焦化熄焦廢氣回收項目熄焦塔改造實施方案(16頁).docx
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2023-12-28
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1、焦化熄焦廢氣回收項目實施方案目錄一、熄焦塔改造31.改造方案32.蒸汽回收過程43.裝置說明44.噴淋水量55.冷卻噴淋水泵56.噴淋管5二、新型熄焦裝置51.改造方案52.熄焦蒸汽冷凝設備設計計算7三、新型熄焦車91.改造方案92.冷卻裝置設計計算10四、余熱利用121.蒸汽加熱污泥干化系統122.蒸氣余熱干化污泥過程123.污泥干化系統設計1314一、熄焦塔改造1.改造方案對熄焦塔改造的目的主要是回收熄焦產生的蒸汽,攔截污染物。熄焦塔內噴淋管上方設置冷卻吸收裝置,構成冷卻吸收段。冷卻吸收裝置包括噴淋裝置和填料。填料下方設收水擋板。蒸汽上升過程中經冷卻吸收裝置冷凝后形成凝結水,凝結水由冷卻吸2、收裝置下的接水裝置收集后導流至熄焦車之外的區域,隨未蒸發的熄焦水一起順排水渠進入熄焦池中。具體裝置圖見圖一。圖1 熄焦塔改造示意圖圖2 熄焦水循環2.蒸汽回收過程冷卻水從噴淋管向下噴淋水滴,在填料之間形成新的水滴或在填料表面形成水膜,熄焦蒸汽經蒸汽通道由下往上與水滴或水膜逆向運動。在氣、水接觸過程中,進行熱交換,使水蒸氣凝結。在噴淋水的作用下,水蒸氣中的顆粒物得以去除。噴淋水和凝結水隨未蒸發的熄焦水一起進入熄焦沉淀池,熄焦沉淀池閘門和熄焦水過濾箱安裝在熄焦沉淀池內用于將熄焦水和熄焦塔分開以及將熄焦水過濾。過濾去除雜質后進入清水池,循環再利用。3.裝置說明噴淋裝置:由配水管及噴淋頭組成,在循環水3、余壓的作用下將循環水分配后進行均勻噴淋,材料為PVC塑料(這樣不僅增加了濺水裝置的使用壽命,而且避免了水質污染,還降低了設備購置成本。)另一種方案可選布水管,冷卻水通過進水管流入布水管,然后通過布水管上的噴孔形成水流,灑在填料上。由于噴孔的直徑比較小,水流具有一定的速度,根據作用力與反作用力的原理,布水管受到與水流方向相反的作用力而旋轉,使水流不停地分布到填料上。填料:填料選用玻璃鋼填料,改填料耐100以上高溫,重量輕,耐酸堿腐蝕性好,冷卻效率高,帶收水器,收水效果良好,受濕性良好,保證水在填料上形成水膜或水滴,而不是水流,增強了氣水交換的面積,延長氣水交換時間,加強冷卻效果。填料層數設為4層4、,層高2m。玻璃鋼托架:熄焦噴淋管上方設玻璃鋼托架用來支撐填料。收水擋板:收水擋板材質為鋼板,形狀為漏斗狀,一端固定于熄焦塔壁。橫截面為矩形,填料上的凝結水落至收水板后由收水管導流至熄焦水沉淀池中。表1填料選型填料噴淋裝置材質/型號玻璃鋼玻璃鋼用量12122m3412套注:塔的截面尺寸12m*12m4.噴淋水量每熄滅1噸紅熱焦炭時,熄焦水吸收的熱量大致為35-40萬千卡。幾乎占煉焦耗熱量一半的熱量消耗于熄焦水的汽化上。在計算過程中,每熄滅一噸熱焦,水吸收的熱量取38萬千卡,即1.59106kJ。熄焦車每次熄焦28噸,總熱量Q=4.452107kJ。假設冷卻水的溫度從40升至70,冷卻水用量m=5、Q/(Cpt)=4.452107/(4.1830)=355t,即一次熄焦需冷卻水355t。熄焦過程在4min之內完成。5.冷卻噴淋水泵選用流量為1800m3/h,揚程為20m的泵四臺,三用一備(型號BYL500-500C)。熄焦時三臺同時運行,熄焦過程結束后運行一臺,繼續冷卻高溫水,為實現熄焦水的循環利用創造條件。