1、焦化熄焦废气回收项目实施方案目录一、熄焦塔改造31.改造方案32.蒸汽回收过程43.装置说明44.喷淋水量55.冷却喷淋水泵56.喷淋管5二、新型熄焦装置51.改造方案52.熄焦蒸汽冷凝设备设计计算7三、新型熄焦车91.改造方案92.冷却装置设计计算10四、余热利用121.蒸汽加热污泥干化系统122.蒸气余热干化污泥过程123.污泥干化系统设计1314一、熄焦塔改造1.改造方案对熄焦塔改造的目的主要是回收熄焦产生的蒸汽，拦截污染物。熄焦塔内喷淋管上方设置冷却吸收装置，构成冷却吸收段。冷却吸收装置包括喷淋装置和填料。填料下方设收水挡板。蒸汽上升过程中经冷却吸收装置冷凝后形成凝结水，凝结水由冷却吸2、收装置下的接水装置收集后导流至熄焦车之外的区域，随未蒸发的熄焦水一起顺排水渠进入熄焦池中。具体装置图见图一。图1 熄焦塔改造示意图图2 熄焦水循环2.蒸汽回收过程冷却水从喷淋管向下喷淋水滴，在填料之间形成新的水滴或在填料表面形成水膜，熄焦蒸汽经蒸汽通道由下往上与水滴或水膜逆向运动。在气、水接触过程中，进行热交换，使水蒸气凝结。在喷淋水的作用下，水蒸气中的颗粒物得以去除。喷淋水和凝结水随未蒸发的熄焦水一起进入熄焦沉淀池，熄焦沉淀池闸门和熄焦水过滤箱安装在熄焦沉淀池内用于将熄焦水和熄焦塔分开以及将熄焦水过滤。过滤去除杂质后进入清水池，循环再利用。3.装置说明喷淋装置：由配水管及喷淋头组成，在循环水3、余压的作用下将循环水分配后进行均匀喷淋，材料为PVC塑料（这样不仅增加了溅水装置的使用寿命，而且避免了水质污染，还降低了设备购置成本。）另一种方案可选布水管，冷却水通过进水管流入布水管，然后通过布水管上的喷孔形成水流，洒在填料上。由于喷孔的直径比较小，水流具有一定的速度，根据作用力与反作用力的原理，布水管受到与水流方向相反的作用力而旋转，使水流不停地分布到填料上。填料：填料选用玻璃钢填料，改填料耐100以上高温，重量轻，耐酸碱腐蚀性好，冷却效率高，带收水器，收水效果良好，受湿性良好，保证水在填料上形成水膜或水滴，而不是水流，增强了气水交换的面积，延长气水交换时间，加强冷却效果。填料层数设为4层4、，层高2m。玻璃钢托架：熄焦喷淋管上方设玻璃钢托架用来支撑填料。收水挡板：收水挡板材质为钢板，形状为漏斗状，一端固定于熄焦塔壁。横截面为矩形，填料上的凝结水落至收水板后由收水管导流至熄焦水沉淀池中。表1填料选型填料喷淋装置材质/型号玻璃钢玻璃钢用量12122m3412套注：塔的截面尺寸12m*12m4.喷淋水量每熄灭1吨红热焦炭时，熄焦水吸收的热量大致为35-40万千卡。几乎占炼焦耗热量一半的热量消耗于熄焦水的汽化上。在计算过程中，每熄灭一吨热焦，水吸收的热量取38万千卡，即1.59106kJ。熄焦车每次熄焦28吨，总热量Q=4.452107kJ。假设冷却水的温度从40升至70，冷却水用量m=5、Q/(Cpt)=4.452107/(4.1830)=355t，即一次熄焦需冷却水355t。熄焦过程在4min之内完成。5.冷却喷淋水泵选用流量为1800m3/h，扬程为20m的泵四台，三用一备（型号BYL500-500C）。熄焦时三台同时运行，熄焦过程结束后运行一台，继续冷却高温水，为实现熄焦水的循环利用创造条件。6.喷淋管喷淋管取12根，管径300mm，管流量q=0.125m3/s，管中流速1.8m/s。管间距385mm。管长12m。喷淋口口径20mm，小孔流量0.0027m3/s，流速13.58m/s，每根管喷头数量4个，共48个。7.沉淀池处理水量500t/h。设计一个长24.3m，宽16、0m，深5m的平流式沉淀池。水力负荷取2m3/m2h，池中流速取4mm/s，沉淀时间取1.5h。二、新型熄焦装置1.改造方案熄焦车上方设一底面同熄焦车长宽大小相等的罩体。当熄焦车开进罩体下方时与罩体形成相对密闭的空间。罩体由支撑架支撑。罩内熄焦喷淋管上方安装有多层不锈钢冷却管用来冷凝熄焦时产生的蒸汽。罩体两侧设水箱，与循环水泵出口连接，为冷却管提供冷却水。最底层冷却管下方，熄焦喷淋管上方，对应于每根冷凝管下设有回收蒸汽冷凝水的导流组件。导流组件的剖面为V字型。熄焦时，将装有红焦的熄焦车开进罩体下方，接着喷水熄焦，同时向冷凝管中输送冷却水。水与红焦产生的高温高压水蒸气，在上升过程中遇不锈钢管凝结7、成冷凝水，该冷凝水由导流组件导流至熄焦车之外的区域，并随熄焦未蒸发的水一同进入沉淀池。