横管式初冷器积萘的改进措施

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2021年08月07日

摘要。本文分析了焦炉煤气鼓风冷凝工段横管式初冷器在运行中存在的问题，提出了相应的改进措施和日常管理控制措施，改进后运行效果良好，保证了后续工序正常生产。

关键词：横管式初冷器；积萘；阻力；温度；清洗一前言

首钢京唐钢铁联合有限公司焦化一期工程煤气净化车间负责净化两套2*70孔7.63m复热式焦炉。每套焦炉产生的12.5万立/小时荒煤气，并回收各种化学产品。鼓风冷凝作业区有8台并联冷却面积为9000平方米的横管式初冷器对煤气进行冷却。2021年投产，两年以后初冷器总阻力增长快，煤气出口温度超标，阻力最高可达到4000pa温度最高达到28度，初冷器后煤气管道内部和电捕焦油器内部积萘和焦油杂质严重阻力大，最后导致停工用氨水、蒸汽清洗整个工艺。下文对煤气初冷器存在的问题及原因进行了分析，对煤气初冷器的适宜运行方式进行了探讨，并提出了一些改进的建议。

二工艺简介

来自焦炉的荒煤气与焦油氨水混合物进过气液分离器分离后，82度荒煤气由上部出来，进入并联操作的横管式初冷器，分别用65度余热水、33度循环水、16度低温水、将煤气冷却至20-23度。由横管初冷器下部排出的煤气，进入并联操作的电捕焦油器，除去煤气中夹带的焦油，在由煤气风机压送至硫胺、粗苯、脱硫、进入煤气管网。为了保证初冷器冷却效果，在其顶部用热氨水不定期冲洗，以清除管壁

上的焦油、萘的杂质。65度余热水用余热水泵经横管初冷器上段换热到75度送到脱硫作业区循环使用。初冷器带有断塔盘，将初冷器分为上下两段。上段排出的冷凝液经水封槽流入上段冷凝液槽，用上段冷凝液泵将一部分送到初冷器上段喷洒，多余部分送到焦油渣预分离器。下段排出的冷凝液经水封流入下段冷凝液槽，用下段冷凝液泵送到初冷器下段喷洒，多余的部分经交通管满流到上段冷凝液槽。在焦油氨水分离槽的焦油氨水分界面处取出焦油氨水混合物，其中还有约30-50%的焦油自流到上下段冷凝液泵入口，工艺流程如图一。

图一：改造前初冷器工艺流程图

三原工艺中存在的问题

1.喷洒液流量低，喷洒液管堵塞。

横管煤气初冷器不仅肩负煤气冷却，还有循环液洗萘、除萘的功

能，对于横管初冷器煤气与喷洒液并流，随着煤气温度的降低，冷凝喷洒液的温度也随之降低，萘在喷洒液中的溶解度随温度的降低不断的增加，因而，初冷器喷洒液与煤气并流冷却的过程中，对煤气中的萘始终有较高的吸收推动力。据资料介绍，50度以上时萘几乎不从煤气中析出，当低于50时将会有大量析出，横管初冷器分三段，下段用16度低温水冷却，在下段有大量的萘析出。这需要大量的焦油氨水混合物冲刷溶解吸收，设备喷淋量小，将会达不到冲刷吸收的效果，易造成初冷器下段的堵塞。原设计为3开1备单台上段喷洒液流量为30-50m3/h，下段喷洒液流量为130-150m3/h。但在实际生产的情况下验证其喷洒量远小于此设定值，下段水封冷凝液流出量很小，上下段各有7根直径50mm的喷洒液管经常有堵塞，流量也无变化不能及时发现进行处理。造成了喷洒盲区，也降低了喷洒液洗涤的效果。

2.喷洒液品质差造成初冷器阻力大温度高，经常倒用清洗。原设计横管初冷器下段排出的冷凝液经水封槽流入下段冷凝液槽，并在对入一定量的焦油氨水分离槽相界面的焦油氨水混合物，再用下段冷凝液泵送至初冷器下段喷洒，多余部分经交通管满流到上段冷凝液槽。但是，由于密度的不同在循环喷洒的过程中密度较大的焦油溶解萘后逐渐在下段冷凝液槽的下部沉积，通过交通管满流入上段冷凝液槽的主要是密度小的氨水和轻质油类。所以下段冷凝液含轻质焦油少，造成了下段冷凝液含萘高，冷凝液黏度大，喷洒时挂在初冷器下段冷却水管上，导致初冷器煤气阻力增大，换热效果差煤气出口温度增高，需要3天左右就要清洗初冷器，清洗时发现初冷器阻力明

显增大，要四台初冷器逐个清洗。因为下段蒸汽吹扫下来的的焦油和萘是满流到上段冷凝液槽的没有及时排出，又被下段冷凝液泵送到其它运转的初冷器喷洒。初冷器后煤气温度高、含萘增加造成恶性循环非常不利于后续工艺生产。