6.噴淋管噴淋管取12根,管徑300mm,管流量q=0.125m3/s,管中流速1.8m/s。管間距385mm。管長12m。噴淋口口徑20mm,小孔流量0.0027m3/s,流速13.58m/s,每根管噴頭數量4個,共48個。7.沉淀池處理水量500t/h。設計一個長24.3m,寬16、0m,深5m的平流式沉淀池。水力負荷取2m3/m2h,池中流速取4mm/s,沉淀時間取1.5h。二、新型熄焦裝置1.改造方案熄焦車上方設一底面同熄焦車長寬大小相等的罩體。當熄焦車開進罩體下方時與罩體形成相對密閉的空間。罩體由支撐架支撐。罩內熄焦噴淋管上方安裝有多層不銹鋼冷卻管用來冷凝熄焦時產生的蒸汽。罩體兩側設水箱,與循環水泵出口連接,為冷卻管提供冷卻水。最底層冷卻管下方,熄焦噴淋管上方,對應于每根冷凝管下設有回收蒸汽冷凝水的導流組件。導流組件的剖面為V字型。熄焦時,將裝有紅焦的熄焦車開進罩體下方,接著噴水熄焦,同時向冷凝管中輸送冷卻水。水與紅焦產生的高溫高壓水蒸氣,在上升過程中遇不銹鋼管凝結7、成冷凝水,該冷凝水由導流組件導流至熄焦車之外的區域,并隨熄焦未蒸發的水一同進入沉淀池。不凝氣和部分水蒸氣經集氣罩上方出口由送風機引入熄焦車底部,輔助熄焦的同時,避免對大氣造成污染。冷凝管出水進入高溫水池,高溫水池一側安裝水池盤管式換熱器,水經換熱器后進入冷水池,循環再用。待熄焦時間結束后將熄焦車開出,完成一個循環。具體裝置圖見圖2。圖2 新型熄焦裝置圖3 新型熄焦工藝流程圖通過高低溫兩側液位的高差,水從高溫水池通過管盤式換熱器進入低溫水池,循環泵將低溫水池的水送至冷卻裝置。2.熄焦蒸汽冷凝設備設計計算每熄滅1噸紅熱焦炭時,被熄焦水吸收的熱量大致35-40萬千卡。幾乎占煉焦耗熱量一半的熱量消耗于8、熄焦水的汽化。在計算過程中,每熄滅一噸熱焦,水吸收的熱量取38萬千卡,即1.59106kJ。熄焦車每次熄焦28噸,熄焦時間4min。 熱流量 Q=281.59106240kJ/s=1.86105kw。 冷卻水用量冷卻水將水蒸氣冷卻,假設冷卻水的溫度從40升至70,m= Q/(Cpt)=1.86105/(4.1830)kg/s=1483.3kg/s即每熄焦一次需355t水來冷卻水蒸汽。由于銅管材質成本高,且不如不銹鋼管耐腐蝕,因此選擇規格250.7mm的304不銹鋼管。導熱系數=17 w/(m),其總傳熱系數K=111d2d1+d2dm+12 =1110002523.6+0.00071725249、.3+15000 =768.6w/(m2) 結構初步規劃取水流速=1.2m/s,管總截面面積A0=q/=1483.3/1000/1.2m2=1.236 m2管子數 Nt= A0/(0.785d2)=1.236/0.0005=2472傳熱面積 A= NtdiL=24723.140.0258=1552.4 m2 平均溫差的計算蒸汽與冷卻水以錯流的方式進行熱交換,先按逆流算出溫差,然后再乘以溫度校正系數,不宜小于0.8,故取0.9。假設蒸汽接觸換熱管壁面的溫度為150,冷凝后成為冷凝水的溫度為80。tm=(t1-t2)/ ln(t1/t2) =0.9(150-70)-(80-40)/ln(150-710、0)/(80-40)=54其中t1=T1-t2,t2=T2-t1 傳熱面積初值估算A=Q/(Ktm)=1.86108/(768.652)= 4653.8m2熄焦車的尺寸為長8.4m,寬5m,取管長L=8m一管子面積 A1=diL=3.140.0258=0.628 m2管子數 N=A/A1=4653.8/0.628 =7411管總截面面積 A0=3.64 m2管中水流速 =q/A0=1.4833/3.64=0.41m/s傳熱管排列方法管數取4489,按正三角形排列,管間距S=0.05m。