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上海鼓风机厂焦炉罗茨鼓风机:炼焦化产回收教案

  原标题:炼焦化产回收教案

  第一章 绪论

  第一节 炼焦化学产品概述

  一、炼焦化学

  炼焦化学是研究以煤为原料,经高温干馏获得焦炭和荒煤气,并用经济合理的方法将荒煤气分离和精制成化学产品的技术和工艺原理的学科。以煤为原料,经过高温干馏生产焦炭,同时获得煤气、煤焦油、并回收其他化工产品的工业是炼焦化学工业。

  二、炼焦化学产品

  煤是一种结构复杂的由很多苯环缩合起来的多环结构物质,煤中的价键以碳原子结合为主,氢、氧、氮、硫等原子镶嵌在苯环之间。

  在加热时能黏结成块的煤种,通常称之为炼焦煤。炼焦煤于炼焦炉内在隔绝空气高温加热条件下,煤质发生一系列的变化,除生成固态焦炭外,还裂解生成挥发性产物简称为荒煤气。荒煤气中含有许多各种化合物,包括常温下的气态物质如氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等;C1~C 6直链烃类和氢等裂解成焦炉煤气的主要成分。

  第二节 炼焦化学产品的生成与组成和产率

  一、炼焦化学产品的生成

  煤料在焦炉炭化室内进行高温干馏时,煤质发生了一系列的物理化学变化。

  装入煤在200℃以下蒸出表面水分,同时析出吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等气体;随温度升高至250~300℃,煤的大分子端部含氧化合物开始分解,生成二氧化碳、水和酚类,这些酚主要是高级酚;至约500℃时,煤的大分子芳香族稠环化合物侧链断裂和分解,产生气体和液体,煤质软化熔融,形成气、固、液三相共存黏稠状的胶质体、并生成脂肪烃,同时释放出氢。

  在600℃前从胶质层析出的和部分从半焦中析出的蒸汽和气体称为初次分解产物主要含有甲烷,二氧化碳、—氧化碳、化合水及初焦油,氢含量很低。

  通过赤热焦炭和沿炭化室炉墙向上流动的气体和蒸汽,因受高温而发生环烷烃和烷烃的芳构化过程(生成芳香烃)并析出氢气,从而生成二次热裂解产物。

  当发生二次热裂解时,碳氢化合物分子结构会发生以下几种变化:

  (a)C-C键断裂引起结构缩小反应。

  (b)C-H键裂解引起脱氢反应。

  (c)按异构化进行的重排反应。

  (d) 聚合、歧化、缩合引起的结构增大反应。

  通过上述许多复杂反应和其他反应,煤气中的甲烷和重烃(主要为乙烯)的含量降低,氢的含量增高,煤气的密度变小,并形成一定量的氨,苯族烃、萘和蒽等,在炭化室顶部空间最终形成一定组成的焦炉煤气。

  二、炼焦化学产品的组成

  炼焦配煤在炭化室内经过一系列的物理变化和化学变化最终形成焦炭,排放出一定组成的荒煤气。

  荒煤气中除净焦炉煤气外的主要组成(g/m3):

  经回收化学产品和净化后的煤气,称为净焦炉煤气,也称回炉煤气。

  三、炼焦化学产品的产率

  炼焦化学产品的数量和组成随炼焦温度和原料煤质量的不同而波动。在工业生产条件下,煤料高温干馏时各种产物的产率,% (对干煤的质量):

  四、影响化学产品产率和组成的因素

  炼焦化学产品的产率取决于炼焦配煤的性质和炼焦过程的技术操作条件。

  1.配煤性质和组成的影响

  2.焦炉操作条件的影响

  炼焦温度、操作压力、挥发物在炉顶空间停留时间、焦炉内生成的石墨、焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化作用都影响炼焦化学产品的产率及组成,最主要的影响因素是炉墙温度(与结焦时间相关)和炭化室顶部空间温度(也称炉顶空间温度)。

