焦化廠用羅茨風(fēng)機(jī)抽煤氣的吸力控制：求羅茨風(fēng)機(jī)在煤氣輸送環(huán)節(jié)上如何經(jīng)濟(jì)適用？？

　　羅茨風(fēng)機(jī)在煤氣輸送環(huán)節(jié)上如何經(jīng)濟(jì)適用

　　焦化廠冷鼓系統(tǒng)煤氣輸送環(huán)節(jié)上的羅茨風(fēng)機(jī)實行變頻調(diào)速及自動控制改造以后，有效地改善了原有的落后運行方式，使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以隨著煤氣量的變化而變化，節(jié)約了大量的能源，保證了煤氣收集系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行，提高了供氣質(zhì)量的可靠性。

　　這個廠改造以后的新系統(tǒng)具有以下功能：

　?、費T-140E-132kW變頻器內(nèi)置PI控制功能非常適用于對流量或者壓力的自動控制，是專門為適應(yīng)風(fēng)機(jī)、泵類等平方力矩特性負(fù)載設(shè)計的變頻器，可以在極低的變頻下啟動電機(jī)，能夠避免過大的啟動電流。

　?、谕ㄟ^安裝在羅茨風(fēng)機(jī)之前的煤氣管道上的壓力傳感器測得的壓力信號，控制變頻器的輸出頻率，使得電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著集氣管壓力的變化而變化。因為軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，而有功功率的輸出呈立方下降，所以極錦工降低了電動機(jī)的能耗，而且提高了煤氣輸送環(huán)節(jié)的自動化程度。

　?、圩冾l器具有過流、過載、過熱、過頻等十幾種故障自動保護(hù)功能。

　　④變頻器可以在自動（即通過壓力信號來調(diào)節(jié)輸出頻率）和手動（由人工來設(shè)定工作頻率）兩種狀態(tài)下工作，并且具有自耦減壓啟動與變頻器啟動的互相切換功能，當(dāng)其中的一種工作方式處于檢修或者發(fā)生故障的時候，能夠由人工切換到另外一種工作方式上去，而不會影響到正常的生產(chǎn)。

　?、葑择顪p壓啟動柜與變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的啟停及二者的功能切換均可以就地操作。

　　這個廠的運行實踐表明：利用限定變頻器頻率的方法來降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以使風(fēng)量正好符合工藝的需要，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運行。

　　焦化廠冷鼓系統(tǒng)煤氣輸送環(huán)節(jié)上的羅茨風(fēng)機(jī)實行變頻調(diào)速及自動控制改造以后，有效地改善了原有的落后運行方式，使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以隨著煤氣量的變化而變化，節(jié)約了大量的能源，保證了煤氣收集系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行，提高了供氣質(zhì)量的可靠性。

　　這個廠改造以后的新系統(tǒng)具有以下功能：

　　①MT-140E-132kW變頻器內(nèi)置PI控制功能非常適用于對流量或者壓力的自動控制，是專門為適應(yīng)風(fēng)機(jī)、泵類等平方力矩特性負(fù)載設(shè)計的變頻器，可以在極低的變頻下啟動電機(jī)，能夠避免過大的啟動電流。

　?、谕ㄟ^安裝在羅茨風(fēng)機(jī)之前的煤氣管道上的壓力傳感器測得的壓力信號，控制變頻器的輸出頻率，使得電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著集氣管壓力的變化而變化。因為軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，而有功功率的輸出呈立方下降，所以極錦工降低了電動機(jī)的能耗，而且提高了煤氣輸送環(huán)節(jié)的自動化程度。

　?、圩冾l器具有過流、過載、過熱、過頻等十幾種故障自動保護(hù)功能。

　　④變頻器可以在自動（即通過壓力信號來調(diào)節(jié)輸出頻率）和手動（由人工來設(shè)定工作頻率）兩種狀態(tài)下工作，并且具有自耦減壓啟動與變頻器啟動的互相切換功能，當(dāng)其中的一種工作方式處于檢修或者發(fā)生故障的時候，能夠由人工切換到另外一種工作方式上去，而不會影響到正常的生產(chǎn)。

　?、葑择顪p壓啟動柜與變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的啟停及二者的功能切換均可以就地操作。

