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第一章 緒論
第一節(jié) 煉焦化學產(chǎn)品概述
一、煉焦化學
煉焦化學是研究以煤為原料，經(jīng)高溫干餾獲得焦炭和荒煤氣，并用經(jīng)濟合理的方法將荒煤氣分離和精制成化學產(chǎn)品的技術和工藝原理的學科。以煤為原料，經(jīng)過高溫干餾生產(chǎn)焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油、并回收其他化工產(chǎn)品的工業(yè)是煉焦化學工業(yè)。
二、煉焦化學產(chǎn)品
煤是一種結構復雜的由很多苯環(huán)縮合起來的多環(huán)結構物質，煤中的價鍵以碳原子結合為主，氫、氧、氮、硫等原子鑲嵌在苯環(huán)之間。
在加熱時能黏結成塊的煤種，通常稱之為煉焦煤。煉焦煤于煉焦爐內在隔絕空氣高溫加熱條件下，煤質發(fā)生一系列的變化，除生成固態(tài)焦炭外，還裂解生成揮發(fā)性產(chǎn)物簡稱為荒煤氣。荒煤氣中含有許多各種化合物，包括常溫下的氣態(tài)物質如氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等；C1～C 6直鏈烴類和氫等裂解成焦爐煤氣的主要成分。
第二節(jié) 煉焦化學產(chǎn)品的生成與組成和產(chǎn)率
一、煉焦化學產(chǎn)品的生成
煤料在焦爐炭化室內進行高溫干餾時，煤質發(fā)生了一系列的物理化學變化。
裝入煤在200℃以下蒸出表面水分，同時析出吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等氣體；隨溫度升高至250~300℃，煤的大分子端部含氧化合物開始分解，生成二氧化碳、水和酚類，這些酚主要是高級酚；至約500℃時，煤的大分子芳香族稠環(huán)化合物側鏈斷裂和分解，產(chǎn)生氣體和液體，煤質軟化熔融，形成氣、固、液三相共存黏稠狀的膠質體、并生成脂肪烴，同時釋放出氫。
在600℃前從膠質層析出的和部分從半焦中析出的蒸汽和氣體稱為初次分解產(chǎn)物主要含有甲烷，二氧化碳、—氧化碳、化合水及初焦油，氫含量很低。
通過赤熱焦炭和沿炭化室爐墻向上流動的氣體和蒸汽，因受高溫而發(fā)生環(huán)烷烴和烷烴的芳構化過程(生成芳香烴)并析出氫氣，從而生成二次熱裂解產(chǎn)物。
當發(fā)生二次熱裂解時，碳氫化合物分子結構會發(fā)生以下幾種變化：
(a)C-C鍵斷裂引起結構縮小反應。
(b)C-H鍵裂解引起脫氫反應。
(c)按異構化進行的重排反應。
(d) 聚合、歧化、縮合引起的結構增大反應。
通過上述許多復雜反應和其他反應，煤氣中的甲烷和重烴(主要為乙烯)的含量降低，氫的含量增高，煤氣的密度變小，并形成一定量的氨，苯族烴、萘和蒽等，在炭化室頂部空間最終形成一定組成的焦爐煤氣。
二、煉焦化學產(chǎn)品的組成
煉焦配煤在炭化室內經(jīng)過一系列的物理變化和化學變化最終形成焦炭，排放出一定組成的荒煤氣。
荒煤氣中除凈焦爐煤氣外的主要組成（g/m3）：
經(jīng)回收化學產(chǎn)品和凈化后的煤氣，稱為凈焦爐煤氣，也稱回爐煤氣。
三、煉焦化學產(chǎn)品的產(chǎn)率
煉焦化學產(chǎn)品的數(shù)量和組成隨煉焦溫度和原料煤質量的不同而波動。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，煤料高溫干餾時各種產(chǎn)物的產(chǎn)率，% (對干煤的質量)：
四、影響化學產(chǎn)品產(chǎn)率和組成的因素
煉焦化學產(chǎn)品的產(chǎn)率取決于煉焦配煤的性質和煉焦過程的技術操作條件。
1．配煤性質和組成的影響
2．焦爐操作條件的影響
煉焦溫度、操作壓力、揮發(fā)物在爐頂空間停留時間、焦爐內生成的石墨、焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化作用都影響煉焦化學產(chǎn)品的產(chǎn)率及組成，最主要的影響因素是爐墻溫度(與結焦時間相關)和炭化室頂部空間溫度（也稱爐頂空間溫度）。
第三節(jié) 回收與加工化學產(chǎn)品的方法及典型流程
從焦爐炭化室生成的荒煤氣需在化產(chǎn)回收車間進行冷卻、輸送，回收焦油、氨、硫、苯族烴等化學產(chǎn)品，同時凈化煤氣。這一方面是為得到有用的化學產(chǎn)品，另一方面是為了便于煤氣順利地輸送、儲存和用戶的使用。
焦化廠一般采用冷卻、冷凝的方法除去煤氣中的焦油和水；利用鼓風機抽吸和加壓輸送煤氣；用電捕方法除少量的焦油霧；煤氣中其他成分的脫除大多采用吸收法；對于凈化程度要求高的場合，可采用吸附法或冷凍法。