管層與層之間間距為0.043m。按照的管數從下往上排列。每層100根,總共75層。高度3.182m。圖3 冷卻11、管排列方式表2 冷卻設備主要結構尺寸和計算結果表(熄焦時間4min)冷流體熱流體流量kg/s1483.3進/出口溫度/40/70150/80設備結構參數罩體尺寸長/m8傳熱面積/m24653.8寬/m5管材不銹鋼304高/m3.2兩側水箱尺寸長/m5管徑/mm25寬/m0.5高/m2.2不凝氣排氣口尺寸口徑/mm200管長/mm8000高/mm200管數/根7411管排數75主要計算結果冷流體熱流體流速/(m/s)0.41熱流量/kw1.86105傳熱溫差/52傳熱系數/w/(m2)768.6高溫水池換熱器 結構初步規劃取水流速=3m/s,管截面面積A0=di2/4=4.910-4 m2水量q12、=A0水=1.47kg/s 熱流量 Q=4.181031.4715w=92169w。 導熱系數由于銅管材質成本高,且不如不銹鋼管耐腐蝕,因此選擇規格250.7mm的304不銹鋼管。導熱系數=17 w/(m),其總傳熱系數K=111d2d1+d2dm+12 =1110002523.6+0.0007172524.3+11000 =475.8w/(m2) 平均溫差的計算蒸汽與冷卻水以錯流的方式進行熱交換,先按逆流算出溫差,然后再乘以溫度校正系數。系數不宜小于0.8,故取0.9。假設蒸汽接觸換熱管壁面的溫度為70,冷卻后成為冷水的溫度為45,換熱冷水進水溫度為40,出水溫度為55。tm=(t1-t2)13、/ ln(t1/t2) =0.9(70-45)-(55-40)/ln(70-45)/(55-40)=17.62其中t1=T1-t2,t2=T2-t1 傳熱面積初值估算A=Q/(Ktm)= 92169/(475.817.62)= 11m2 管長L=A/di=141m 取水平管長為5m,共29段,28個180彎頭,換熱器寬5.5m,長2.5m,高0.1m。低溫水池三、新型熄焦車濕法熄焦過程中,介質水與紅焦直接接觸,把顯熱帶走,同時產生大量的水蒸氣。從換熱方式上歸結為有介質的直接換熱的熄焦方法。對熄焦車進行改造旨在改變熄焦方式,采用間接換熱的方式,紅焦的熱量輻射到冷凝管上,冷凝管中的冷卻水將熱量帶走14、,且無水蒸氣逸散。這種方法的優點是回收了紅焦的顯熱,減少了環境污染。在熄焦車內焊接冷卻管形成冷卻系統,裝滿高溫焦炭后,通過將加料口、放料口密封,熄焦車上方安裝蓋板,高溫焦炭與外界空氣隔絕,向冷卻管通冷卻水將焦炭熱量帶走,用該方法使焦炭熄滅。當焦炭溫度降低至在空氣中不自燃的溫度時熄焦過程結束。1.改造方案熄焦車上方安裝可滑動蓋板,熄焦時可將蓋板蓋上,車內焊接冷卻管,熄焦車一端設水箱,外接泵源為冷卻系統提供冷卻介質,冷卻管中的水進行循環冷卻。另一端安裝集氣管,收集冷卻水吸熱后生成的水蒸氣,水蒸氣通入后續的隔熱耐高壓的真空緩沖儲氣罐,回收熱量,真空緩沖儲氣罐壓入管網用于用于污泥干化系統干化污泥,將熄15、焦工藝流程中的余熱直接利用。循環水泵的出口接入熄焦車水箱。冷卻后的焦炭由車底放出。具體裝置圖見圖4。圖4 新型熄焦車2.冷卻裝置設計計算冷卻水用量焦炭比熱容公式:焦炭在01000范圍內瞬時比熱容的變化關系為:Cp=0.8361.5310-3(T273)5.410-7(T273)2,單位kJ/(kgK)。