  第三节 回收与加工化学产品的方法及典型流程

  从焦炉炭化室生成的荒煤气需在化产回收车间进行冷却、输送,回收焦油、氨、硫、苯族烃等化学产品,同时净化煤气。这一方面是为得到有用的化学产品,另一方面是为了便于煤气顺利地输送、储存和用户的使用。

  焦化厂一般采用冷却、冷凝的方法除去煤气中的焦油和水;利用鼓风机抽吸和加压输送煤气;用电捕方法除少量的焦油雾;煤气中其他成分的脱除大多采用吸收法;对于净化程度要求高的场合,可采用吸附法或冷冻法。

  一、在正压下操作的焦炉煤气处理系统

  1.正压操作系统

  焦炉煤气净化精制处理系统中鼓风机设在初冷器的后面。

  2 . 半负压操作系统

  焦炉煤气净化精制处理系统中鼓风机设在电捕焦油器的后面。

  二、在负压下操作的焦炉煤气处理系统

  在采用水洗氨的系统中,因洗氨塔操作温度尽可能低些(22~25℃)为宜,故鼓风机可设在煤气净化系统的最后面,这就是全负压工艺流程。

  三、粗苯加工生产流程系统

  粗苯工段生产的粗苯,经两苯塔分馏为轻苯和重苯。苯、甲苯、二甲苯的绝大部分和硫化物的大部分及50%的不饱和化合物聚集与轻苯中,苯乙烯、古马隆和茚等高沸点不饱和化合物聚集于重苯中。轻苯和重苯分别加工。

  四、焦油加工生产流程系统

  冷凝工段生产的煤焦油是具有刺激性臭味的黑色或黑褐色的黏稠状液体,其中含有上万种的物质,须经过予处理蒸馏切取组分集中的各种馏分,再对各种馏分用酸碱洗涤、蒸馏、聚合、结晶等方法进行处理提取纯产品。

  第二章 煤气的初冷和焦油氨水的分离

  焦炉煤气从炭化室经上升管逸出时的温度为650-750℃此时煤气中含有焦油气,苯族烃、水汽,氨、硫化氢、氰化氢,萘及其他化合物,为回收和处理这些化合物,首先应将煤气冷却,这是因为:

  1. 从煤气中回收化学产品和净化煤气时,多采用比较简单易行的冷凝,冷却法和吸收法,在较低的温度下(25~ 35℃)才能保证较高的回收率;

  2. 含有大量水汽的高温煤气体积大(例如由附表2查得0℃时lm3干煤气,在80℃经水蒸汽饱和后的体积2.429m3,而在25℃经水汽饱和的体积为1.126m。,前者比后者大1.16倍),显然所需输送煤气管道直径、鼓风机的输送能力和功率均增大,这是不经济的;

  3. 在煤气冷却过程中,不但有水汽冷凝,且大部分焦油和萘也被分离出来,部分硫化物,氰化物等腐蚀性介质溶于冷凝液中,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。在初冷器将煤气冷却到何种程度,随化学产品回收与煤气净化选用的工艺方法而异,经技术经济比较确定,例如若以硫酸或磷酸作为吸收剂,用化学吸收法除去煤气中的氨,初冷器后煤气温度可以高一些,一般为25~35℃;若以水作吸收剂,用物理吸收法除去煤气中的氨初冷后煤气温度要低些,一般为25℃以下。

  一、煤气在集气管内的冷却

  1. 煤气在集气管内冷却的机理

  煤气在桥管和集气管内冷却,是用表压为150~200kPa的循环氨水通过喷头强烈喷洒进行的

  当细雾状的氨水与煤气充分接触时,由于煤气温度很高而湿度又很低,故煤气放出大量显热,氨水大量蒸发,快速进行着传热和传质过程。传热过程推动力是煤气与氨水的温度差,所传递的热量为显热,是高温的煤气将热量传热传给低温的循环氨水。