　　這個廠的運行實踐表明：利用限定變頻器頻率的方法來降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以使風(fēng)量正好符合工藝的需要，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運行。

焦化廠用羅茨風(fēng)機(jī)抽煤氣的吸力控制：煉焦化產(chǎn)回收教案

　　原標(biāo)題：煉焦化產(chǎn)回收教案

　　第一章 緒論

　　第一節(jié) 煉焦化學(xué)產(chǎn)品概述

　　一、煉焦化學(xué)

　　煉焦化學(xué)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(jì)合理的方法將荒煤氣分離和精制成化學(xué)產(chǎn)品的技術(shù)和工藝原理的學(xué)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(xué)工業(yè)。

　　二、煉焦化學(xué)產(chǎn)品

　　煤是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的由很多苯環(huán)縮合起來的多環(huán)結(jié)構(gòu)物質(zhì)，煤中的價鍵以碳原子結(jié)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(jié)成塊的煤種，通常稱之為煉焦煤。煉焦煤于煉焦?fàn)t內(nèi)在隔絕空氣高溫加熱條件下，煤質(zhì)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(zhì)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?fàn)t煤氣的主要成分。

　　第二節(jié) 煉焦化學(xué)產(chǎn)品的生成與組成和產(chǎn)率

　　一、煉焦化學(xué)產(chǎn)品的生成

　　煤料在焦?fàn)t炭化室內(nèi)進(jìn)行高溫干餾時，煤質(zhì)發(fā)生了一系列的物理化學(xué)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(cè)鏈斷裂和分解，產(chǎn)生氣體和液體，煤質(zhì)軟化熔融，形成氣、固、液三相共存黏稠狀的膠質(zhì)體、并生成脂肪烴，同時釋放出氫。

　　在600℃前從膠質(zhì)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(gòu)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(dāng)發(fā)生二次熱裂解時，碳?xì)浠衔锓肿咏Y(jié)構(gòu)會發(fā)生以下幾種變化：

　　(a)C-C鍵斷裂引起結(jié)構(gòu)縮小反應(yīng)。

　　(b)C-H鍵裂解引起脫氫反應(yīng)。

　　(c)按異構(gòu)化進(jìn)行的重排反應(yīng)。

　　(d) 聚合、歧化、縮合引起的結(jié)構(gòu)增大反應(yīng)。

　　通過上述許多復(fù)雜反應(yīng)和其他反應(yīng)，煤氣中的甲烷和重?zé)N(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?fàn)t煤氣。

　　二、煉焦化學(xué)產(chǎn)品的組成

　　煉焦配煤在炭化室內(nèi)經(jīng)過一系列的物理變化和化學(xué)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?fàn)t煤氣外的主要組成（g/m3）：

　　經(jīng)回收化學(xué)產(chǎn)品和凈化后的煤氣，稱為凈焦?fàn)t煤氣，也稱回爐煤氣。

　　三、煉焦化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率

　　煉焦化學(xué)產(chǎn)品的數(shù)量和組成隨煉焦溫度和原料煤質(zhì)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(zhì)量)：

　　四、影響化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率和組成的因素

　　煉焦化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率取決于煉焦配煤的性質(zhì)和煉焦過程的技術(shù)操作條件。

　　1．配煤性質(zhì)和組成的影響

　　2．焦?fàn)t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?fàn)t內(nèi)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(xué)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(jié)焦時間相關(guān))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(xué)產(chǎn)品的方法及典型流程

　　從焦?fàn)t炭化室生成的荒煤氣需在化產(chǎn)回收車間進(jìn)行冷卻、輸送，回收焦油、氨、硫、苯族烴等化學(xué)產(chǎn)品，同時凈化煤氣。這一方面是為得到有用的化學(xué)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(fēng)機(jī)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?fàn)t煤氣處理系統(tǒng)

　　1.正壓操作系統(tǒng)

　　焦?fàn)t煤氣凈化精制處理系統(tǒng)中鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在初冷器的后面。

　　2 . 半負(fù)壓操作系統(tǒng)

　　焦?fàn)t煤氣凈化精制處理系統(tǒng)中鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在電捕焦油器的后面。