不凝气和部分水蒸气经集气罩上方出口由送风机引入熄焦车底部，辅助熄焦的同时，避免对大气造成污染。冷凝管出水进入高温水池，高温水池一侧安装水池盘管式换热器，水经换热器后进入冷水池，循环再用。待熄焦时间结束后将熄焦车开出，完成一个循环。具体装置图见图2。图2 新型熄焦装置图3 新型熄焦工艺流程图通过高低温两侧液位的高差，水从高温水池通过管盘式换热器进入低温水池，循环泵将低温水池的水送至冷却装置。2.熄焦蒸汽冷凝设备设计计算每熄灭1吨红热焦炭时，被熄焦水吸收的热量大致35-40万千卡。几乎占炼焦耗热量一半的热量消耗于8、熄焦水的汽化。在计算过程中，每熄灭一吨热焦，水吸收的热量取38万千卡，即1.59106kJ。熄焦车每次熄焦28吨，熄焦时间4min。 热流量 Q=281.59106240kJ/s=1.86105kw。 冷却水用量冷却水将水蒸气冷却，假设冷却水的温度从40升至70，m= Q/(Cpt)=1.86105/(4.1830)kg/s=1483.3kg/s即每熄焦一次需355t水来冷却水蒸汽。由于铜管材质成本高，且不如不锈钢管耐腐蚀，因此选择规格250.7mm的304不锈钢管。导热系数=17 w/(m)，其总传热系数K=111d2d1+d2dm+12 =1110002523.6+0.00071725249、.3+15000 =768.6w/(m2) 结构初步规划取水流速=1.2m/s，管总截面面积A0=q/=1483.3/1000/1.2m2=1.236 m2管子数 Nt= A0/(0.785d2)=1.236/0.0005=2472传热面积 A= NtdiL=24723.140.0258=1552.4 m2 平均温差的计算蒸汽与冷却水以错流的方式进行热交换，先按逆流算出温差，然后再乘以温度校正系数，不宜小于0.8，故取0.9。假设蒸汽接触换热管壁面的温度为150，冷凝后成为冷凝水的温度为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 传热面积初值估算A=Q/(Ktm)=1.86108/(768.652)= 4653.8m2熄焦车的尺寸为长8.4m，宽5m，取管长L=8m一管子面积 A1=diL=3.140.0258=0.628 m2管子数 N=A/A1=4653.8/0.628 =7411管总截面面积 A0=3.64 m2管中水流速 =q/A0=1.4833/3.64=0.41m/s传热管排列方法管数取4489，按正三角形排列，管间距S=0.05m。管层与层之间间距为0.043m。按照的管数从下往上排列。每层100根，总共75层。高度3.182m。图3 冷却11、管排列方式表2 冷却设备主要结构尺寸和计算结果表（熄焦时间4min）冷流体热流体流量kg/s1483.3进/出口温度/40/70150/80设备结构参数罩体尺寸长/m8传热面积/m24653.8宽/m5管材不锈钢304高/m3.2两侧水箱尺寸长/m5管径/mm25宽/m0.5高/m2.2不凝气排气口尺寸口径/mm200管长/mm8000高/mm200管数/根7411管排数75主要计算结果冷流体热流体流速/(m/s)0.41热流量/kw1.86105传热温差/52传热系数/w/(m2)768.6高温水池换热器 结构初步规划取水流速=3m/s，管截面面积A0=di2/4=4.910-4 m2水量q12、=A0水=1.47kg/s 热流量 Q=4.181031.4715w=92169w。 导热系数由于铜管材质成本高，且不如不锈钢管耐腐蚀，因此选择规格250.7mm的304不锈钢管。导热系数=17 w/(m)，其总传热系数K=111d2d1+d2dm+12 =1110002523.6+0.0007172524.3+11000 =475.8w/(m2) 平均温差的计算蒸汽与冷却水以错流的方式进行热交换，先按逆流算出温差，然后再乘以温度校正系数。系数不宜小于0.8，故取0.9。假设蒸汽接触换热管壁面的温度为70，冷却后成为冷水的温度为45，换热冷水进水温度为40，出水温度为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 传热面积初值估算A=Q/(Ktm)= 92169/(475.817.62)= 11m2 管长L=A/di=141m 取水平管长为5m，共29段，28个180弯头，换热器宽5.5m，长2.5m，高0.1m。