3.初冷器设计方面

煤气经循环水冷却后经断塔盘进入下段低温水段无煤气温度监测，无法有效的控制煤气温度。萘大部分都在下段析出。下段也无氨水冲洗只有蒸汽吹扫清理手段，当冷却水管上有大量积萘、焦油焦粉等杂质粘附时，蒸汽吹扫使油垢变硬变粘，在一定程度上不利于油垢的彻底清除。

4.初冷器出口管道

初冷器阻力高或煤气出口温度高，用热煤气清洗初冷器或用热氨水蒸汽清洗初冷器时，洗下的焦油萘等杂质进入了喷洒液，导致初冷器洗萘效果差，从而初冷器煤气出口管道内严重积萘、焦油的杂质。用锤子敲击该管道声音异常。但因无备用管道无法停产进行清除，需要在线处理。

四初冷器改造措施

1.改造初冷器上下段喷洒液管，增加喷洒孔截面积。将原来的直径为6mm的孔扩大到直径为10-12mm的孔，上下段喷洒液泵入口加装上直径为6mm的过滤网。确保喷洒液内的杂质不堵塞喷洒液管，在根据下段水封槽冷凝液流出量调节下段喷洒液量，使喷洒液达到最大化，更好的去除下段煤气中的萘。

2.在下段冷凝液槽底部增设两台冷凝液外排泵。将下段冷凝液槽低部沉积下来的重质焦油、萘杂质等物连续抽到焦油氨水分离槽。依靠泵的出口截门控制排出量，如下段水封槽回液较粘稠含萘高，可加大冷凝液外排泵排出量曾加焦油氨水分离槽过来的焦油氨水混合物。焦油氨水分离槽是由上中下三点送出的焦油氨水混合物，可以及时调节焦油、氨水的比例，更好的控制冷凝液中含焦油量在30%-50%。

3.初冷器断塔盘处加装了煤气温度监测计，及时调节循环水将进入下段的煤气温度控制在35度以上。使煤气中的萘在初冷器各段均匀析出，防止严重堵塞一段喷洒液无法及时洗下。在初冷器下段喷洒液管入口处加装了热氨水管，使下段清洗时能用氨水冲洗，更好的去除下段冷却水管上的焦油、萘、焦粉的材质。避免了蒸汽吹扫时油垢变硬变粘，不易排出的问题。

4.初冷器在下段冷凝液排出口加了一个清洗排液槽和一台清洗排出泵。在初冷器氨水清洗时把清洗下来的下段液改进清洗排出槽直接打到焦油氨水分离槽，不在进入下段冷凝液槽，使下段喷洒液不在恶性循环。这样就不用四台初冷器逐个停下清洗了，只清洗阻力高的初冷器即可。减轻了员工的劳动强度，也有利于后续工艺的生产。

5.初冷器煤气出口管道内严重积萘、焦油等杂质。在出口煤气管道顶部加装了3个热氨水冲洗口，用热氨水将底部焦油、萘等杂质融化流入初冷器内，跟下段冷凝液一起排入下段冷凝液槽。又在煤气管道上加装保温，使冬季煤气管道内的焦油、萘能够排出，保障了煤气管道畅通。

改造后的流程如图二所示。

图二：改造后初冷器流程图

五初冷器的日常管理操作措施

1.每班要对下段冷凝液水封回液进行检查，在确保水封畅通等情况下，使喷洒液达到最大化。根据回液中焦油、氨水含量多少，及时调节冷凝液外排泵排出量和焦油氨水分离槽送入下段的焦油氨水混合液量。确保下段冷凝液含焦油在30%-50%内。下段喷洒液槽温度控制在35-40度，夏季温度降低到30-35度。

2.初冷器上段循环水上水温度控制在30-33度，回水不高于45度。将初冷器上段经断塔盘进入下段煤气温度控制在35度。

3.将初冷器总阻力控制在小于1000pa，各初冷器煤气出口温度控制在20-23度。发现总初冷器阻力超标或出口煤气温度高于23度时开

低温水仍不达标，及时关闭阻力高或温度高的出口截门用热氨水冲洗4-6小时后开启。在冲洗前一定要把所冲洗初冷器下段排液管倒到进冲洗液排出槽。

4.每班要检查上下段喷洒液管，发现过夜不畅及时用蒸汽吹扫。保证喷洒液管畅通消除喷洒盲区，提高喷淋密度。

5.每月定期用热氨水冲洗一次煤气出口管道内沉积的焦油、萘等杂质，冲洗时间为1小时。一步有四台初冷器每周一停用一台初冷器用热氨水冲洗4-6小时开启。

六结论

初冷器在长期运行中由于喷洒液量小、质量差或工艺控制不当造成阻力增加，煤气出口温度超标，操作效果恶化。本次改造增加了喷洒液流量，清洗氨水和清洗液排出系统，还有下段冷凝液排出泵，改善了喷洒液质量和喷洒液效果，使喷洒液不在恶性循环，降低了初冷器的冲洗频率，有效的降低了后续煤气中的焦油萘含量，优化了整个煤气系统，给焦炉稳定生产和煤气后续回收工艺提供了有力保障。