　　二、在負(fù)壓下操作的焦?fàn)t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(fēng)機(jī)可設(shè)在煤氣凈化系統(tǒng)的最后面，這就是全負(fù)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(zhì)，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(jié)晶等方法進(jìn)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?fàn)t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(yīng)將煤氣冷卻，這是因為:

　　1. 從煤氣中回收化學(xué)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(fēng)機(jī)的輸送能力和功率均增大，這是不經(jīng)濟(jì)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(zhì)溶于冷凝液中，從而可減少回收設(shè)備及管道的堵塞和腐蝕。

　　煤氣的初步冷卻分兩步進(jìn)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(xué)產(chǎn)品回收與煤氣凈化選用的工藝方法而異，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，例如若以硫酸或磷酸作為吸收劑，用化學(xué)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(nèi)的冷卻

　　1. 煤氣在集氣管內(nèi)冷卻的機(jī)理

　　煤氣在橋管和集氣管內(nèi)冷卻，是用表壓為150~200kPa的循環(huán)氨水通過噴頭強(qiáng)烈噴灑進(jìn)行的

　　當(dāng)細(xì)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(jìn)行著傳熱和傳質(zhì)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(zhì)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(dá)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(guān)系

　　煤氣的冷卻及所達(dá)到的露點溫度同下列因素有關(guān)；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(nèi)冷卻的技術(shù)要求

　　1. 集氣管技術(shù)操作指標(biāo)

　　（1）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(zhì)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。

　?。?）進(jìn)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(guān)

　　（3）對不同形式的焦?fàn)t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?fàn)t，每噸干煤需5m3循環(huán)氨水，對雙集氣管焦?fàn)t需6m3的循環(huán)氨水。

　?。?）集氣管冷卻操作中，應(yīng)經(jīng)常對設(shè)備進(jìn)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(nèi)物料轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)分別從固體壁面的兩側(cè)流過，煤氣將熱量傳給壁面，再由壁面?zhèn)鹘o冷卻介質(zhì)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(jìn)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(nèi)。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(dāng)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(nèi)。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(fù)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(fù)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(fù)荷20%；下段噴灑冷凝液的冷卻顯熱，約占總熱負(fù)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：

　　①煤氣中水汽含量增多，體積變大，致使鼓風(fēng)機(jī)能力不足，影響煤氣正常輸送。

　?、诮褂蜌饫淠式档?，初冷后煤氣中焦油含量增多，影響后續(xù)工序生產(chǎn)操作。

　　③在初冷器內(nèi)，煤氣冷卻到一定程度（一般認(rèn)為55℃）以下，萘蒸汽凝華呈細(xì)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(dāng)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(nèi)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(jìn)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(fēng)機(jī)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(jìn)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(jìn)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(nèi)，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(shè)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(fù)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(yán)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(jié)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(nèi)，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(shè)備結(jié)構(gòu)簡單造價低及煤氣阻力小等優(yōu)點。間冷直冷結(jié)合的煤氣初冷工藝即是將二者優(yōu)點結(jié)合的方法，在國內(nèi)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(jié)造成設(shè)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(jié)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(zhì)及分離要求

　　在用循環(huán)氨水于集氣管內(nèi)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(zhì)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(zhì)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(zhì)焦油和重質(zhì)焦油的混合物稱之為混合焦油。混合焦油20℃密度可降至1.15~1.19kg/1，黏度比重質(zhì)焦油減少20％~45％，焦油渣易于沉淀下來，混合焦油質(zhì)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(jìn)行一步澄清分離仍不能達(dá)到要求的脫水程度，還須在焦油貯槽內(nèi)保持80~90℃條件下進(jìn)一步脫水。

　　二、焦油氨水混合物的分離方法和流程

　　三、焦油質(zhì)量的控制

　　焦油中水分、灰分、甲苯不溶物是焦油質(zhì)量的重要指標(biāo)，它主要取決于冷凝工序的生產(chǎn)操作。操作中應(yīng)注意如下幾點：

　　(1)焦油氨水澄清槽內(nèi)應(yīng)保持—定的焦油層厚度，—般為1.5～2m，排出焦油時應(yīng)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(yīng)裝有自動控制裝置。