低温水池三、新型熄焦车湿法熄焦过程中，介质水与红焦直接接触，把显热带走，同时产生大量的水蒸气。从换热方式上归结为有介质的直接换热的熄焦方法。对熄焦车进行改造旨在改变熄焦方式，采用间接换热的方式，红焦的热量辐射到冷凝管上，冷凝管中的冷却水将热量带走14、，且无水蒸气逸散。这种方法的优点是回收了红焦的显热，减少了环境污染。在熄焦车内焊接冷却管形成冷却系统，装满高温焦炭后，通过将加料口、放料口密封，熄焦车上方安装盖板，高温焦炭与外界空气隔绝，向冷却管通冷却水将焦炭热量带走，用该方法使焦炭熄灭。当焦炭温度降低至在空气中不自燃的温度时熄焦过程结束。1.改造方案熄焦车上方安装可滑动盖板，熄焦时可将盖板盖上，车内焊接冷却管，熄焦车一端设水箱，外接泵源为冷却系统提供冷却介质，冷却管中的水进行循环冷却。另一端安装集气管，收集冷却水吸热后生成的水蒸气，水蒸气通入后续的隔热耐高压的真空缓冲储气罐，回收热量，真空缓冲储气罐压入管网用于用于污泥干化系统干化污泥，将熄15、焦工艺流程中的余热直接利用。循环水泵的出口接入熄焦车水箱。冷却后的焦炭由车底放出。具体装置图见图4。图4 新型熄焦车2.冷却装置设计计算冷却水用量焦炭比热容公式：焦炭在01000范围内瞬时比热容的变化关系为：Cp=0.8361.5310-3(T273)5.410-7(T273)2，单位kJ/(kgK)。焦炭温度从1000降至300放出热量Q=3.1107kJ，其中m=28t。假设30的冷却水吸收该热量变成120的水蒸气100水蒸气饱和蒸汽压焓=2676.5 kJ/kg；100水蒸气汽化热=2257.6kJ/kg，水的比热容4.18 kJ/120水蒸气饱和蒸汽压焓=2716.8 kJ/kg冷却水16、用量q=3.1107/4.18(100-30)+2257.6+2716.8-2676.5)=12t冷却管用量计算由于焦中含有硫等腐蚀元素，冷却管选用耐高温、耐腐蚀且机械强度高的钢管。不锈钢管310S最高工作温度1300，连续使用温度1150。假设完成熄焦的过程为15min，水流量q=12t/15min=13.3kg/s取水流速=1.2m/s，管总截面面积A0=q/=13.3/1000/1.2m2=0.01108m2管子数 Nt= A0/(0.785d2)=0.01108/0.002=56310S不锈钢管（管壁5mm，管径50mm）总体换热系数K=111d2d1+d2dm+12 =111000517、040+0.005285045+1 689.7 w/( m2)备注：热焦的给热系数未知。tm=(t1-t2)/ln(t1/t2)=0.9(1000-120)-(300-30)/ln(1000-120)/(300-30)=464.7热流量Q1=3.1107/900=3.44104kwA=Q/(Ktm)= 3.44107/(689.7464.7)= 107.3m2熄焦车的尺寸为长8.4m，宽5m，取管长L=8m一管子面积 A1=diL=3.140.058=1.256 m2管子数 N=A/A1=107.3/1.256 =86管总截面面积 A0=0.169 m2管中水流速 =q/A0=0.0133/018、.169=0.08m/s在熄焦车中，共布置4排管道，管道之间、管与壁之间间隔均为0.96m。每排100根管子，共400根管道。管总截面面积 A0=4003.140.0524=0.79 m2取流速为 0.25m/s水量 q=0.790.25=0.198m3/s图5 新型熄焦车俯视图表4 新型熄焦车各部件参数水箱尺寸材质长宽高不锈钢板材5m0.5m5m盖板材质碳钢板8.5m5m0.1m集气管材质不锈钢冷却管材质规格根数耐高温不锈钢管310S25.0mm5mm400 给水泵熄焦车的流量在712.8m3/h左右，扬程为5米，采用3台泵，其中两台泵的流量为300m3/h的IS200-150-250离心泵19、，另一台的流量为200 m3/h的IS150-125-250离心泵。四、余热利用工业余热及废热主要由尾气余热、化学反应热、生产废汽废水余热、冷却余热等组成。废热利用主要是回收废气废水中的热量和降低废气废水排放温度。废热的用途和温度有关。废热的温度高，则废热能够用于供暖，作为热源为其他企业进行供热。