第二篇：横管式煤气初冷器洗萘工艺的改进横管式煤气初冷器洗萘工艺的改进

刘三军侯国杰（安阳钢铁集团公司，安阳455004）

陈文虎（山西安泰集团机焦厂，安阳455004）

安阳钢铁公司焦化厂回收车间的煤气净化系统于2021年9月建成投产，是6m焦炉的配套工程，设计煤气处理量为5.28万m3/h。冷凝鼓风工段煤气初冷器采用3台高效横管冷却器，将煤气从82℃冷却到21～22℃。横管初冷器上段排出的冷凝液经水封槽流入上段冷凝液槽，用上段冷凝液泵将冷凝液再送至初冷器上段喷洒，多余部分送入气液分离器前的吸煤气管道。横管初冷器下段排出的冷凝液经水封槽流入下段冷凝液槽，并在此兑入一定量的焦油氨水分离槽相界面的乳浊液，再用下段冷凝液泵送至初冷器下段喷洒，多余部分经交通管流入上段冷凝液槽。为了保证初冷器冷却效果，在其顶部用热氨水不定期冲洗，以清除管壁上的焦油、萘等杂质，见图1。

图1

改进前的洗萘工艺

1－-横管初冷器；2－下段液封槽；3－上段液封槽；4－下段循环液槽；5－上段循环液槽；

6－下段喷洒泵；7－上段喷洒泵。

存在问题

鼓风冷凝工段有3台横管初冷器（2开1备），以满足初冷后煤气集合温度不大于22℃的生产需要。但投产后不久，初冷器的阻力上升很快，经常在3kpa以上，因阻力太高，频繁倒换初冷器，并进行蒸汽清扫，生产很被动。另外，由于冷凝液中含萘量较高，造成上、下段冷凝液水封槽的管路时常堵塞，冷凝液满流到地面上，使狭小的操作区域环境恶劣。2021年1月，2个上段冷凝液水封槽和上段冷凝液槽被冷凝液中的萘积满堵死，差点把冷凝液吸入鼓风机而危及安全生产。为此，我们及时调查分析事故原因，提出了整改方案，取得了理想效果。

原因分析

（1）上段冷却循环水量大，煤气温度控制过低。由于只有7号焦炉的煤气发生量，且初冷器上段循环冷却水上水管与回水管间没有交通支管连接，无法对上段被冷却煤气进行精确控制，致使初冷器上段煤气被冷却到30℃左右。煤气中的大量萘凝聚在初冷器上段，蒸汽处理时通过断液盘进入水封槽和冷凝液槽。

（2）循环液中焦油补充量少且不连续。原设计横管初冷器下段排出的冷凝液经水封槽流入下段冷凝液槽，并在此兑入一定量的焦油氨水分离槽相界面的乳浊液，再用下段冷凝液泵送至初冷器下段喷洒，多余部分经交通管满流入上段冷凝液槽。但是，由于密度的不同，在循环喷洒过程中密度较大焦油溶解萘后逐渐在下段冷凝液槽的下部沉积，通过交通管满流入上段冷凝液槽的主要是密度较小的氨水和轻质油类（上段煤气冷凝液中主要也是氨水），这样就大大降低了上段循环液的溶萘效果。

另外，由于只有7号焦炉生产，焦油、焦油渣及氨水的产生量也只有设计值的50%，焦油氨水分离槽自动连续排焦油的功能没有重视，实际执行的是阶段式间接排焦油制度。因此，在下段冷凝液槽兑入的一定量焦油氨水分离槽相界面的乳浊液中，焦油含量很少且不连续。所以，上下段循环液中能溶解萘的焦油含量都得不到保证。

（3）下段循环液中萘的累积。煤气中萘的露点温度是50～52℃，故煤气中的萘很大一部分是在初冷器下段结晶析出。下段循环喷洒的冷凝液量必然逐渐增加，而通过交通管满流入上段冷凝液槽的主要是密度较小的氨水和轻质油类，使下段循环冷凝液中的萘含量越来越多。降低了溶萘洗涤效果，导致初冷器阻力居高不下。

改进措施及效果3.1改进措施

（1）初冷器上段循环冷却水上水管与回水管间加带阀门的交通支管，利用循环冷却水走旁通的方法，将横管初冷器上段的煤气温度控制在40～45℃。

（2）取消横管初冷器的水封槽。直接取消了3台横管初冷器上、下段的水封槽，让初冷器上段冷凝液直接进入上段冷凝液槽，让下段冷凝液直接进入下段冷凝液槽。原冷凝液槽、冷凝液泵和水封槽都布置在电捕焦油器与横管初冷器之间，空间狭窄，几乎没有操作和检修空间。去掉水封槽后，极大扩展了操作和检修空间，操作环境得以改善。