　　(2)嚴(yán)禁在焦油澄清槽內(nèi)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(yán)格控制溫度在80~90℃，保證靜置時間在兩晝夜以上。同時應(yīng)按時放水，向精制車間送油時應(yīng)均勻進(jìn)行，且保持槽內(nèi)有一定的庫存量。

　　(４)嚴(yán)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(jī)吸力而增加煤粉和焦粉的帶入量。另外，焦?fàn)t操作應(yīng)力求穩(wěn)定，嚴(yán)格執(zhí)行各項技術(shù)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(jī)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(jī)、刮渣機(jī)運行情況保持正常。

　　第四節(jié) 煤氣冷卻和冷凝的主要設(shè)備

　　一、煤氣冷卻設(shè)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(shè)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(shè)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(jī)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(yīng)用的是臥式機(jī)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(xué)產(chǎn)品回收設(shè)備直到煤氣貯罐或送回焦?fàn)t或到下游用戶，要通過很長的管路及各種設(shè)備。為了克服這些設(shè)備和管道阻力及保持足夠的煤氣剩余壓力，需設(shè)置煤氣鼓風(fēng)機(jī)。同時，在確定化產(chǎn)回收工藝流程及選用設(shè)備時，除考慮工藝要求外，還應(yīng)該使整個系統(tǒng)煤氣輸送阻力盡可能小，以減少鼓風(fēng)機(jī)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(shè)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(fēng)機(jī)一般設(shè)置在初冷器后面。這樣，鼓風(fēng)機(jī)吸入的煤氣體積小，負(fù)壓下操作的設(shè)備和煤氣管道少。有的焦化廠將油洗萘塔及電捕焦油器設(shè)在鼓風(fēng)機(jī)前，進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)的煤氣中焦油、萘含量少，可減輕鼓風(fēng)機(jī)及以后設(shè)備堵塞，有利于化學(xué)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(shè)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(shè)備）和回爐煤氣管路；若焦?fàn)t用高爐煤氣加熱，還有自煉鐵廠至煉焦焦?fàn)t的高爐煤氣管路。這些管路的合理設(shè)置與維護(hù)都是至關(guān)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(yīng)降低，節(jié)省基建投資，但這會使管路阻力增大，因而鼓風(fēng)機(jī)的動力消耗也隨之增大；當(dāng)流速小時，情況則相反。所以，所選用的適宜流速應(yīng)該是折舊費、維修費和操作費構(gòu)成的總費用最低

　?。? 煤氣管道應(yīng)有一定的傾斜度，以保證冷凝液按預(yù)定方向自流。吸氣主管順煤氣流向傾斜度10‰，鼓風(fēng)機(jī)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‰。

　?。? 管路的熱延伸和補(bǔ)償

　　管路隨季節(jié)的變化以及管內(nèi)介質(zhì)和保溫情況的不同，都有溫度的變化。當(dāng)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?fàn)t煤氣管道上一般采用填料函式補(bǔ)償器，在高爐煤氣管道上一般采用鼓式補(bǔ)償器。直徑較小的煤氣管道可用U管自動補(bǔ)償，對于小型焦化廠的煤氣管道，由于直徑較小、轉(zhuǎn)彎較多等特點，則可以充分利用彎管的自動補(bǔ)償。

　　4.安裝自動放散裝置

　　5.其他輔助設(shè)施

　　第二節(jié)　鼓風(fēng)機(jī)及其操作性能

　　一、離心式鼓風(fēng)機(jī)

　　1.離心式鼓風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及工作原理

　　離心式鼓風(fēng)機(jī)又稱渦輪式或透平式鼓風(fēng)機(jī)，由電動機(jī)或汽輪機(jī)驅(qū)動。其構(gòu)造如圖3—2所示，離心式鼓風(fēng)機(jī)由導(dǎo)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(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)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(fù)壓，煤氣即被不斷吸入。由葉輪甩出的煤氣速度很高，當(dāng)進(jìn)入環(huán)形空隙后速度減小，其部分動能變成靜壓能，并沿導(dǎo)葉輪通道進(jìn)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(zhuǎn)子的各個葉輪作用下．并經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換而得到提高。