一、在正壓下操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)
1.正壓操作系統(tǒng)
焦爐煤氣凈化精制處理系統(tǒng)中鼓風機設在初冷器的后面。
2 . 半負壓操作系統(tǒng)
焦爐煤氣凈化精制處理系統(tǒng)中鼓風機設在電捕焦油器的后面。
二、在負壓下操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)
在采用水洗氨的系統(tǒng)中，因洗氨塔操作溫度盡可能低些（22～25℃）為宜，故鼓風機可設在煤氣凈化系統(tǒng)的最后面，這就是全負壓工藝流程。
三、粗苯加工生產(chǎn)流程系統(tǒng)
粗苯工段生產(chǎn)的粗苯，經(jīng)兩苯塔分餾為輕苯和重苯。苯、甲苯、二甲苯的絕大部分和硫化物的大部分及50%的不飽和化合物聚集與輕苯中，苯乙烯、古馬隆和茚等高沸點不飽和化合物聚集于重苯中。輕苯和重苯分別加工。
四、焦油加工生產(chǎn)流程系統(tǒng)
冷凝工段生產(chǎn)的煤焦油是具有刺激性臭味的黑色或黑褐色的黏稠狀液體，其中含有上萬種的物質，須經(jīng)過予處理蒸餾切取組分集中的各種餾分，再對各種餾分用酸堿洗滌、蒸餾、聚合、結晶等方法進行處理提取純產(chǎn)品。
第二章 煤氣的初冷和焦油氨水的分離
焦爐煤氣從炭化室經(jīng)上升管逸出時的溫度為650－750℃此時煤氣中含有焦油氣，苯族烴、水汽，氨、硫化氫、氰化氫，萘及其他化合物，為回收和處理這些化合物，首先應將煤氣冷卻，這是因為:
1. 從煤氣中回收化學產(chǎn)品和凈化煤氣時，多采用比較簡單易行的冷凝，冷卻法和吸收法，在較低的溫度下(25~ 35℃)才能保證較高的回收率;
2. 含有大量水汽的高溫煤氣體積大(例如由附表2查得0℃時lm3干煤氣，在80℃經(jīng)水蒸汽飽和后的體積2.429m3，而在25℃經(jīng)水汽飽和的體積為1.126m。，前者比后者大1.16倍)，顯然所需輸送煤氣管道直徑、鼓風機的輸送能力和功率均增大，這是不經(jīng)濟的;
3. 在煤氣冷卻過程中，不但有水汽冷凝，且大部分焦油和萘也被分離出來，部分硫化物，氰化物等腐蝕性介質溶于冷凝液中，從而可減少回收設備及管道的堵塞和腐蝕。
煤氣的初步冷卻分兩步進行：
第一步是在集氣管及橋管中用大量循環(huán)氨水噴灑，使煤氣冷卻到80~90℃；
第二步再在煤氣初冷器中冷卻。在初冷器將煤氣冷卻到何種程度，隨化學產(chǎn)品回收與煤氣凈化選用的工藝方法而異，經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定，例如若以硫酸或磷酸作為吸收劑，用化學吸收法除去煤氣中的氨，初冷器后煤氣溫度可以高一些，一般為25~35℃；若以水作吸收劑，用物理吸收法除去煤氣中的氨初冷后煤氣溫度要低些，一般為25℃以下。
一、煤氣在集氣管內的冷卻
1. 煤氣在集氣管內冷卻的機理
煤氣在橋管和集氣管內冷卻，是用表壓為150~200kPa的循環(huán)氨水通過噴頭強烈噴灑進行的
當細霧狀的氨水與煤氣充分接觸時，由于煤氣溫度很高而濕度又很低，故煤氣放出大量顯熱，氨水大量蒸發(fā)，快速進行著傳熱和傳質過程。傳熱過程推動力是煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，是高溫的煤氣將熱量傳熱傳給低溫的循環(huán)氨水。
傳熱過程推動力是煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，是高溫的煤氣將熱量傳熱傳給低溫的循環(huán)氨水。傳質過程的推動力是循環(huán)氨水液面上的水汽分壓與煤氣中水汽分壓之差，氨水部分蒸發(fā)，煤氣溫度急劇降低，以供給氨水蒸發(fā)所需的潛熱，此部分熱量約占煤氣冷卻所放出總熱量的75％~80％。另有約占所放出總熱量10％的熱量由集氣管表面散失。
通過上述冷卻過程，煤氣溫度由650~750℃降至80 ~85 ℃，同時有60％左右的焦油氣冷凝下來，含在煤氣中的粉塵也被沖洗下來，有焦油渣產(chǎn)生。在集氣管冷卻煤氣主要是靠氨水蒸發(fā)吸收需要的相變熱使煤氣顯熱減少溫度降低，所以煤氣溫度可冷卻至高于其最后達到的露點溫度1~3℃。煤氣的露點溫度就是煤氣被水汽飽和的溫度，以是煤氣在集氣管中冷卻的極限。
2、煤氣露點與煤氣中水汽含量的關系
煤氣的冷卻及所達到的露點溫度同下列因素有關；在一般生產(chǎn)條件下，煤料水分每降低1％，露點溫度可降低0.6 ~0.7 ℃。顯然，降低煤料水分，對煤氣的冷卻很重要。