（3）增大循环洗液焦油补充量，实现连续补充。恢复焦油氨水分离槽自动连续排焦油的功能，以保证补充的相界面乳浊液的成分稳定。在保证循环氨水质量的前提下，适当提高了焦油排出口的高度，实现相界面的4个排出口中，上面2个排出乳浊液的同时，下面2个排出口可调，排出的粗焦油补充到下段循环液中，保证下段循环液中的焦油含量不低于30%，在保持良好流动性下，增加循环喷洒液的溶萘能力。同时，将电捕焦油器的捕集液由排入地下槽改为从水封槽引入冷凝液槽，使循环喷洒液中的焦油含量增加约0.5t/h。

（4）将焦油氨水分离槽相界面排出的含50%焦油的乳浊液直接引入下段循环喷洒泵的进口。将入冷凝液槽的乳浊液补充管道直接接到下段循环喷洒泵进口管道上。这样，当初冷器下段阻力上升明显时，可以及时逐步增大乳浊液中的焦油含量，使焦油含量高的循环液在短时间内直接溶解冲刷管道上的萘；待下段阻力明显下降后，再调节乳浊液中的焦油含量恢复正常。循环时间短，调节手段简单直接。

（5）将上、下段喷洒管位置进行交换，回液管道位置不变。如图2所示，由原下段循环喷洒泵直接去上段喷洒；上段喷洒液进入原上段冷凝液槽。由原上段循环喷洒泵直接去下段喷洒，在泵入口接乳浊液补充管道，下段喷洒液进入原下段冷凝液槽。上段循环液多余部分经交通管反流入下段冷凝液槽，下段冷凝液多余部分改由原下段循环喷洒泵出口送至吸煤气管道。

3.2改进效果

经上述改进后，取得了明显效果。首先充分利用了补充焦油，清洗溶解初冷器上、下段管壁集挂物，减小萘的结晶沉积，完全可以省去水封槽出口管道增大的改造；第二，使初冷器上、下段喷洒液的温度都能控制在40～50℃，与煤气的温差不大，保证了萘在焦油中的溶解速度；第三，循环液多余部分改由原下段循环喷洒泵出口送入吸煤气管道，在保持系统的液相平衡的同时，对下段冷凝液槽混合液的萘含量可控制在5％以下。

图2

改进后的洗萘工艺

1－横管初冷器；2－下段冷凝液槽；3－上段冷凝液槽；4－上段喷洒泵；5－下段喷洒泵。

初冷器的改造是与生产同时进行的，历时2个月。洗萘工艺改造完成后，在确保煤气的冷却效果和安全输送条件下，实现了冷凝液流程畅通，操作控制简单方便，降低了电耗和煤气的无组织放散。特别是在2021年6月8号焦炉投产后，横管初冷器满负荷运行的情况下，没有因阻力过大而停用处理过，阻力保持小于1kpa，器后煤气集合温度21～23℃，综合经济效益可观。

结论

（1）横管初冷器的萘堵塞是常见的问题。初冷器清扫是不可或缺的手段，清扫方法要恰当，要避免萘及同系物的恶性循环。

（2）扩大喷洒管上喷洒孔孔径是必要的措施；在喷洒管上增设单独控制阀、增设蒸汽清扫支管是较好的方法。

（3）焦油氨水分离槽自动连续排焦油是基础，调节好相界面乳浊液中的焦油比例是洗萘系统高效运行的关键

第三篇：浅析焦化厂初冷器的应用和改进3.26--xdz--runningman湖北经济学院本科毕业（设计）论文

浅析焦化厂初冷器的应用和改进

摘要

本文主要介绍了焦化厂初冷器的基本结构和简单应用。并分别分析了横管式初冷器和立管式初冷器的优缺点，提出相应的改进意见。并认为横管初冷器因其结构更加成熟，操作相对简单，传热效率高，成本较低等优点而具有非常广泛的应用前景。

关键词：初冷器；特点；改进措施

abstractthisarticlemainlyintroducedthebasicstructureandsimpleapplicationofprimarycoolerincokingplant.andthenweanalyzedtheadvantagesanddisadvantagesofthehorizontalandverticalprimarycoolerrespectively.andputforwardthecorrespondingimprovements.becauseofitsstructureisrelativelysimpleoperation，highheattransferefficiency，lowcostadvantageanditsmorematuretechnologyforhorizontalprimarycooler，wethinkithasaverybroadapplicationprospects.