废热的温度较低时，则废热用于烘干等用途，或者利用热泵等回收热量再利用。1.蒸汽加热污泥干化系统新型熄焦车对应的污泥干化系统核心为带式污泥干燥装置，配套装置包括污泥泵、污泥进料机、蒸汽泵、空气泵、真空泵等。该系统的热源为高温蒸汽，借由高温蒸汽和空气的混合气在负压的条件下将污泥中的水分蒸发出，达到污泥干化20、的目的。2.蒸气余热干化污泥过程首先将新型熄焦车内冷凝管中形成的高温水蒸汽由蒸汽泵引入污泥干化系统，同时通过空气泵通入空气。污泥通过污泥泵和进料机送入干化系统中。进料机将污泥挤成长条状，目的在于增大污泥与空气、蒸汽接触的面积。污泥被均匀铺在传送带上向前运送，蒸汽和热空气从下至上穿过传送带。在此过程中，污泥和水蒸气及热空气进行热交换。在热交换过程中，污泥干燥系统处在负压状态，污泥中的水分得到蒸发，污泥得以干燥。最后通过除臭设备将干化过程中产生的臭气去除。烘干除臭之后，蒸汽凝结成水，再经循环水泵送入循环水池，可被循环利用，既避免大气污染又利用了余热。图6 污泥干化流程图图7 污泥干化系统3.污泥干21、化系统设计设计满足处理量为G1=50t/d=2083.33kg/h（取2100kg/h）、物料初始含水率w1=80%、物料产品含水率w2=40%的带式干燥器。污泥的平均颗粒密度：dp=0.13mm物料密度：=1006.81048.0kg/m3污泥比热：3.4728kJ/kgK静止床高：h=0.01m3.1物料衡算1、干燥的水分蒸发量总质量 G1=G2+W=2100 kg/h干固体质量 G0= G1(100-w1)=420 kg/h 干燥后物料质量 G2=G1(100-w1)/(100-w2)=700kg/h干燥后物料中的含水质量G3=G2-G0=280kg/h干燥器中被蒸发的水分为 W=G1-22、G2=1400kg/h 混合气为100 3.2热量衡算取污泥进口温度为25，出口温度为80干固体吸热 Q1=4203.472855=80221.68kJ/h干燥后含水部分热量 Q2=2804.18655=64464.4kJ/h水分蒸发和加热部分热量 Q3=14004.18675+14002250=3589530kJ/h总共需要热量 Q=Q1+Q2+Q3=3734216.08kJ/h100的饱和蒸汽的焓值约为2675.71kJ/kg，故需要q=1396kg/h的饱和蒸汽 密度为6kg/m3 ，则体积为2327m3/h3.3干燥器设计在恒速干燥阶段，为常量，若假定w和Kv在干燥过程中不变，则T-T23、w或T应为常量。可得 其中：T1=100，Tw=85，总传热系数Ka=1.175q0.37=17.13体积总传热系数Kv=aKa=5293170a=300m2/m3，w=2428kJ/kg，=1030kg/m3，x0=0.8/(1-0.8)=4取临界水含量xr=0.6/1-0.6=1.5，xcr=0.4/1-0.4=0.66 故有 =0.022h恒速干燥阶段的干燥速度RC为 = 0.38kg/(m2 *h)恒速干燥阶段的干燥带长度为 =3m 其中w取1m。降速干燥阶段中，传递到物料的热量等于物料湿分的气化潜热和加热物料所需热量之和。 =0.016h降速干燥阶段的传送带长度为=2.2 m 所以干24、燥器传送带的总长度=5.2 m取传送带出料长度为0.4m。进料量G1=2100kg/h，干燥器长度L=5.2m，干燥时间T=60min，则：干燥带速度u=L/T=5.2m/h因为，所以l=G/uw=2100/10305.21=0.4m干燥器取2层，上层长3m，下层3.4m取干燥器总长4.5m，宽2m，高2.2m混合气管道长7.8m。管径200mm，采用t型的接口，使得出风的管径也为200mm，间距为200mm，共31个通风口。3.4干燥系统中机电设备风机选用GFD-4.0-8型风机1台，流量在2500m3/h。污泥泵选用I-1B 4寸浓浆泵（螺杆泵）3台，每台流量在960m3/h。真空泵选用W型往复式真空泵2台，每台抽气速率在1982160 m3/h。表5 干燥系统尺寸热蒸汽流量kg/h1396进口温度100设备结构参数罩体尺寸长/m4.5宽/m2高/m2.2传送带尺寸长/m上层3 下层3.4宽/m1高/m0.2传动带之间间距/m0.8传送带与罩体之间间距/m0.5管道长/m7.8通风口/个31管道和传送带的距离/m0.3