  传热过程推动力是煤气与氨水的温度差,所传递的热量为显热,是高温的煤气将热量传热传给低温的循环氨水。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分压之差,氨水部分蒸发,煤气温度急剧降低,以供给氨水蒸发所需的潜热,此部分热量约占煤气冷却所放出总热量的75%~80%。另有约占所放出总热量10%的热量由集气管表面散失。

  通过上述冷却过程,煤气温度由650~750℃降至80 ~85 ℃,同时有60%左右的焦油气冷凝下来,含在煤气中的粉尘也被冲洗下来,有焦油渣产生。在集气管冷却煤气主要是靠氨水蒸发吸收需要的相变热使煤气显热减少温度降低,所以煤气温度可冷却至高于其最后达到的露点温度1~3℃。煤气的露点温度就是煤气被水汽饱和的温度,以是煤气在集气管中冷却的极限。

  2、煤气露点与煤气中水汽含量的关系

  煤气的冷却及所达到的露点温度同下列因素有关;在一般生产条件下,煤料水分每降低1%,露点温度可降低0.6 ~0.7 ℃。显然,降低煤料水分,对煤气的冷却很重要。

  二、煤气在集气管内冷却的技术要求

  1. 集气管技术操作指标

  (1)集气管在正常操作过程中用氨水而不用冷水喷洒,因冷水温度低不易蒸发,使煤气冷却效果不好,所带入的矿物杂质会增加沥青的灰分。此外,由于水温很低,使集气管底部剧烈冷却、冷凝的焦油黏度增大,易使集气管堵塞。氨水又有润滑性,便于焦油流动,可以防止煤气冷却过程中煤粉、焦粒、焦油混合形成的焦油渣因积聚,而堵塞煤气管道。

  (2)进入集气管前的煤气露点温度主要与装入煤的水分含量有关

  (3)对不同形式的焦炉所需的循环氨水量也有所不同,生产实践经验确定的定额数据为:对单集气管的焦炉,每吨干煤需5m3循环氨水,对双集气管焦炉需6m3的循环氨水。

  (4)集气管冷却操作中,应经常对设备进行清扫,保持循环氨水喷洒系统畅通,氨水压力、温度、循环量力求稳定。

  三、集气管的物料平衡与热平衡

  通过集气管的物料平衡和热平衡的计算,可以了解集气管内物料转移的情况以及求得冷却后的煤气温度。若冷却后的煤气温度已确定,就可以求得必需的循环氨水用量及其蒸发量。也可用以评定集气管操作好坏。

  第二节 煤气在初冷器的冷却

  煤气冷却和焦油蒸汽、水蒸汽的冷凝,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,简称为间接冷却器或间接冷却。由于冷却器的形式不同,煤气冷却所采取的流程也不同。

  煤气冷却的流程可分为间接冷却、直接冷却和间直混合冷却三种。

  一、煤气的间接初冷

  1. 立管式冷却器间接初冷工艺流程

  经气液分离后的煤气进入数台并联立管式间接冷却器,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,这个温度依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℃,在水洗氨生产系统中,则要求集合温度低于25℃。随着煤气的冷却,煤气中绝大部分焦油气、大部分水汽和萘在初冷器中被冷凝下来,萘溶解于焦油中。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。冷凝氨水中含有较多的挥发铵盐(NH3与H2S、HCH、H2CO3形成的铵盐,如 (NH4)S、NH4CN、(NH4)2CO3等),固定铵盐(如NH4C1、NH4CNS、(NH4)SO4和(NH4)S2O3等)的含量较少。当其溶液加热至100℃即分解的铵盐为挥发铵盐,需加热到220~250℃或有碱存在的情况下才能分解的铵盐叫固定铵盐。

  2.横管式冷却器间接初冷工艺流程

  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,—般分上中下三段,上段用循环氨水喷洒,中段和下段用冷凝液喷洒,根据上、中、下段冷凝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%;从上段和中段流至下段的冷凝液由45℃降至30℃的显热及喷洒的冷凝液冷却显热,约占总热负荷的60%;下段冷凝液的冷凝图2-5-1 横管式煤气初冷工艺流程潜热及冷却至30℃的显热,约占总热负荷20%;下段喷洒冷凝液的冷却显热,约占总热负荷20%。

  3.剩余氨水量的计算

  在氨水循环系统中,由于加入配煤水分和炼焦时产生的化合水,使氨水量增多而形成所谓的剩余氨水。这部分氨水从循环氨水泵出口管路上引出,送去蒸氨。

  显然,剩余氨水量取决于配煤水分和化合水的数量以及煤气初冷后集合温度的高低.