焦炭溫度從1000降至300放出熱量Q=3.1107kJ,其中m=28t。假設30的冷卻水吸收該熱量變成120的水蒸氣100水蒸氣飽和蒸汽壓焓=2676.5 kJ/kg;100水蒸氣汽化熱=2257.6kJ/kg,水的比熱容4.18 kJ/120水蒸氣飽和蒸汽壓焓=2716.8 kJ/kg冷卻水16、用量q=3.1107/4.18(100-30)+2257.6+2716.8-2676.5)=12t冷卻管用量計算由于焦中含有硫等腐蝕元素,冷卻管選用耐高溫、耐腐蝕且機械強度高的鋼管。不銹鋼管310S最高工作溫度1300,連續使用溫度1150。假設完成熄焦的過程為15min,水流量q=12t/15min=13.3kg/s取水流速=1.2m/s,管總截面面積A0=q/=13.3/1000/1.2m2=0.01108m2管子數 Nt= A0/(0.785d2)=0.01108/0.002=56310S不銹鋼管(管壁5mm,管徑50mm)總體換熱系數K=111d2d1+d2dm+12 =111000517、040+0.005285045+1 689.7 w/( m2)備注:熱焦的給熱系數未知。tm=(t1-t2)/ln(t1/t2)=0.9(1000-120)-(300-30)/ln(1000-120)/(300-30)=464.7熱流量Q1=3.1107/900=3.44104kwA=Q/(Ktm)= 3.44107/(689.7464.7)= 107.3m2熄焦車的尺寸為長8.4m,寬5m,取管長L=8m一管子面積 A1=diL=3.140.058=1.256 m2管子數 N=A/A1=107.3/1.256 =86管總截面面積 A0=0.169 m2管中水流速 =q/A0=0.0133/018、.169=0.08m/s在熄焦車中,共布置4排管道,管道之間、管與壁之間間隔均為0.96m。每排100根管子,共400根管道。管總截面面積 A0=4003.140.0524=0.79 m2取流速為 0.25m/s水量 q=0.790.25=0.198m3/s圖5 新型熄焦車俯視圖表4 新型熄焦車各部件參數水箱尺寸材質長寬高不銹鋼板材5m0.5m5m蓋板材質碳鋼板8.5m5m0.1m集氣管材質不銹鋼冷卻管材質規格根數耐高溫不銹鋼管310S25.0mm5mm400 給水泵熄焦車的流量在712.8m3/h左右,揚程為5米,采用3臺泵,其中兩臺泵的流量為300m3/h的IS200-150-250離心泵19、,另一臺的流量為200 m3/h的IS150-125-250離心泵。四、余熱利用工業余熱及廢熱主要由尾氣余熱、化學反應熱、生產廢汽廢水余熱、冷卻余熱等組成。廢熱利用主要是回收廢氣廢水中的熱量和降低廢氣廢水排放溫度。廢熱的用途和溫度有關。廢熱的溫度高,則廢熱能夠用于供暖,作為熱源為其他企業進行供熱。廢熱的溫度較低時,則廢熱用于烘干等用途,或者利用熱泵等回收熱量再利用。1.蒸汽加熱污泥干化系統新型熄焦車對應的污泥干化系統核心為帶式污泥干燥裝置,配套裝置包括污泥泵、污泥進料機、蒸汽泵、空氣泵、真空泵等。該系統的熱源為高溫蒸汽,借由高溫蒸汽和空氣的混合氣在負壓的條件下將污泥中的水分蒸發出,達到污泥干化20、的目的。2.蒸氣余熱干化污泥過程首先將新型熄焦車內冷凝管中形成的高溫水蒸汽由蒸汽泵引入污泥干化系統,同時通過空氣泵通入空氣。污泥通過污泥泵和進料機送入干化系統中。進料機將污泥擠成長條狀,目的在于增大污泥與空氣、蒸汽接觸的面積。污泥被均勻鋪在傳送帶上向前運送,蒸汽和熱空氣從下至上穿過傳送帶。在此過程中,污泥和水蒸氣及熱空氣進行熱交換。