二、煤氣在集氣管內冷卻的技術要求
1. 集氣管技術操作指標
?。?）集氣管在正常操作過程中用氨水而不用冷水噴灑，因冷水溫度低不易蒸發(fā)，使煤氣冷卻效果不好，所帶入的礦物雜質會增加瀝青的灰分。此外，由于水溫很低，使集氣管底部劇烈冷卻、冷凝的焦油黏度增大，易使集氣管堵塞。氨水又有潤滑性，便于焦油流動，可以防止煤氣冷卻過程中煤粉、焦粒、焦油混合形成的焦油渣因積聚，而堵塞煤氣管道。
（2）進入集氣管前的煤氣露點溫度主要與裝入煤的水分含量有關
?。?）對不同形式的焦爐所需的循環(huán)氨水量也有所不同，生產(chǎn)實踐經(jīng)驗確定的定額數(shù)據(jù)為：對單集氣管的焦爐，每噸干煤需5m3循環(huán)氨水，對雙集氣管焦爐需6m3的循環(huán)氨水。
?。?）集氣管冷卻操作中，應經(jīng)常對設備進行清掃，保持循環(huán)氨水噴灑系統(tǒng)暢通，氨水壓力、溫度、循環(huán)量力求穩(wěn)定。
三、集氣管的物料平衡與熱平衡
通過集氣管的物料平衡和熱平衡的計算，可以了解集氣管內物料轉移的情況以及求得冷卻后的煤氣溫度。若冷卻后的煤氣溫度已確定，就可以求得必需的循環(huán)氨水用量及其蒸發(fā)量。也可用以評定集氣管操作好壞。
第二節(jié) 煤氣在初冷器的冷卻
煤氣冷卻和焦油蒸汽、水蒸汽的冷凝，可以采用不同形式的冷卻器。被冷卻的煤氣與冷卻介質直接接觸的冷卻器，稱為直接混合式冷卻器，簡稱為直接冷卻器或直接冷卻；被冷卻的煤氣與冷卻介質分別從固體壁面的兩側流過，煤氣將熱量傳給壁面，再由壁面?zhèn)鹘o冷卻介質的冷卻器，稱為間壁式冷卻器，簡稱為間接冷卻器或間接冷卻。由于冷卻器的形式不同，煤氣冷卻所采取的流程也不同。
煤氣冷卻的流程可分為間接冷卻、直接冷卻和間直混合冷卻三種。
一、煤氣的間接初冷
1. 立管式冷卻器間接初冷工藝流程
經(jīng)氣液分離后的煤氣進入數(shù)臺并聯(lián)立管式間接冷卻器，用水間接冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內。從各臺初冷器出來的煤氣溫度是有差別的，匯集在一起后的煤氣溫度稱為集合溫度，這個溫度依生產(chǎn)工藝的不同而有不同的要求：在生產(chǎn)硫銨系統(tǒng)中，要求集合溫度低于35℃，在水洗氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，則要求集合溫度低于25℃。隨著煤氣的冷卻，煤氣中絕大部分焦油氣、大部分水汽和萘在初冷器中被冷凝下來，萘溶解于焦油中。煤氣中一定數(shù)量的氨，二氧化碳，硫化氫，氰化氫和其他組分溶解于冷凝水中，形成了冷凝氨水。
焦油和冷凝氨水的混合液稱為冷凝液。冷凝氨水中含有較多的揮發(fā)銨鹽（NH3與H2S、HCH、H2CO3形成的銨鹽，如 (NH4)S、NH4CN、(NH4)2CO3等），固定銨鹽（如NH4C1、NH4CNS、(NH4)SO4和(NH4)S2O3等）的含量較少。當其溶液加熱至100℃即分解的銨鹽為揮發(fā)銨鹽，需加熱到220~250℃或有堿存在的情況下才能分解的銨鹽叫固定銨鹽。
2.橫管式冷卻器間接初冷工藝流程
橫管式煤氣初冷器冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內。水通道分上下兩段，上段用循環(huán)水冷卻，下段用制冷水冷卻，將煤氣溫度冷卻到22℃以下。橫管式初冷器煤氣通道，—般分上中下三段，上段用循環(huán)氨水噴灑，中段和下段用冷凝液噴灑，根據(jù)上、中、下段冷凝液量和熱負荷的計算可知：上段和中段冷凝液量約占總量的95％，而下段冷凝液量僅占總量的5％；從上段和中段流至下段的冷凝液由45℃降至30℃的顯熱及噴灑的冷凝液冷卻顯熱，約占總熱負荷的60％；下段冷凝液的冷凝圖2-5-1 橫管式煤氣初冷工藝流程潛熱及冷卻至30℃的顯熱，約占總熱負荷20%；下段噴灑冷凝液的冷卻顯熱，約占總熱負荷20%。
3.剩余氨水量的計算
在氨水循環(huán)系統(tǒng)中，由于加入配煤水分和煉焦時產(chǎn)生的化合水，使氨水量增多而形成所謂的剩余氨水。這部分氨水從循環(huán)氨水泵出口管路上引出，送去蒸氨。
顯然，剩余氨水量取決于配煤水分和化合水的數(shù)量以及煤氣初冷后集合溫度的高低．
煤氣初冷的集合溫度不宜偏高，否則會帶來下列問題：
?、倜簹庵兴吭龆啵w積變大，致使鼓風機能力不足，影響煤氣正常輸送。
②焦油氣冷凝率降低，初冷后煤氣中焦油含量增多，影響后續(xù)工序生產(chǎn)操作。
?、墼诔趵淦鲀?，煤氣冷卻到一定程度（一般認為55℃）以下，萘蒸汽凝華呈細小薄片晶體析出，可溶入焦油中，溫度愈低，煤氣中萘蒸汽含量也愈少，當集合溫度高時，煤氣中含萘量將更顯著增大。