  煤气初冷的集合温度不宜偏高,否则会带来下列问题:

  ①煤气中水汽含量增多,体积变大,致使鼓风机能力不足,影响煤气正常输送。

  ②焦油气冷凝率降低,初冷后煤气中焦油含量增多,影响后续工序生产操作。

  ③在初冷器内,煤气冷却到一定程度(一般认为55℃)以下,萘蒸汽凝华呈细小薄片晶体析出,可溶入焦油中,温度愈低,煤气中萘蒸汽含量也愈少,当集合温度高时,煤气中含萘量将更显著增大。

  由上述可见,在煤气初冷操作中,必须保证初冷器后集合温度不高于规定值,并尽可能地脱除煤气中的萘。

  二、煤气的直接初冷

  煤气的直接初步冷却,是在直接冷却塔内由煤气和冷却水直接接触传热完成的。

  由吸气主管来的80~85℃的煤气,经过气液分离器进入并联的直接式初冷塔,用氨水喷洒冷却到25~28℃,然后由鼓风机送至捕焦油器,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、焦油和焦油渣,经焦油盒分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。澄清池底部的焦油流入焦油池,然后用泵抽送到焦油槽,再送往焦油车间加工处理。焦油盒底部的焦油渣由人工捞出。

  初冷塔底部流出的氨水和冷凝液经水封槽进入初冷循环氨水澄清池,与洗氨塔来的氨水混合并在澄清池与焦油进行分离。分离出来的焦油与上述焦油混合。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。

  煤气直接初冷,不但冷却了煤气,而且具有净化煤气的良好效果。某厂实测生产数据表明,在直接初冷塔内,可以洗去90%以上的焦油,80%左右的氨,60%以上的萘,以及约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。

  同煤气间接初冷相比,直接初冷还具有冷却效率较高, 煤气压力损失小,基建投资较少等优点。但也具有工艺流程较复杂。动力消耗较大,循环氨水冷却器易腐蚀易堵塞、各澄清池污染严重,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

  三、间冷和直冷结合的煤气初冷

  如前所述煤气的直接初冷,是在直接冷却塔内,由煤气和冷却水(经冷却后的氨水焦油混合液)直接触传热而完成的。此法不仅冷却了煤气,且具有净化煤气效果良好、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。

  自集气管来的荒煤气几乎为水蒸汽所饱和,水蒸汽热焓约占煤气总热焓的94%,所以煤气 在高温阶段冷却所放出的热量绝大部分为水蒸汽冷凝热,因而传热系数较高;而且在温度较高时(高于52℃),萘不会凝结造成设备堵塞。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,气体对壁面间的对流传热系数低,同时萘的凝结也易于造成堵塞。所以,此阶段宜采用直接冷却。

  第三节 焦油氨水的分离

  一、焦油氨水混合物的性质及分离要求

  在用循环氨水于集气管内喷洒荒煤气时,约60%的焦油冷凝下来,这种集气管焦油是重质焦油,其相对密度(20℃) 1.22左右,黏度较大,其中混有一定数量的焦油渣。

  煤气再初冷器中冷却,冷凝下来的焦油为轻质焦油。其轻组分含量较多。在两种氨水混合分离流程中,上述轻质焦油和重质焦油的混合物称之为混合焦油。混合焦油20℃密度可降至1.15~1.19kg/1,黏度比重质焦油减少20%~45%,焦油渣易于沉淀下来,混合焦油质量明显改善。但在焦油中仍存在一些浮焦油渣,给焦油分离带来一定困难。