keywords：primarycooler；character；improvementaction

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目录

1初冷器介绍..........................................................................................32管式煤气初冷器的传热过程...............................................................32.1传热过程.....................................................................................32.2传热特点.....................................................................................33横管式初冷器......................................................................................43.1横管式初冷器基本结构..............................................................43.2横管初冷器工作特点..................................................................63.3横管初冷器优缺点......................................................................63.4横管初冷器改进措施..................................................................74立管式初冷器和直接初冷器...............................................................84.1直接初冷器简介..........................................................................84.2立管式初冷器基本结构及特点..................................................84.3立管式初冷器结构改进............................................................105结束语................................................................................................10参考文献...............................................................................................11

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1初冷器介绍

炼焦化学工业是煤炭化学工业的一个重要部分，其为我国的经济发展做出了突出贡献，但随着环保观念的逐渐深入，焦化厂对有毒有害气体的吸收越来越受到外界的关注。初冷器是用来冷却热气体的设备，是鼓风冷凝工段的主体设备，能够有效的降低某些易冷却气体的排放，是煤气公司或其它化工公司必备的辅助设备之一。而其冷却效果的好坏，以及冷凝系统的安全稳定性，对整个煤气净化系统影响很大，甚至会对整个炼焦工业起决定性质作用[1-5]。

煤炭在焦化的过程中，煤气管出来的煤气主要有大量的煤焦油，水蒸气和其他一些杂质，总体温度为90摄氏度左右[6]，初冷器的使用能够有效将焦妒的荒煤气冷却下来，减少气体体积，降低气体的排放量，节省煤气输送动力，从而有效保护环境。同时也为回收产品创造条件，使其他类化学品更容易提纯，总之使用初冷器是化工生产中不可或缺的过程。

2管式煤气初冷器的传热过程2.1传热过程

为应对环境保护的时代要求，煤气冷却技术早已从直接混合冷却发展到间接管式冷却阶段，其简单可以描述为，煤气和冷凝液体分别走不同的管道，从俄日使其到达冷却煤气的同时，也有利于各组分的回收[7-12]。但因煤气中除含有氢气，一氧化碳和氮气等不凝气体外，还含有一定的水蒸汽、焦油蒸汽等可凝性气体，以及煤气在冷却过程中是需要一个过程的，并不会瞬间完成，使得煤气的冷却过程是相当复杂的。在这个过程中，存在着不凝气体的冷却、蒸汽的冷凝以及冷凝液的冷却三个过程，一般来讲，在最初的煤气组成中，可凝性气体重量为不可凝气体的两倍，而冷凝之后只有不可凝气体的六分之一左右。整个过程不凝气也具有一定的冷却过程整个过程需要很多理论来支持，才能对整个生产过程做出积极的指导。

2.2传热特点

管式煤气初冷器的传热过程在煤气侧的变化情况是，在煤气刚开始冷却时，煤气与冷凝液的温差最大，其给热系数也最大，煤气下降1℃产生的冷凝液量和放出热量也最大。但随着传热的不断进行，煤气温度不断降低，并逐渐接近冷凝液

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的温度，煤气的湿含量也不断降低。各个组成部分的平均温差也逐渐缩小，致使整个设备的传热系数也不断降低，至出口处达到最低值，气入口和出口温度冷却水入口和出口温度都可以根据生产条件和要求确定的，这样就给生产带来一定的理论指导。生活中我们知道冷却一杯热水的最快速方法应为不断往杯壁上充凉水，使其快速与杯内热水进行热交换。而在实际化工生产中也应考虑到冷却水的量及水的流速等问题。当然，平时的化学实验我们知道水的流速越大，水的冷却效果越好，其给热系数相应的也会增大。在管式煤气初冷器的传热过程，水速的大小取决于冷却器的程数和各程的流通面积，水速还要受阻力与设备结构的制约，有时候也会受到实际的一些经济因素的影响。一般的水流速限制在0.5米每秒就基本可以达到生产要求[8-11]。

3横管式初冷器

3.1横管式初冷器基本结构

煤气自焦炉集气管沿吸煤气管道至化工生产车间，其稳定为90度左右，不能满足排放标准，经汽液分离器分离后的煤气冷却至80度左右，再用初冷器进一步冷却至30度室温。一般的初冷器结构为煤气走壳程，冷却水走管程，且较多采用的是两段冷却流程，高温段冷却水循环使用[12.13]。横管式冷却器是应用最广泛的种冷却器，目前也很少有焦化厂再使用竖管冷却器了，其基本结构如图1和图2，该结构是在之前使用广泛的结构之一。

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图1横管初冷器的基本工艺流程图

图2横管初冷器结构

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首先从焦炉来的焦油氨水与煤气的混合物进入企业分离器进行初步分离，之后进入初冷器的上段，用循环水将煤气冷却到45度，这时候是经过互不关联的多台初冷器扫吹的结果，冷却后的煤气并联进入电捕焦油器，补集焦油雾滴后的煤气至鼓风机进行加压，加压后煤气运输至脱硫等回收阶段[14，15]。横管初冷器在设计时都会采用煤气和冷凝液由上往下同向流动的结构，这对于沉积萘处理有很大的有点，防止冷凝液再次蒸发的同时，对萘的冲洗起到积极作用。