由上述可見，在煤氣初冷操作中，必須保證初冷器后集合溫度不高于規(guī)定值，并盡可能地脫除煤氣中的萘。
二、煤氣的直接初冷
煤氣的直接初步冷卻，是在直接冷卻塔內由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱完成的。
由吸氣主管來的80～85℃的煤氣，經(jīng)過氣液分離器進入并聯(lián)的直接式初冷塔，用氨水噴灑冷卻到25～28℃，然后由鼓風機送至捕焦油器，捕除焦油霧后，將煤氣送往回收氨工段。
由氣液分離器分離出的氨水、焦油和焦油渣，經(jīng)焦油盒分出焦油渣后流入焦油氨水澄清池，從澄清池出來的氨水用泵送回集氣管噴灑冷卻煤氣。澄清池底部的焦油流入焦油池，然后用泵抽送到焦油槽，再送往焦油車間加工處理。焦油盒底部的焦油渣由人工撈出。
初冷塔底部流出的氨水和冷凝液經(jīng)水封槽進入初冷循環(huán)氨水澄清池，與洗氨塔來的氨水混合并在澄清池與焦油進行分離。分離出來的焦油與上述焦油混合。澄清后的氨水則用泵送入冷卻器冷卻后，送至初冷塔循環(huán)使用。剩余氨水則送去蒸氨或脫酚。
煤氣直接初冷，不但冷卻了煤氣，而且具有凈化煤氣的良好效果。某廠實測生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，在直接初冷塔內，可以洗去90％以上的焦油，80％左右的氨，60%以上的萘，以及約50%的硫化氫和氰化氫。這對后面洗氨洗苯過程及減少設備腐蝕都有好處。
同煤氣間接初冷相比，直接初冷還具有冷卻效率較高， 煤氣壓力損失小，基建投資較少等優(yōu)點。但也具有工藝流程較復雜。動力消耗較大，循環(huán)氨水冷卻器易腐蝕易堵塞、各澄清池污染嚴重，大氣環(huán)境惡劣等缺點。因此目前大型焦化廠還很少單獨采用這種煤氣直接冷卻流程
三、間冷和直冷結合的煤氣初冷
如前所述煤氣的直接初冷，是在直接冷卻塔內，由煤氣和冷卻水(經(jīng)冷卻后的氨水焦油混合液)直接觸傳熱而完成的。此法不僅冷卻了煤氣，且具有凈化煤氣效果良好、設備結構簡單造價低及煤氣阻力小等優(yōu)點。間冷直冷結合的煤氣初冷工藝即是將二者優(yōu)點結合的方法，在國內外大型焦化已得到采用。
自集氣管來的荒煤氣幾乎為水蒸汽所飽和，水蒸汽熱焓約占煤氣總熱焓的94%，所以煤氣 在高溫階段冷卻所放出的熱量絕大部分為水蒸汽冷凝熱，因而傳熱系數(shù)較高；而且在溫度較高時(高于52℃)，萘不會凝結造成設備堵塞。所以，煤氣高溫冷卻階段宜采用間接冷卻。而在低溫冷卻階段，由于煤氣中水汽含量已大為減少，氣體對壁面間的對流傳熱系數(shù)低，同時萘的凝結也易于造成堵塞。所以，此階段宜采用直接冷卻。
第三節(jié) 焦油氨水的分離
一、焦油氨水混合物的性質及分離要求
在用循環(huán)氨水于集氣管內噴灑荒煤氣時，約60%的焦油冷凝下來，這種集氣管焦油是重質焦油，其相對密度(20℃) 1.22左右，黏度較大，其中混有一定數(shù)量的焦油渣。
煤氣再初冷器中冷卻，冷凝下來的焦油為輕質焦油。其輕組分含量較多。在兩種氨水混合分離流程中，上述輕質焦油和重質焦油的混合物稱之為混合焦油?；旌辖褂?0℃密度可降至1.15~1.19kg/1，黏度比重質焦油減少20％~45％，焦油渣易于沉淀下來，混合焦油質量明顯改善。但在焦油中仍存在一些浮焦油渣，給焦油分離帶來一定困難。
焦油的脫水直接受溫度和循環(huán)氨水中固定銨鹽含量的影響，在80~90℃和固定銨鹽濃度較低情況下，焦油與氨水較易分離。因此，在獨立的氨水分離系統(tǒng)中，集氣管焦油脫水程度較差，而在采用混合氨水分離流程時，混合焦油的脫水程度較好，但只進行一步澄清分離仍不能達到要求的脫水程度，還須在焦油貯槽內保持80~90℃條件下進一步脫水。
二、焦油氨水混合物的分離方法和流程
三、焦油質量的控制
焦油中水分、灰分、甲苯不溶物是焦油質量的重要指標，它主要取決于冷凝工序的生產(chǎn)操作。操作中應注意如下幾點：
(1)焦油氨水澄清槽內應保持—定的焦油層厚度，—般為1.5～2m，排出焦油時應連續(xù)均勻，不宜過快，要求夾帶的氨水和焦油渣盡可能少，最好應裝有自動控制裝置。
(2)嚴禁在焦油澄清槽內隨意排入生產(chǎn)中的雜油、雜水，以利于焦油、氨水、焦油渣分層，便于分離。
(３)靜置脫水的焦油儲槽，嚴格控制溫度在80~90℃，保證靜置時間在兩晝夜以上。同時應按時放水，向精制車間送油時應均勻進行，且保持槽內有一定的庫存量。
(４)嚴格控制初冷器后的集合溫度符合工藝要求，避免因增錦工機吸力而增加煤粉和焦粉的帶入量。另外，焦爐操作應力求穩(wěn)定，嚴格執(zhí)行各項技術操作規(guī)定，盡量減少因煤粉、焦粉帶入煤氣而形成焦油渣，防止焦油氨水分離困難。