  焦油的脱水直接受温度和循环氨水中固定铵盐含量的影响,在80~90℃和固定铵盐浓度较低情况下,焦油与氨水较易分离。因此,在独立的氨水分离系统中,集气管焦油脱水程度较差,而在采用混合氨水分离流程时,混合焦油的脱水程度较好,但只进行一步澄清分离仍不能达到要求的脱水程度,还须在焦油贮槽内保持80~90℃条件下进一步脱水。

  二、焦油氨水混合物的分离方法和流程

  三、焦油质量的控制

  焦油中水分、灰分、甲苯不溶物是焦油质量的重要指标,它主要取决于冷凝工序的生产操作。操作中应注意如下几点:

  (1)焦油氨水澄清槽内应保持—定的焦油层厚度,—般为1.5~2m,排出焦油时应连续均匀,不宜过快,要求夹带的氨水和焦油渣尽可能少,最好应装有自动控制装置。

  (2)严禁在焦油澄清槽内随意排入生产中的杂油、杂水,以利于焦油、氨水、焦油渣分层,便于分离。

  (3)静置脱水的焦油储槽,严格控制温度在80~90℃,保证静置时间在两昼夜以上。同时应按时放水,向精制车间送油时应均匀进行,且保持槽内有一定的库存量。

  (4)严格控制初冷器后的集合温度符合工艺要求,避免因增锦工机吸力而增加煤粉和焦粉的带入量。另外,焦炉操作应力求稳定,严格执行各项技术操作规定,尽量减少因煤粉、焦粉带入煤气而形成焦油渣,防止焦油氨水分离困难。

  (5)机械化氨水澄清槽氨水满流情况、焦油压油情况、油水界面升降,减速机、刮渣机运行情况保持正常。

  第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备

  一、煤气冷却设备

  1. 立管式间接冷却器

  2.横管式间接冷却器

  二、澄清分离设备

  焦油、氨水和焦油渣组成的液体混合物是一种悬浮液和乳浊液的混合物,焦油和氨水的密度差较大,容易分离。因此所采用的焦油氨水澄清分离设备多是根据分离粗悬浮液的沉降原理制作的。主要有卧式机械化氨水澄清槽、立式焦油氨水分离器、双锥形氨水分离器等。广泛应用的是卧式机械化氨水澄清槽。

  第三章 煤气的输送和焦油雾的清除

  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。

  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。

  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

  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

  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。

  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。

  4.安装自动放散装置

  5.其他辅助设施

  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。

  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。

  2.鼓风机输气能力及轴功率的计算

  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。

  二. 离心式鼓风机的性能与调节

  焦化厂中鼓风机操作非常重要,既要输送煤气,,又要保持炭化室和集气管的压力稳定。在正常生产情况下,集气管压力用压力自动调节机调节,但当调节范围不能满足生产变化的要求时,即须对鼓风机操作进行必要的调整鼓风机在一定转速下的生产能力与总压头之间有一定的关系,可用图3-3所示鼓风机Q—H特性曲线来表示。

  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。所以,B点右侧的特性曲线范围是鼓风机的稳定工作区,B点的左侧为鼓风机的不稳定工作区。

  当鼓风机的运行工况改变时,要用调节的手段使鼓风机处于稳定工作区,维护其稳定运行。常用的调节方法有以下几种:

  (1)改变转速。当改变鼓风机转速时,流量与性能曲线相应改变。此法调节范围宽,经济性好,是离心式鼓风机的最佳调节手段。

  (2)进口节流。调节鼓风机吸入口的阀门开度时,鼓风机的特性曲线随之改变。如图3-5所示 ,当吸入开闭器的开度变小时,鼓风机的不稳定工作范围随之变小,鼓风机的输送能力及总压头也均相应减小。此调节方法简单,适用于固定转速机组的调节,但由于鼓风机前吸力增大,会使压缩比(P2/P1)变大,则鼓风机轴功率消耗及煤气温升增高,故较少采用此法。