3.2横管初冷器工作特点

横管初冷器是一个带有换热管水平布置的热交换设备，壳管的垂直布置使其具有直立长方形的外壳，横管式冷却器的工作特点为其冷却能力和效率很大，更有利于蒸汽的冷凝，蒸汽在化工生产中不仅量大，还具有一定的危险性。由于横管式初冷器管道布置水平密集，且可以与煤气错流分布，其整体布置具有一定的理论指导，从而能产生强烈的流动，传热系数本身就优于竖立管初冷器，其煤气可冷却到出口温度和循环水温度相差2度[16]。冷却效率和冷却均匀程度都达到了理想效果。横管初冷器结构较为复杂，拆卸也需要一定的空间才能完成，初冷器内挂萘严重，阻力较大，也是不可避免的问题。而对于水管结构等常见现象较难清洗，对水质的要求也相应较高，含萘低是其基本要求之一[17]。

3.3横管初冷器优缺点

横管初冷器最显而易见的缺点莫过于其清洗的复杂性，其设备由于结垢原因清洗的次数也在非常频繁，清洗时机器必须停止，再加上法兰阀的拆卸困难，使其在一定程度上限制了横管初冷器的使用效率。另一方面横管初冷器本身占有的空间也许有一定的优势，但其拆卸过程必须要留有足够的空间才能顺利进行，使其空间利用效率并不比立管式初冷器大。另外横管初冷器管子短，钻孔数量和管板面积较为集中，单位传热面积的耗钢量高于立管式煤气初冷器，这样从刚的利用角度来看，恒管初冷器有一定的劣势。最后横管初冷器要求其在初始阶段水流速度较高，对能源的消耗不容忽略[18-21]。

作为最广泛使用的冷却方法，横管式冷却器有点也很明显。其结构特征决定了煤气自上至下流动，起到冲洗、溶解萘和氨的作用，且与冷凝液并流，接触面积和时间的加大，使其传热效率是立管式的三倍多，冷却器中密集的横排冷却

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水管迫使荒煤气产生撞击和湍动，并被均匀冷却。而法兰盖密封的结构，操作方便，结构紧凑，可以有效的增加循环水的流速，同时水处于水平流动也不可能产生环流现象，冷却水用量少，循环快，生产相对稳定[22]。对煤气的冷却净化效果好，直立长方体结构，水箱在两侧，环境污染小，造价较低也是其突出的有点。

3.4横管初冷器改进措施

横管初冷器早已获得广泛应用，其在结构上面的改进并没有太大进展，我们应尽量在使用时对其进行更多的维护，或提高初冷器预热利用效率。比如讲第一段冷却水的预热用于取暖，其技术要求不是很高，还能解决寒冷地区采暖要求水温高而煤气集合温度要求低之间的矛盾[23-24]。初冷器运行多年后阻力增大，只要将新系统初冷水回水在旧系统冷却塔上水管上接点，即可为新、旧两个系统共用，操作简单，也能很好的提高水的利用效率。为杜绝初冷器内挂萘严重而造成的煤气分布不均衡，应对其进行定期除垢，并按照要求严格控制各段的温度，以利于初冷器内喷洒的冷凝液更好的冲洗下初冷器横管上所挂萘油，也能防止初冷器清扫时流出的萘油析出结块，保持初冷器换热的高效性和长效性。降低初冷器煤气入口温度，有利于减轻初冷器湿煤气的冷却负荷，可以在初冷前使用空气冷却设备，可以减少循环工艺水量，从而可降低建设费用和供水与水处理设施的经济开支。另外增加煤气二段直接初冷流程，这样在冷却煤气的同时，还可将煤气中所夹带的部分萘除去，具有净化煤气的良好效果，对后面洗氨、洗苯过程及减少设备腐蚀，都是有好处的[25]。最后可以在初冷器布置断塔盘装置，其作用为由初冷器及时引出高萘混合液，对下段煤气除萘操作起到一定积极作用。水蒸汽和焦油汽在管壁上冷凝下来后会沿着管壁向下流动，在一定很度上会降低传热效率，断塔盘装置可以有效将冷凝液排出初冷器，从而稳定了传热效率。初冷器腐蚀主要为电化学腐蚀和微生物腐蚀，因此可以针对性的采用先进的防腐涂料，有效地减轻了初冷器管束的腐蚀和穿孔。另外为防止某些螯合物沉积在金属表面，也可加入高效的缓蚀剂抑制碳酸钙等水垢的生成。为防止设备阻力过大带来的能量损耗，可控制焦炉操作指标，尽可能地降低入炉煤的细度，降低炉顶空间温度。要加强轻焦油补放系统的操作，确保设备负荷控制合理的溶液组分，加强清扫制度，定期采用热氨水和热煤气清扫[26-30]。