?。ǎ担C械化氨水澄清槽氨水滿流情況、焦油壓油情況、油水界面升降，減速機、刮渣機運行情況保持正常。
第四節(jié) 煤氣冷卻和冷凝的主要設備
一、煤氣冷卻設備
1. 立管式間接冷卻器
2．橫管式間接冷卻器
二、澄清分離設備
焦油、氨水和焦油渣組成的液體混合物是一種懸浮液和乳濁液的混合物，焦油和氨水的密度差較大，容易分離。因此所采用的焦油氨水澄清分離設備多是根據(jù)分離粗懸浮液的沉降原理制作的。主要有臥式機械化氨水澄清槽、立式焦油氨水分離器、雙錐形氨水分離器等。廣泛應用的是臥式機械化氨水澄清槽。
第三章 煤氣的輸送和焦油霧的清除
第一節(jié) 煤氣輸送系統(tǒng)
煤氣由炭化室出來經(jīng)集氣管、吸氣管、冷卻及煤氣凈化、化學產(chǎn)品回收設備直到煤氣貯罐或送回焦爐或到下游用戶，要通過很長的管路及各種設備。為了克服這些設備和管道阻力及保持足夠的煤氣剩余壓力，需設置煤氣鼓風機。同時，在確定化產(chǎn)回收工藝流程及選用設備時，除考慮工藝要求外，還應該使整個系統(tǒng)煤氣輸送阻力盡可能小，以減少鼓風機的動力消耗。
一、煤氣輸送系統(tǒng)及阻力
煤氣輸送系統(tǒng)的阻力，因回收工藝流程及所用設備的不同而有較大差異，同時也因煤氣凈化程度的不同及是否有堵塞情況而有較大波動。
鼓風機一般設置在初冷器后面。這樣，鼓風機吸入的煤氣體積小，負壓下操作的設備和煤氣管道少。有的焦化廠將油洗萘塔及電捕焦油器設在鼓風機前，進入鼓風機的煤氣中焦油、萘含量少，可減輕鼓風機及以后設備堵塞，有利于化學產(chǎn)品回收和煤氣凈化。
二、煤氣輸送管路
煤氣管道管徑的選用和管件設置是否合理及操作是否正常，對焦化廠生產(chǎn)具有重要意義。煤氣輸送管路一般分為出爐煤氣管路（煉焦車間吸氣管至煤氣凈化的最后設備）和回爐煤氣管路；若焦爐用高爐煤氣加熱，還有自煉鐵廠至煉焦焦爐的高爐煤氣管路。這些管路的合理設置與維護都是至關重要的。
1.煤氣管道的管徑選擇
選用的煤氣流速大時，管道直徑可減小，鋼材耗量也相應降低，節(jié)省基建投資，但這會使管路阻力增大，因而鼓風機的動力消耗也隨之增大；當流速小時，情況則相反。所以，所選用的適宜流速應該是折舊費、維修費和操作費構成的總費用最低
２. 煤氣管道應有一定的傾斜度，以保證冷凝液按預定方向自流。吸氣主管順煤氣流向傾斜度10‰，鼓風機前后煤氣管道順煤氣流向傾斜度為5‰，逆煤氣流向為7‰，飽和器后至粗苯工序前煤氣管道逆煤氣流向傾斜度為7～15‰。
３. 管路的熱延伸和補償
管路隨季節(jié)的變化以及管內介質和保溫情況的不同，都有溫度的變化。當溫度升高和降低時，管路必然發(fā)生膨脹或收縮變化，變化的數(shù)值可由計算得出。
在焦爐煤氣管道上一般采用填料函式補償器，在高爐煤氣管道上一般采用鼓式補償器。直徑較小的煤氣管道可用U管自動補償，對于小型焦化廠的煤氣管道，由于直徑較小、轉彎較多等特點，則可以充分利用彎管的自動補償。
4.安裝自動放散裝置
5.其他輔助設施
第二節(jié) 鼓風機及其操作性能
一、離心式鼓風機
1.離心式鼓風機的構造及工作原理
離心式鼓風機又稱渦輪式或透平式鼓風機，由電動機或汽輪機驅動。其構造如圖3—2所示，離心式鼓風機由導葉輪，外殼和安裝在軸上的兩個工作葉輪組成。
煤氣由吸入口進入高速旋轉的第一工作葉輪，在離心力的作用下，增加了動能并被甩向葉輪外面的環(huán)形空隙，于是在葉輪中心處形成負壓，煤氣即被不斷吸入。由葉輪甩出的煤氣速度很高，當進入環(huán)形空隙后速度減小，其部分動能變成靜壓能，并沿導葉輪通道進入第二葉輪，產(chǎn)生與第一葉輪及環(huán)隙相同的作用，煤氣的靜壓能再次得到提高，經(jīng)出口連接管被送入管路中。煤氣的壓力是在轉子的各個葉輪作用下．并經(jīng)過能量轉換而得到提高。
顯然，葉輪的轉速越高，煤氣的密度越大，作用于煤氣的離心力即越大，則出口煤氣的壓力也就越高。
2.鼓風機輸氣能力及軸功率的計算
3.煤氣在鼓風機中的溫升
在離心式鼓風機內，煤氣被壓縮所產(chǎn)生的熱量，絕大部分被煤氣吸收，只有小部分熱量散失。因此，煤氣在鼓風機內的壓縮過程可以近似地視為絕熱過程。
二. 離心式鼓風機的性能與調節(jié)
焦化廠中鼓風機操作非常重要，既要輸送煤氣，，又要保持炭化室和集氣管的壓力穩(wěn)定。在正常生產(chǎn)情況下，集氣管壓力用壓力自動調節(jié)機調節(jié)，但當調節(jié)范圍不能滿足生產(chǎn)變化的要求時，即須對鼓風機操作進行必要的調整鼓風機在一定轉速下的生產(chǎn)能力與總壓頭之間有一定的關系，可用圖3-3所示鼓風機Q—H特性曲線來表示。
