闭式循环系统在煤气初冷器工艺的应用.pdf
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1、中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 129 闭式循环系统在煤气初冷器工艺的应用 吴 云 于晓朦 孙 宇 华泰永创(北京)科技股份有限公司,辽宁 鞍山 114000 摘要:摘要:为使初冷器的能耗降低,本文将三段式初冷器余热水段调整为闭式循环系统,引入定压补水系统。以余热水循环泵克服整个系统的沿程阻力损失,以可变频调节的定压补水泵克服初冷器的高差,稳定系统压力。相比于开式循环系统而言,闭式循环系统的余热水循环泵功率大幅度减小,从而降低了系统的能耗和运行成本。通过工艺的改变与优化,闭式循环系统相比开式循环系统,实现了水质提高、能耗的降低和运行成本的下降。本文通过将初冷器传统的开式循环工艺调整为闭式
2、循环工艺,来达到更好的运行效果和经济效益。关键词:关键词:初冷器;闭式循环;定压补水 中图分类号:中图分类号:TM611 0 引言 随着国家大力发展循环经济、实施节能减排工程,加强高能耗行业能耗的管控,高效节能现已成为企业发展的首要目标和重要战略决策。初冷器余热水段闭式循环工艺具有系统稳定、高效节能的优点,对焦化企业有着深远的经济和现实意义。1 初冷器工艺介绍 焦炉煤气离开焦炉时,通过上升管以 650 750进入集气主管,在桥管中被循环氨水冷却到 80 90后进入煤气初冷器。(1)冷却煤气:按不同的净化工艺要求,将煤气冷却到 2123或 2530后进入后续工序。(2)净化煤气:为防止荒煤气中的
3、杂质堵塞和腐蚀后续工序,应把荒煤气中的杂质尽可能地在前面工序中冷凝下来,以达到最大限度地净化煤气的目的;因此,煤气的初步冷却是煤气净化工艺的基础。实践证明,在初冷器中将煤气冷却至2122,就可去除煤气中75%以上的焦油和焦油雾,还可去除煤气中 80%的萘,使出口煤气的含萘量降低到 0.4g/m3 以下,即可保证后续工序的顺利生产。初冷器一般采用横管间接初冷器,用循环水和低温水对荒煤气进行分段冷却。当有采暖用户时,初冷器可采用上、中、下的三段结构,其中上段热水出初冷器的温度约 75,可满足供暖要求。利用初冷器上段的高温余热水不仅可以回收利用荒煤气的余热,同时可减少荒煤气冷却所需的工业循环水量,是
4、焦化行业煤气净化回收领域的一项重要节能环保措施1。目前焦化行业常规的煤气净化系统,初冷器余热水段普遍采用开式循环,热损失较大,余热水泵既要克服系统阻力又要克服系统的高差,功率大、能耗高。而闭式循环余热水泵只克服系统阻力,定压补水泵克服系统的高差,能耗较低。此外,开式回路设计,热水循环过程与大气有直接接触,还存在热水挥发损失的问题。闭式循环系统能够避免初冷器上段余热水敞开式循环所带来的余热水损失和势能损失。2 初冷器形式 煤气初冷器按冷却介质分为空气冷却器和水冷却器。(1)空气冷却器:冷却器由于效率低,传热系数小,目前以不被采用。(2)水冷却器:间接冷却器(立管式冷却器、横管式初冷器)、直接冷却
5、器和间-直接冷却器。横管式初冷器由多箱组成,在高约 1m 的长方形箱体内水平配置多根传热管,冷却管应尽可能密地安装在每一侧的器壁上,以减少无效空间,冷却管也起到了分离焦油雾和水雾的挡板作用。煤气从上向下流动,冷却水由下向上流动,整个设备可按需要分为三段(热水段、循环水段、低温水段)或二段(循环水段、低温水段)。低温水段可以采用断塔板与上部隔开,达到节能效果。在中、下段可连续喷洒焦油氨水混合液,一方面可使传热管外壁形成液膜,提高液膜的传质效率;另一方面自上而下冲洗可防止萘和焦油等杂质的中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 130 堵塞。由于横管初冷器把总冷却水流分成许多管束,因此初冷器内可以保持
6、高的水速和湍流,初冷器的冷凝液与煤气顺流而下,起到了冲洗和冷却管壁的双重作用。因此,煤气侧不会发生堵塞。在采用适当水处理方法减少水沉积物的条件下,由于大大增加了水流速度,所以很少发现产生水侧沉积物。(1)由于横管初冷器提高了水流速度,煤气流向又与冷凝液流向一致,因此,其除萘效果要比立管式初冷器好得多,可最大限度地提高煤气的净化效率,总传热系数比立管式初冷器的传热系数提高了一倍多。对于相同的煤气量,横管初冷器的传热面积可大为减少。(2)在初冷器的结构方面,当上、中段与下段用断液盘断开时,由于下段冷凝液量的减少,不利于煤气除萘,必须连续补充含水焦油。高效的横管初冷器,可以最大限度的净化煤气,被广泛
7、采用。这样,就可实现整个工艺过程不必再另建单独的煤气脱萘装置。本文就是以横管初冷器为基础进行的开式循环与闭式循环的工艺的比较。3 初冷器的选材 由于目前设计中一般都采用横管初冷器,所以主要介绍横管初冷器材质:壳体主要材质:Q235-B;水管主要材质:20#钢管或 10#钢。4 初冷器设计及布置注意事项(1)一般正对电捕焦油器布置;(2)在负压 500mm 水柱的情况下,冷凝液能顺畅的流入冷凝液液封槽;(3)初冷器操作走台的布置原则:便于初冷器煤气进出口管、冷却水进出口管、冷凝液管、蒸汽清扫管、放散管及取样管的阀门操作;方便各点的仪表观测,检修及更换。(4)保证低温水入口温度小于 18。为了实现
8、初冷工序的上述任务,首先要提供低于18的冷却水,采用横管初冷器可以强化初冷操作,使煤气的出口温度与冷却水的入口温度差缩小到 23C,达到 22以下。(5)严格控制初冷器的喷洒液量和喷洒液中的焦油含量是保证初冷器除萘效果的另一重要手段。如何提高横管初冷器的脱萘效果。在横管初冷器内,煤气在冷却的同时,会不断析出萘。部分萘可溶解于焦油中,另一部分则附着在冷却水管的外壁上。当达到一定厚度后就会影响初冷器的冷却效率。如果横管初冷器后的煤气温度能够降低到 21-22,煤气中的含萘量可降低至 400 500mg/m3,相当于煤气的露点含萘量。这样,就可保证后续工序不会再有萘的析出。对脱硫、洗氨、终冷等工序是
9、一个有力的保证。横管初冷器脱萘效果好的原因是在于煤气和冷凝液在初冷器中平行移动。煤气与冷凝液经长时间接触,煤气中析出的萘可被焦油吸收。而立管武初冷器就达不到上述的脱萘效果。德国的试验表明,单纯的喷洒轻质焦油的除萘效果不如喷洒冷凝液与焦油混合液的好。(6)初冷器台数的选择问题 初冷器台数越多,冷却管内低温水的流速就减小,不利于换热(7)初冷器冷却水质的问题 一般要求初冷器循环水中的悬浮物小于 50mg/L,暂时硬度不大于 40DH。GB6222-2005 工业企业煤气安全规程 中要求新建煤气冷却、净化区内煤气系统的各种设施的布置应符合下列要求:煤气初冷器(塔)应正对抽气机室,按单行横向排列,初冷
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