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4立管式初冷器和直接初冷器4.1直接初冷器简介

直接初冷器结构和原理非常简单，即将焦化产生的煤焦油气和水蒸气直接与冷凝水混合，从而达到冷却的目的。这是最直接也是效果最好的一种冷却方法。但其缺点也很明显，比如不利于化学品的有效回收。混合的水具有一定量的化工产品，使其冷凝水不能有效的循环利用[31-33]。冷凝之后的混合液体也很难处理，难以达到环保要求，使其早已被淘汰出市场，只有在焦化产业刚刚兴起之时才有少量厂家大量采用，但其设备简单，冷凝效率最高也是不可磨灭的有点，为以后其他种类初冷器的改进奠定利润一定基础。

4.2立管式初冷器基本结构及特点

立管式初冷器是间接冷却的另外一种形式，其是介于横管式初冷器的一些缺点而逐渐发展起来，具有一定的使用范围。横管初冷器清扫水管时必须停产，过多的法兰阀门的拆卸也很繁琐，需要留有一定的空间才能完成相应的操作。横管式煤气初冷器单位传热面积的耗钢量高于立管式煤气初冷器[35]，再加上过多的占地面积和复杂的结构使其有时候并不能显示足够的优势，为立管式初冷器的发展提供了契机。

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图3立管式初冷器的正视和俯视图

图4立管式初冷器工艺流程

图4中为立管式初冷器工艺流程，其基本的冷去原理及步骤与前文所述大致相同[35，27，13]，其中气液分离器是实现煤气与焦油和焦油渣等组分分离的装置，电捕焦油器是用来除去初冷器出来的煤气中绝大部分焦油雾装置，机械化焦油氨水澄清槽是通过静置澄清将氨水，焦油和焦油渣进行分层，这是利用各自密度不同而进行的分离装置。我国最初使用的立管式初冷器是沿袭上世纪40年代苏联设计的，其最大问题就是水侧各程流通面积分配不合理，使其资源利用效率非常低。之后我国工程师对其进行了一定的改进，因为煤气流过初冷器时，煤气侧从入口至出口各程流通面积逐程缩小，温度逐步降低，并冷凝出液体，其含水汽量也不断减少，煤气的体积流量逐渐减小[36]。为使煤气在各流道中的流速保持大致温度，及维持气速恒定，从而使得沿冷却水流向，各流道的横断面积依次递增。但气速的大小，对整个煤气的给热系数影响不大，所以在出口处又不希望加大气速，以防增大雾沫夹带，其沿煤气流向，各流道的横断面积依次递减。

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4.3立管式初冷器结构改进

图2是一种改进之后的立管式初冷器工艺流程图，增加了电捕油器，可以有效防止成雾状焦油带至下一工序，而之前由于使煤气冷却由控制水速而呈渐冷方式，只能依靠使用离心式鼓风机不能很好的达到效果，具有一定的缺陷。另外，由于最低速的水程正处于煤气温度最高、冷凝热最大处，使其对之后的传热产生较大的影响，其传热系数和温差的不断缩小导致其无法与横管式相比，故该处水的环流也最严重，这也是它的结构缺陷所至，但我们仍然可以对其进行一定量的改进，以充分发挥自身的优势[37-40]。

鉴于其整个结构特征，我们应设法使水速的提高能够最充分发挥其提高总的传热效果的作用，以改变煤气侧给热系数，或者是使水速的高低随着传热系数的大小而变化。简单的实现方法为在煤气入口处尽量提高冷凝水流速，在煤气出口处冷凝水对整个冷却系统影响较小，可以适当减小流速。具体的实现措施可以为在各流通面积相等时，尽可能的增加管长，并使煤气上进下出，增加煤气的通道数。相应的水速提高及管子加长会使水的阻力降提高，这也是我们应该注意的问题，其限制水速的和水管的无限增长。另外在保持流速不变的情况下调节水侧各程通道的流通面积比，使煤气侧给热系数高的位置也恰是水速高即水的给热系数大的位置，这样整个初冷器的传热系数就提高了，

5结束语

煤气在初冷器的冷却是焦化生产中重要的过程之一，其过程非常复杂，包括水蒸气和焦油气的冷凝，冷凝液的冷却等主要过程，其涉及到化工生产的诸多原理，是对流给热和热传导的综合传热过程。这个过程不仅有温度的梯度变化，还伴随着传热系数的梯度变化。而横管式初冷器由于传热效率高，生产成本低，操作简单等优点，一直是焦化生产中的主要初冷设备，但其在整个实际应用中也伴随着一定的问题，如阻力增大，初冷器的腐蚀与防护，洗萘效率等。随着科学技术的发展及节能减排观念的逐步深入，相信在不久的将来横管粗冷却器会有新的发展。