曲線有一最高點B，相應于B點壓頭(最高壓頭)的輸送量稱為臨界輸送量。鼓風機不允許在B點的左側范圍內操作，因在此范圍內鼓風機輸送量波動，并會發(fā)生振動，產(chǎn)生“飛動”現(xiàn)象。只有在B點右側延伸的特性曲線范圍內操作才是穩(wěn)定的。所以，B點右側的特性曲線范圍是鼓風機的穩(wěn)定工作區(qū)，B點的左側為鼓風機的不穩(wěn)定工作區(qū)。
當鼓風機的運行工況改變時，要用調節(jié)的手段使鼓風機處于穩(wěn)定工作區(qū)，維護其穩(wěn)定運行。常用的調節(jié)方法有以下幾種：
（1）改變轉速。當改變鼓風機轉速時，流量與性能曲線相應改變。此法調節(jié)范圍寬，經(jīng)濟性好，是離心式鼓風機的最佳調節(jié)手段。
（2）進口節(jié)流。調節(jié)鼓風機吸入口的閥門開度時，鼓風機的特性曲線隨之改變。如圖3-5所示 ，當吸入開閉器的開度變小時，鼓風機的不穩(wěn)定工作范圍隨之變小，鼓風機的輸送能力及總壓頭也均相應減小。此調節(jié)方法簡單，適用于固定轉速機組的調節(jié)，但由于鼓風機前吸力增大，會使壓縮比(P2/P1)變大，則鼓風機軸功率消耗及煤氣溫升增高，故較少采用此法。
?。?）出口節(jié)流。調節(jié)鼓風機出口的閥門開度，調節(jié)方法簡單，但經(jīng)濟性差，適用于小功率機組的調節(jié)。
電動鼓風機如果用出入口開閉器進行調節(jié)時，應特別注意鼓風機電機電流的變化，一般操作電流不應小于電機額定電流的60%，以防止發(fā)生“飛動”現(xiàn)象。
（4） 交通管調節(jié)。當煤氣流量減少時，調節(jié)交通管的閥門開閉度，使一部分出口煤氣返回吸入口，以維持鼓風機的正常運行。交通管調節(jié)有“大循環(huán)”和“小循環(huán)”兩種方式。
當鼓風機能力較大，而輸送的煤氣量較小時，為保證鼓風機工作穩(wěn)定，可用如圖3-6所示的小循環(huán)管來調節(jié)鼓風機的操作，按調節(jié)閥門的開度大小，使由鼓風機壓出的煤氣部分重新回到吸入管，這種方法稱為“小循環(huán)”調節(jié)。
當焦爐剛開工投產(chǎn)或因故大幅度延長結焦時間時煤氣發(fā)生量過少，低于“小循環(huán)”調的限度時，則易采用“大循環(huán)”調節(jié)方法。
如圖3-7所示，“大循環(huán)”調節(jié)就是通過“大循環(huán)”調節(jié)閥門將鼓風機壓出的部分煤氣經(jīng)煤氣大循環(huán)管送到初冷器前的煤氣管道中，經(jīng)過冷卻后，再回到鼓風機去。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗獲知，當煤氣量為鼓風機額定能力的1/4~1/3時，就需采用煤氣“大循環(huán)”調節(jié)措施。顯然“大循環(huán)”調節(jié)方法可較好地解決煤氣溫升過高的問題，但同樣要增加鼓風機能量的消耗，同時會增加初冷器的負荷及冷卻水的用量。如果進入鼓風機的煤氣量過小時，經(jīng)過風機多次循環(huán)后，鼓風機后煤氣溫度仍會發(fā)生升溫過高，這時應適當調整鼓風機煤氣出口開閉器開度，以防軸瓦損壞。
三、 羅茨式鼓風機
羅茨鼓風機有一鑄鐵外殼，殼內裝有兩個“8”字形的用鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉子，并將氣缸分成兩個工作室。兩個轉子裝在兩個互相平行的軸上，在這兩個軸上又各裝有一個互相咬合、大小相同的齒輪，當電動機經(jīng)由皮帶輪帶動主軸轉子時，主軸上的齒輪又帶動了從動軸上的齒輪，所以兩個轉子做相對反向轉動，此時一個工作室吸入氣體，由轉子推入另一個工作室而將氣體壓出。每個轉子與機殼內壁及與另一個轉子表面均需緊密配合，其間隙一般為0.25~0.40mm。
第四節(jié) 煤氣中焦油霧的清除
一、煤氣中焦油霧的形成和清除目的
煤氣中的焦油霧是在煤氣冷卻過程中形成的?；拿簹庵兴褂驼魵?0~120g/m3，在初冷過程中，除有絕大部分冷凝下來形成焦油液體外，還會形成焦油霧，以內充煤氣的焦油氣泡狀態(tài)或極細小的焦油滴(φ1~17μm)存在于煤氣中。由于焦油霧滴又輕又小，其沉降速度小于煤氣運行速度，因而懸浮于煤氣中并被煤氣帶走。
初冷器后煤氣中焦油霧的含量一般為2~5g/m3(立管初冷器后)或1.0~2.5g/m3(橫管冷卻器后或直接冷卻塔后)。煤氣中焦油霧需較徹底地清除，否則對化產(chǎn)回收操作產(chǎn)生嚴重影響。