  (3)出口节流。调节鼓风机出口的阀门开度,调节方法简单,但经济性差,适用于小功率机组的调节。

  电动鼓风机如果用出入口开闭器进行调节时,应特别注意鼓风机电机电流的变化,一般操作电流不应小于电机额定电流的60%,以防止发生“飞动”现象。

  (4) 交通管调节。当煤气流量减少时,调节交通管的阀门开闭度,使一部分出口煤气返回吸入口,以维持鼓风机的正常运行。交通管调节有“大循环”和“小循环”两种方式。

  当鼓风机能力较大,而输送的煤气量较小时,为保证鼓风机工作稳定,可用如图3-6所示的小循环管来调节鼓风机的操作,按调节阀门的开度大小,使由鼓风机压出的煤气部分重新回到吸入管,这种方法称为“小循环”调节。

  当焦炉刚开工投产或因故大幅度延长结焦时间时煤气发生量过少,低于“小循环”调的限度时,则易采用“大循环”调节方法。

  如图3-7所示,“大循环”调节就是通过“大循环”调节阀门将鼓风机压出的部分煤气经煤气大循环管送到初冷器前的煤气管道中,经过冷却后,再回到鼓风机去。根据实际生产经验获知,当煤气量为鼓风机额定能力的1/4~1/3时,就需采用煤气“大循环”调节措施。显然“大循环”调节方法可较好地解决煤气温升过高的问题,但同样要增加鼓风机能量的消耗,同时会增加初冷器的负荷及冷却水的用量。如果进入鼓风机的煤气量过小时,经过风机多次循环后,鼓风机后煤气温度仍会发生升温过高,这时应适当调整鼓风机煤气出口开闭器开度,以防轴瓦损坏。

  三、 罗茨式鼓风机

  罗茨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,并将气缸分成两个工作室。两个转子装在两个互相平行的轴上,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。

  第四节 煤气中焦油雾的清除

  一、煤气中焦油雾的形成和清除目的

  煤气中的焦油雾是在煤气冷却过程中形成的。荒煤气中所含焦油蒸气80~120g/m3,在初冷过程中,除有绝大部分冷凝下来形成焦油液体外,还会形成焦油雾,以内充煤气的焦油气泡状态或极细小的焦油滴(φ1~17μm)存在于煤气中。由于焦油雾滴又轻又小,其沉降速度小于煤气运行速度,因而悬浮于煤气中并被煤气带走。

  初冷器后煤气中焦油雾的含量一般为2~5g/m3(立管初冷器后)或1.0~2.5g/m3(横管冷却器后或直接冷却塔后)。煤气中焦油雾需较彻底地清除,否则对化产回收操作产生严重影响。

  焦油雾在饱和器凝结下来,会使硫铵质量变坏,酸焦油增多,并可能使母液起泡沫,降低母液密度,而使煤气有从饱和器满流槽中冲出的危险;.焦油雾进入洗苯塔内,会使洗油质量变坏,影响粗苯的回收;当煤气进行脱除硫化氢时,焦油雾会使脱硫塔脱硫效率降低,对水洗氨系统,焦油雾会造成煤气脱萘效果差和洗氨塔的堵塞。因此,必须采用专门的设备予以清除,化产回收工艺要求煤气中所含焦油量最好低于0.02g/m3。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。

  二、电捕焦油器

  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,负离子向阳极移动。当电位差很高时,具有很大速度(超过临界速度)和动能的离子和电子与中性分子碰撞而产生新的离子(即发生碰撞电离),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,这不仅会引致电能损失,且能破坏净化操作。

  为了避免火花放电或发生电弧,应采用如图3-9(a ) 、(b)、(c)所示的不均匀电场。图中(a)为均匀电场;(b)为管式电捕焦油器所采用的不均匀电场,用金属圆管和沿管中心安装的拉紧导线作为正、负电极; (c)为环板式电捕焦油器采用的不均匀电场,是以同心圆环形金属板和设置其间的金属导线作为正负电极。

