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1、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,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；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
2、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.11.1 煤化工发展简史11.2 煤气初冷的目的和意义2第二章工艺流程选择32.1间接冷却32.2直接冷却42.3间冷-直冷混合冷却5第三章设备的选择.73.1 初冷器73.2 鼓风机93.3 电捕焦油器113.4 机械化氨水澄清槽13第四章工艺计算144.1 热量衡算和物料衡算144.2 主要设备计算304.2.1 初冷器的工艺计算304.2.2 鼓风机的工艺计算,选型364.2.3 电捕焦油器的工艺计算,选型384.2.4 集气管的计算404.2.5 机械化氨水澄清槽的计算,选型414.2
3、.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.446.1土建设计条件446.2供电照明456.3 仪表控制条件466.4 采暖通风486.5 给排水设计条件486.6 分析化验设计条件49参考文献50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
4、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
5、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,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
6、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
7、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
8、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,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
9、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
10、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,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
11、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
12、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,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
13、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,以净化由槽排除的气体。煤气的直接冷却是在直接冷却塔,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
14、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,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
15、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,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