焦油霧在飽和器凝結下來，會使硫銨質量變壞，酸焦油增多，并可能使母液起泡沫，降低母液密度，而使煤氣有從飽和器滿流槽中沖出的危險；．焦油霧進入洗苯塔內，會使洗油質量變壞，影響粗苯的回收；當煤氣進行脫除硫化氫時，焦油霧會使脫硫塔脫硫效率降低，對水洗氨系統(tǒng)，焦油霧會造成煤氣脫萘效果差和洗氨塔的堵塞。因此，必須采用專門的設備予以清除，化產(chǎn)回收工藝要求煤氣中所含焦油量最好低于0.02g/m3。從焦油霧滴的大小及所要求的凈化程度來看，采用電捕焦油器最為經(jīng)濟可靠。
二、電捕焦油器
1. 電捕焦油器的工作原理 根據(jù)板狀電容的物理原理，如在兩金屬板間維持很強的電場，使含有塵灰或霧滴的氣體通過其間，氣體分子發(fā)生電離，生成帶有正電荷或負電荷的離子，于是正離子向陰極移動，負離子向陽極移動。當電位差很高時，具有很大速度(超過臨界速度)和動能的離子和電子與中性分子碰撞而產(chǎn)生新的離子(即發(fā)生碰撞電離)，使兩極間大量氣體分子均發(fā)生電離作用。離子與霧滴的質點相遇而附于其上，使質點帶有電荷，即可被電極吸引而從氣體中除去。但金屬平板形成的是均勻電場，當電壓增大到超過絕緣電阻時，兩極之間便會產(chǎn)生火花放電，這不僅會引致電能損失，且能破壞凈化操作。
為了避免火花放電或發(fā)生電弧，應采用如圖3-9(a ) 、(b)、(c)所示的不均勻電場。圖中(a)為均勻電場;(b)為管式電捕焦油器所采用的不均勻電場，用金屬圓管和沿管中心安裝的拉緊導線作為正、負電極; (c)為環(huán)板式電捕焦油器采用的不均勻電場，是以同心圓環(huán)形金屬板和設置其間的金屬導線作為正負電極。
在不均勻電場中，當兩極間電位差增高時，電流強度并不發(fā)，生急劇的變化。這是因在導線附近的電場強度很大，導線附近的離子能以較大的速度運動，使被碰撞的煤氣分子離子化，而離導線中心較遠處，電場強度小，離子的速度和動能不能使相遇的分子離子化，因而絕緣電阻只在—導線附近電場強度最大處發(fā)生擊穿,即形成局部電離放電現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為電暈現(xiàn)象,導線周圍產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的空間稱為電暈區(qū),導線既成為電暈極。
由于在電暈區(qū)內發(fā)生急劇的碰撞電離，形成了大量正、負離子。負離子的速度比正離子大(為正離子的1.37倍)，所以電暈極常取為負極，圓管或環(huán)形金屬板則取為正極，因而速度大的負離子即向管壁或金屬板移動，正離子則移向電暈極。在電暈區(qū)內存在兩種離子，而電暈區(qū)外只有負離子，因而在電捕焦油器的大部分空間內，焦油霧滴只能成為帶有負電荷的質點而向管壁或板壁移動。由于圓管或金屬板是接地的，荷電焦油質點到達管壁或板壁時，既放電而沉淀于板壁上，故正極也稱為沉淀極。
由于存在正離子的電暈區(qū)很小，且電暈區(qū)內正負離子有中和作用，所以電暈極上沉積的焦油量很少，絕大部分焦油霧均在沉淀極沉積下來。煤氣離子經(jīng)在兩極放電后，則重新轉變成煤氣分子，從電捕焦油器中逸出。
初冷器后煤氣中絕大部分焦油是以焦油霧的狀態(tài)存在的，所以在電捕焦油器正常操作情況下，煤氣中焦油霧可被除去99％左右。
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原標題：鼓風機在冶金行業(yè)的應用及發(fā)展
一、鼓風機在冶金行業(yè)的應用
風機在冶煉行業(yè)占有重要的位置。從礦石到煉制成鋼要經(jīng)過礦石燒結、煉鐵和煉鋼等主要冶煉過程，即鋼鐵冶煉的全部工藝流程中都需要風機。
圖1 冶金行業(yè)流程圖
1、燒結用風機
冶煉用的礦石在冶煉之前對礦石要進行燒結，燒結要用燒結機，而燒結爐則需用煙氣主抽風機和冷卻通風機。
2、焦爐煤氣輸送羅茨鼓風機
焦炭是冶煉鋼鐵的主要燃料和還原劑，也是高爐中料粒的支撐劑和疏松劑，而煉焦爐內的煤氣須經(jīng)風機抽出后，一部分作為煉焦爐的燃料，一部分加壓后送往鋼廠作為燃料，另一部分用作生產(chǎn)其它副產(chǎn)品。
焦爐煤氣輸送的典型代表產(chǎn)品是羅茨鼓風機其主要結構特點是機組由電動機、齒輪增速機、離心鼓風機、潤滑系統(tǒng)和儀控系統(tǒng)組成。機殼為水平剖分式結構，軸承箱下面有橫縱向定位鍵槽，以保持機體良好對中，并能適應機殼熱膨脹；軸承箱與殼體鑄成一體，增強剛度便于拆卸檢修。
轉子由主軸、葉輪、隔套、平衡盤和半聯(lián)軸器等組成；葉輪采用高強度合金鋼焊接結構。
軸承分為支撐軸承和止推軸承兩部分，支撐軸承為橢圓瓦滑動軸承，止推軸承為米切爾雙面止推滑動軸承。
密封設在級間、葉輪進口、平衡盤外圍及軸兩端，均為迷宮式拉別令密封。
圖2 羅茨鼓風機
3、高爐鼓風機