  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,因而绝缘电阻只在—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,导线周围产生电晕现象的空间称为电晕区,导线既成为电晕极。

  由于在电晕区内发生急剧的碰撞电离,形成了大量正、负离子。负离子的速度比正离子大(为正离子的1.37倍),所以电晕极常取为负极,圆管或环形金属板则取为正极,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,焦油雾滴只能成为带有负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,且电晕区内正负离子有中和作用,所以电晕极上沉积的焦油量很少,绝大部分焦油雾均在沉淀极沉积下来。煤气离子经在两极放电后,则重新转变成煤气分子,从电捕焦油器中逸出。

  初冷器后煤气中绝大部分焦油是以焦油雾的状态存在的,所以在电捕焦油器正常操作情况下,煤气中焦油雾可被除去99%左右。

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上海鼓风机厂焦炉罗茨鼓风机:鼓风机在冶金行业的应用及发展

  原标题:鼓风机在冶金行业的应用及发展

  一、鼓风机在冶金行业的应用

  风机在冶炼行业占有重要的位置。从矿石到炼制成钢要经过矿石烧结、炼铁和炼钢等主要冶炼过程,即钢铁冶炼的全部工艺流程中都需要风机。

  图1 冶金行业流程图

  1、烧结用风机

  冶炼用的矿石在冶炼之前对矿石要进行烧结,烧结要用烧结机,而烧结炉则需用烟气主抽风机和冷却通风机。

  2、焦炉煤气输送罗茨鼓风机

  焦炭是冶炼钢铁的主要燃料和还原剂,也是高炉中料粒的支撑剂和疏松剂,而炼焦炉内的煤气须经风机抽出后,一部分作为炼焦炉的燃料,一部分加压后送往钢厂作为燃料,另一部分用作生产其它副产品。

  焦炉煤气输送的典型代表产品是罗茨鼓风机其主要结构特点是机组由电动机、齿轮增速机、离心鼓风机、润滑系统和仪控系统组成。机壳为水平剖分式结构,轴承箱下面有横纵向定位键槽,以保持机体良好对中,并能适应机壳热膨胀;轴承箱与壳体铸成一体,增强刚度便于拆卸检修。

  转子由主轴、叶轮、隔套、平衡盘和半联轴器等组成;叶轮采用高强度合金钢焊接结构。

  轴承分为支撑轴承和止推轴承两部分,支撑轴承为椭圆瓦滑动轴承,止推轴承为米切尔双面止推滑动轴承。

  密封设在级间、叶轮进口、平衡盘外围及轴两端,均为迷宫式拉别令密封。

  图2 罗茨鼓风机

  3、高炉鼓风机

  在生铁冶炼过程中,必须用高炉鼓风机向高炉输送一定量助燃的空气(或氧气)以提高炉内温度。此外,还需要将燃烧空气送到热风炉里的离心通风机。

  氧气对钢铁工业在于强化冶炼过程。在炼钢方面用于氧气顶吹转炉炼钢,氧气底吹转炉炼钢,平炉熔池吹氧炼钢,电炉氧气炼钢等多种。特别是氧气顶吹转炉炼钢已成为钢铁工业飞跃发展的一条主要途径。炼钢用氧量非常之大,它是使用空气分离设备从空气中采用深度冷冻法而取得。每套制氧机中必须使用空气压缩机、氧气压缩机、加热鼓风机和透平膨胀机,即一般所称的”制氧四大机”。

  4、转炉二次烟气除尘风机

  转炉二次烟气除尘系统是指转炉烟气净化回收以外的各扬尘点的烟气收集和除尘。其中包括转炉兑铁、转炉吹炼、吹氩站、铁水扒渣站及铁水倒罐站等的烟气除尘。

  5、钢厂动力站用离心式压缩机

  离心压缩机是在引进技术的基础上开发的。主要特点是整体组装式结构,压缩机、齿轮箱、中间气体冷却器及润滑油系统用1个公用底座。进口设置有进口调节叶片,是优化压缩机非工况点运行性能的最经济的方法。进口调节叶片根据现场实际运行情况自动调节,可以在气流变化中实现压缩机出口的定压输出。