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致谢

在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢。

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第四篇：碟管式反渗透工艺用在垃圾渗透液处理中的优缺点分析及改进措施碟管式反渗透（dtro）工艺用在垃圾渗透液处理中的优缺点分析及改进措施

来源：城市建设理论研究

摘要。dtro是种先进的反渗透膜，具有独特的结构形式，在垃圾渗透液处理中使用越来越广泛，取得较好效果，但也存在一些问题。本文通过对国内、外dtro工艺运行中的优、缺点进行分析，对dtro工艺存在的问题提出改进措施。

关键词：垃圾渗透液;dtro;优缺点分析;改进措施

中图分类号：g353文献标识码：a

analysisandimprovementmeasuresaboutdtrousedinleachatetreatment

liuzhongwei1zhangzhirong2

（1.guangxiurban-ruralplanningdesigninstitute，nanning530022，china;

2.guangxitransportationresearchinstitute，nanning530007，china）

abstract：dtro，anadvancedromembranewithspecialstructureform，isusedmoreandmoreinleachatetreatmentandgotagoodeffect，buttherearealsosomeproblems.basedontheanalysisonthedtrousedinleachatetreatmentdomesticandforeign，thepaperraisedtheimprovementmeasures.

keywords：leachate;dtro;analysisonstrengthsandweaknesses;improvementmeasures

1渗透液水质特点

垃圾渗透液是一种成分复杂的高浓度有机废水，含有多种毒性物质和致癌物质，是世界公认的污染威胁大、性质复杂、难以处理的高浓度废水。本文由一体化垃圾渗透液处理设备厂家广东春雷环境工程有限公司采编，如有侵权请告知。

渗透液的水质与进入填埋场的垃圾类别有直接联系，发达国家如德国、日本垃圾分类较好。以使用dtro工艺较多的德国为例，德国垃圾填埋场对有机质的填埋比例进行了严格限制，因此bod5很低，典型的渗透液成分如下：

表1德国垃圾渗透液水质

table1leachatequalityingermany

指标电导率

（μs/cm）bod5

（mg/l）cod

（mg/l）nh3-n（mg/l）

数值15000~20210300~5003000~50001500~2021

我国除北京、上海、深圳等少数城市做了垃圾分类试点以外，其它绝大部分城市垃圾没有分类，同时我国各地气象条件各异域，因此我国垃圾渗透液的水质与德国比，相差较大，有如下特点：

1）、填埋初期nh3-n浓度高，可以到3000mg/l以上，bod5/cod值较高可达0.5以上，可生化性好，碳源充足，较易处理。

2）、随着填埋时间的变化（通常5年左右），bod5的浓度快速下降、cod的浓度缓慢下降，仍然保持较高浓度，bod5/cod值较低，可生化性差，部分有机物（中等分子量的灰黄霉酸类物质）难生物降解;nh3-n浓度保持在1000mg/l左右，c/n比低，处理难度大。

3）、重金属。一般渗透液中的重金属含量很低，不会超过排放标准，但当工业垃圾与生活垃圾混合填埋时，重金属溶出数量会增加，与各地实际情况有关。

我国垃圾渗透液水质与德国相差很大，bod5浓度高很多，可生化性相对要好，特别是填埋初期。

2dtro工艺分析

从2021年7月1日起，现有的所有渗透液处理出水按新标准《生活垃圾填埋场污染控制标准》（gb16889-2021）执行，新标准对cod，总氮、重金属及外运处理等方面提出了更为严格的要求，根据渗透液的水质特点，有机物和氨氮是国家排放标准规定的两个主要去除目标，它决定了渗透液处理工艺的建设成本和运行费用。

2021年4月1日起实施的《生活垃圾填埋场渗透液处理工程技术规范》（hj564-2021），提出了“生化处理+膜过滤”的原则性处理流程。

目前大多数垃圾填埋场滤液处理工艺为以下两种。全膜过滤（dtro）工艺和“生化处理+膜过滤”工艺，本文主要对全膜过滤（dtro）工艺进行分析。本文由一体化垃圾渗透液处理设备厂家广东春雷环境工程有限公司采编，如有侵权请告知。

2.1国外dtro工艺运行情况

1988年颇尔水技术公司在德国首次推出dtro装置用于垃圾渗透液处理，在德国应用较多，因此以德国的实际应用为例进行介绍。德国垃圾填埋场对有机质的填埋比例进行了严格限制，渗透液成分相对简单，收集的垃圾渗透液一般先经过预处理，再进入反渗透系统，同时对浓缩液进行处理，该技术取得了很好的应用效果，典型工艺流程如下：

图一德国典型dtro处理工艺流程

fig.1technologicalprocessofdtroingermany

2.2国内dtro工艺运行情况

两级dtro工艺流程及水量平衡图如下（q为清水产量，dtro产水率按80%计算）：

图二dtro工艺水量平衡

fig.2waterbudgetindtroprocess

两级dtro系统具有