在生鐵冶煉過程中，必須用高爐鼓風機向高爐輸送一定量助燃的空氣（或氧氣）以提高爐內溫度。此外，還需要將燃燒空氣送到熱風爐里的離心通風機。
氧氣對鋼鐵工業(yè)在于強化冶煉過程。在煉鋼方面用于氧氣頂吹轉爐煉鋼，氧氣底吹轉爐煉鋼，平爐熔池吹氧煉鋼，電爐氧氣煉鋼等多種。特別是氧氣頂吹轉爐煉鋼已成為鋼鐵工業(yè)飛躍發(fā)展的一條主要途徑。煉鋼用氧量非常之大，它是使用空氣分離設備從空氣中采用深度冷凍法而取得。每套制氧機中必須使用空氣壓縮機、氧氣壓縮機、加熱鼓風機和透平膨脹機，即一般所稱的”制氧四大機”。
4、轉爐二次煙氣除塵風機
轉爐二次煙氣除塵系統(tǒng)是指轉爐煙氣凈化回收以外的各揚塵點的煙氣收集和除塵。其中包括轉爐兌鐵、轉爐吹煉、吹氬站、鐵水扒渣站及鐵水倒罐站等的煙氣除塵。
5、鋼廠動力站用離心式壓縮機
離心壓縮機是在引進技術的基礎上開發(fā)的。主要特點是整體組裝式結構，壓縮機、齒輪箱、中間氣體冷卻器及潤滑油系統(tǒng)用1個公用底座。進口設置有進口調節(jié)葉片，是優(yōu)化壓縮機非工況點運行性能的最經(jīng)濟的方法。進口調節(jié)葉片根據(jù)現(xiàn)場實際運行情況自動調節(jié)，可以在氣流變化中實現(xiàn)壓縮機出口的定壓輸出。
6、化鐵爐用風機
除鋼鐵冶煉工藝過程中需用風機外，一般機械鑄造工廠常用的化鐵爐（如沖天爐、油爐及煤粉爐等），都需用鼓風機（高壓通風機或鼓風機）壓送足夠的空氣加以助燃。
7、高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置
高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置是利用高爐爐頂煤氣壓力能經(jīng)透平膨脹作功，驅動發(fā)電機發(fā)電的能量回收裝置。TRT裝置既回收了原減壓閥泄放的能量（約占高爐鼓風機所需能量的30%），又凈化了煤氣，并且改善了高爐爐頂壓力的控制品質。
二、未來的發(fā)展趨勢
冶金工業(yè)所用的風機種類盡管有許多種，但相對來講有一定難度，能代表風機設計制造水平的可分為3種，即軸流式壓縮機、燒結引風機和煤氣輸送羅茨鼓風機。這3種風機，國外的技術水平高于國內，國外的先進技術水平就是國內應積極努力的未來發(fā)展趨勢。
圖3 冶金行業(yè)工作圖
1、軸流式壓縮機
軸流式壓縮機具有效率高，容量大，性能調節(jié)范圍寬等特點。目前國外1000m3以上的高爐皆采用軸流壓縮機。作為高爐鼓風用的軸流壓縮機，其流量已達10000m3/min，壓力達0.69MPa,功率已達70000kW。
近年來，為提高軸流壓縮機的效率，國外多放在隔聲、消聲上，其措施是：（1）采用加厚鑄造機殼，減弱噪聲散射；（2）采用隔聲罩和消聲器，減少噪聲擴散。利用電子計算機作為調節(jié)的中樞指令系統(tǒng)，實現(xiàn)軸流壓縮機的調節(jié)自動化，運行最佳化。
2、燒結引風機
燒結引風機作為燒結機配套的主抽煙機，其耗電量大約占燒結廠總耗電量的50%以上。又因其輸送的介質為燒結煙氣，含塵量大，因此，提高效率，降低能耗，加強耐磨措施，提高使用壽命，仍是燒結引風機的主要技術課題。
燒結引風機的風量取決于燒結機的燒結面積；壓力取決于燒結料層的厚度。
燒結機的大型化（已可生產(chǎn)1000m2的燒結機）和厚料層（已達700mm），促使燒結引風機向錦工量、高負壓方向發(fā)展。燒結引風機的最大流量為40000 m3/min，最高壓力為19620Pa，最大功率為14500kW。
由于制造工藝條件和運輸條件等因素的限制，特大型燒結機配套的燒結引風機往往采用雙機并聯(lián)形式。
燒結引風機的耐磨措施：
（1）鋸齒形中盤不僅可以改善葉輪出口氣流分布和降低GD2，而且可避免煙氣對中盤的沖刷；
?。?）葉片上裝有可更換的耐磨襯板（襯板表面堆焊碳化鎢）；
?。?）由可更換的錐盤保護中盤不受磨損；
?。?）機殼裝有渦形襯板和側襯板；
?。?）表面涂覆涂覆陶瓷防磨涂料、涂覆樹酯、石英粉加水玻璃等涂料；
?。?）表面強化處理 表面堆焊、熱噴涂、滲硼、激光表面硬化和高頻淬火等。
目前，國外正在進行關于燒結引風機氣動設計計算的二相流（固體微粒和燒結煙氣）的研究，試圖從空氣動力學方面來進一步解決燒結引風機的磨損問題。
3、煤氣輸送羅茨鼓風機
該裝置發(fā)展快、水平高。
隨著冶金行業(yè)發(fā)展，煤氣輸送作為冶金行業(yè)工藝里重要的環(huán)節(jié)，羅茨鼓風機的選擇尤為關鍵。適宜的羅茨鼓風機會減少噪音，提高工作效率，制作質量幅度上升。隨著科技的發(fā)展，未來的羅茨鼓風機會實現(xiàn)自動化、一體化、高效化。
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