9&

43、#215; 92353.8 标米3/时集气管出口煤气总体积: 107432.6 + 92353.8 199786.4标米3/时集气管煤气出口水蒸气体积: 33102.2+ 92353.8 125456标米3/时集气管出口煤气中水蒸气分压: p 760× 477汞柱相应煤气出口温度84.1383.9(露点),与假设相符。集气管的物料平衡见表-2,热平衡见表-3。表2 集气管的物料平衡输入输出物料名称 千克/时 标米3/时千克/时标米3/时干煤气 2502.04 7200025602.0472000水蒸气 2660033102.255016.968465.5焦油气 78001027.82

44、558.4336.8粗苯气 2200486.92200486.9硫化氢 500329.4500329.4氨600790.6600 790.6小计 56512.0484326.986634.34125147.6循环氨水984000?950791.1?焦油 ? ?3837.6 ?总计 1040512.04 ? 1040512.04 ?表3 集气管的热平衡(kj/h)物料名称 输入热量 输出热量 干煤气59478659.33 6439737.45水蒸气83310921.6145269931.5焦油气10525257.61243635.7粗苯气2274122.4 174361.65硫化氢311190

45、34227氨 847519.2 87098.3小计 156747670.1153248991.9循环氨水316710240 317944543.8焦油 ? 451608.77集气管热损失 ? 1663619合计 473457910.1 473308763.54.1.2 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: 55016.9-22445772.9 kg/h 或 68465.5-279265673.5 m3/h入初冷器的煤气带入的热量为:153248991.9-51

46、00486148148505.9 kj/h 本塔采用三段冷却流程,第一段煤气从82.9冷却到65;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4 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25602.04 72000水蒸气52772.965673.5焦油气2558.4 336.8粗苯气2200486.9硫化氢500 329.4氨 600 790.6 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

47、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

48、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

49、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 2600.3 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: 26600 ? 2472.3 19335.7 kg/h需要补充到循环氨

50、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 , co222.7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5 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

51、.047200025557.5454917.3水蒸气52772.965673.52472.33076.6焦油气2558.4336.8?粗苯气2200486.92200486.9硫化氢500329.4365.5240.8氨600790.6388511.3小计83639.34122355.630587.3459232.9水?50300.6?溶解气体?193189焦油?2558.4336.8总计83639.34?83639.34?二.横管初冷器的热量衡算通过上面的计算,我们确定了物料在初冷器中的基本运行情况,下面我们要通过热量衡算来确定横管初冷器各段所需的冷却水量。第一段初冷器的热量衡算(采暖循环水段)输入热量1. 煤气的带入热量:q1 148148505.9 kj/h