  6、化铁炉用风机

  除钢铁冶炼工艺过程中需用风机外,一般机械铸造工厂常用的化铁炉(如冲天炉、油炉及煤粉炉等),都需用鼓风机(高压通风机或鼓风机)压送足够的空气加以助燃。

  7、高炉煤气余压回收透平发电装置

  高炉煤气余压回收透平发电装置是利用高炉炉顶煤气压力能经透平膨胀作功,驱动发电机发电的能量回收装置。TRT装置既回收了原减压阀泄放的能量(约占高炉鼓风机所需能量的30%),又净化了煤气,并且改善了高炉炉顶压力的控制品质。

  二、未来的发展趋势

  冶金工业所用的风机种类尽管有许多种,但相对来讲有一定难度,能代表风机设计制造水平的可分为3种,即轴流式压缩机、烧结引风机和煤气输送罗茨鼓风机。这3种风机,国外的技术水平高于国内,国外的先进技术水平就是国内应积极努力的未来发展趋势。

  图3 冶金行业工作图

  1、轴流式压缩机

  轴流式压缩机具有效率高,容量大,性能调节范围宽等特点。目前国外1000m3以上的高炉皆采用轴流压缩机。作为高炉鼓风用的轴流压缩机,其流量已达10000m3/min,压力达0.69MPa,功率已达70000kW。

  近年来,为提高轴流压缩机的效率,国外多放在隔声、消声上,其措施是:(1)采用加厚铸造机壳,减弱噪声散射;(2)采用隔声罩和消声器,减少噪声扩散。利用电子计算机作为调节的中枢指令系统,实现轴流压缩机的调节自动化,运行最佳化。

  2、烧结引风机

  烧结引风机作为烧结机配套的主抽烟机,其耗电量大约占烧结厂总耗电量的50%以上。又因其输送的介质为烧结烟气,含尘量大,因此,提高效率,降低能耗,加强耐磨措施,提高使用寿命,仍是烧结引风机的主要技术课题。

  烧结引风机的风量取决于烧结机的烧结面积;压力取决于烧结料层的厚度。

  烧结机的大型化(已可生产1000m2的烧结机)和厚料层(已达700mm),促使烧结引风机向锦工量、高负压方向发展。烧结引风机的最大流量为40000 m3/min,最高压力为19620Pa,最大功率为14500kW。

  由于制造工艺条件和运输条件等因素的限制,特大型烧结机配套的烧结引风机往往采用双机并联形式。

  烧结引风机的耐磨措施:

  (1)锯齿形中盘不仅可以改善叶轮出口气流分布和降低GD2,而且可避免烟气对中盘的冲刷;

  (2)叶片上装有可更换的耐磨衬板(衬板表面堆焊碳化钨);

  (3)由可更换的锥盘保护中盘不受磨损;

  (4)机壳装有涡形衬板和侧衬板;

  (5)表面涂覆涂覆陶瓷防磨涂料、涂覆树酯、石英粉加水玻璃等涂料;

  (6)表面强化处理 表面堆焊、热喷涂、渗硼、激光表面硬化和高频淬火等。

  目前,国外正在进行关于烧结引风机气动设计计算的二相流(固体微粒和烧结烟气)的研究,试图从空气动力学方面来进一步解决烧结引风机的磨损问题。

  3、煤气输送罗茨鼓风机

  该装置发展快、水平高。

  随着冶金行业发展,煤气输送作为冶金行业工艺里重要的环节,罗茨鼓风机的选择尤为关键。适宜的罗茨鼓风机会减少噪音,提高工作效率,制作质量幅度上升。随着科技的发展,未来的罗茨鼓风机会实现自动化、一体化、高效化。

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