在熱交換過程中,污泥干燥系統處在負壓狀態,污泥中的水分得到蒸發,污泥得以干燥。最后通過除臭設備將干化過程中產生的臭氣去除。烘干除臭之后,蒸汽凝結成水,再經循環水泵送入循環水池,可被循環利用,既避免大氣污染又利用了余熱。圖6 污泥干化流程圖圖7 污泥干化系統3.污泥干21、化系統設計設計滿足處理量為G1=50t/d=2083.33kg/h(取2100kg/h)、物料初始含水率w1=80%、物料產品含水率w2=40%的帶式干燥器。污泥的平均顆粒密度:dp=0.13mm物料密度:=1006.81048.0kg/m3污泥比熱:3.4728kJ/kgK靜止床高:h=0.01m3.1物料衡算1、干燥的水分蒸發量總質量 G1=G2+W=2100 kg/h干固體質量 G0= G1(100-w1)=420 kg/h 干燥后物料質量 G2=G1(100-w1)/(100-w2)=700kg/h干燥后物料中的含水質量G3=G2-G0=280kg/h干燥器中被蒸發的水分為 W=G1-22、G2=1400kg/h 混合氣為100 3.2熱量衡算取污泥進口溫度為25,出口溫度為80干固體吸熱 Q1=4203.472855=80221.68kJ/h干燥后含水部分熱量 Q2=2804.18655=64464.4kJ/h水分蒸發和加熱部分熱量 Q3=14004.18675+14002250=3589530kJ/h總共需要熱量 Q=Q1+Q2+Q3=3734216.08kJ/h100的飽和蒸汽的焓值約為2675.71kJ/kg,故需要q=1396kg/h的飽和蒸汽 密度為6kg/m3 ,則體積為2327m3/h3.3干燥器設計在恒速干燥階段,為常量,若假定w和Kv在干燥過程中不變,則T-T23、w或T應為常量。可得 其中:T1=100,Tw=85,總傳熱系數Ka=1.175q0.37=17.13體積總傳熱系數Kv=aKa=5293170a=300m2/m3,w=2428kJ/kg,=1030kg/m3,x0=0.8/(1-0.8)=4取臨界水含量xr=0.6/1-0.6=1.5,xcr=0.4/1-0.4=0.66 故有 =0.022h恒速干燥階段的干燥速度RC為 = 0.38kg/(m2 *h)恒速干燥階段的干燥帶長度為 =3m 其中w取1m。降速干燥階段中,傳遞到物料的熱量等于物料濕分的氣化潛熱和加熱物料所需熱量之和。 =0.016h降速干燥階段的傳送帶長度為=2.2 m 所以干24、燥器傳送帶的總長度=5.2 m取傳送帶出料長度為0.4m。進料量G1=2100kg/h,干燥器長度L=5.2m,干燥時間T=60min,則:干燥帶速度u=L/T=5.2m/h因為,所以l=G/uw=2100/10305.21=0.4m干燥器取2層,上層長3m,下層3.4m取干燥器總長4.5m,寬2m,高2.2m混合氣管道長7.8m。管徑200mm,采用t型的接口,使得出風的管徑也為200mm,間距為200mm,共31個通風口。3.4干燥系統中機電設備風機選用GFD-4.0-8型風機1臺,流量在2500m3/h。污泥泵選用I-1B 4寸濃漿泵(螺桿泵)3臺,每臺流量在960m3/h。真空泵選用W型往復式真空泵2臺,每臺抽氣速率在1982160 m3/h。表5 干燥系統尺寸熱蒸汽流量kg/h1396進口溫度100設備結構參數罩體尺寸長/m4.5寬/m2高/m2.2傳送帶尺寸長/m上層3 下層3.4寬/m1高/m0.2傳動帶之間間距/m0.8傳送帶與罩體之間間距/m0.5管道長/m7.8通風口/個31管道和傳送帶的距離/m0.3