　　顯然，葉輪的轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)輸氣能力及軸功率的計算

　　3.煤氣在鼓風(fēng)機(jī)中的溫升

　　在離心式鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)，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(fēng)機(jī)內(nèi)的壓縮過程可以近似地視為絕熱過程。

　　二. 離心式鼓風(fēng)機(jī)的性能與調(diào)節(jié)

　　焦化廠中鼓風(fēng)機(jī)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(diào)節(jié)機(jī)調(diào)節(jié)，但當(dāng)調(diào)節(jié)范圍不能滿足生產(chǎn)變化的要求時，即須對鼓風(fēng)機(jī)操作進(jìn)行必要的調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的生產(chǎn)能力與總壓頭之間有一定的關(guān)系，可用圖3-3所示鼓風(fēng)機(jī)Q—H特性曲線來表示。

　　曲線有一最高點B，相應(yīng)于B點壓頭(最高壓頭)的輸送量稱為臨界輸送量。鼓風(fēng)機(jī)不允許在B點的左側(cè)范圍內(nèi)操作，因在此范圍內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)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(cè)延伸的特性曲線范圍內(nèi)操作才是穩(wěn)定的。所以，B點右側(cè)的特性曲線范圍是鼓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)，B點的左側(cè)為鼓風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定工作區(qū)。

　　當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)的運行工況改變時，要用調(diào)節(jié)的手段使鼓風(fēng)機(jī)處于穩(wěn)定工作區(qū)，維護(hù)其穩(wěn)定運行。常用的調(diào)節(jié)方法有以下幾種：

　?。?）改變轉(zhuǎn)速。當(dāng)改變鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速時，流量與性能曲線相應(yīng)改變。此法調(diào)節(jié)范圍寬，經(jīng)濟(jì)性好，是離心式鼓風(fēng)機(jī)的最佳調(diào)節(jié)手段。

　?。?）進(jìn)口節(jié)流。調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)吸入口的閥門開度時，鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線隨之改變。如圖3-5所示 ，當(dāng)吸入開閉器的開度變小時，鼓風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定工作范圍隨之變小，鼓風(fēng)機(jī)的輸送能力及總壓頭也均相應(yīng)減小。此調(diào)節(jié)方法簡單，適用于固定轉(zhuǎn)速機(jī)組的調(diào)節(jié)，但由于鼓風(fēng)機(jī)前吸力增大，會使壓縮比(P2/P1)變大，則鼓風(fēng)機(jī)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(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)出口的閥門開度，調(diào)節(jié)方法簡單，但經(jīng)濟(jì)性差，適用于小功率機(jī)組的調(diào)節(jié)。

　　電動鼓風(fēng)機(jī)如果用出入口開閉器進(jìn)行調(diào)節(jié)時，應(yīng)特別注意鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)電流的變化，一般操作電流不應(yīng)小于電機(jī)額定電流的60%，以防止發(fā)生“飛動”現(xiàn)象。

　?。?） 交通管調(diào)節(jié)。當(dāng)煤氣流量減少時，調(diào)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(fēng)機(jī)的正常運行。交通管調(diào)節(jié)有“大循環(huán)”和“小循環(huán)”兩種方式。

　　當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)能力較大，而輸送的煤氣量較小時，為保證鼓風(fēng)機(jī)工作穩(wěn)定，可用如圖3-6所示的小循環(huán)管來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的操作，按調(diào)節(jié)閥門的開度大小，使由鼓風(fēng)機(jī)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(diào)節(jié)。

　　當(dāng)焦?fàn)t剛開工投產(chǎn)或因故大幅度延長結(jié)焦時間時煤氣發(fā)生量過少，低于“小循環(huán)”調(diào)的限度時，則易采用“大循環(huán)”調(diào)節(jié)方法。

　　如圖3-7所示，“大循環(huán)”調(diào)節(jié)就是通過“大循環(huán)”調(diào)節(jié)閥門將鼓風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)去。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗獲知，當(dāng)煤氣量為鼓風(fēng)機(jī)額定能力的1/4~1/3時，就需采用煤氣“大循環(huán)”調(diào)節(jié)措施。顯然“大循環(huán)”調(diào)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(fēng)機(jī)能量的消耗，同時會增加初冷器的負(fù)荷及冷卻水的用量。如果進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)的煤氣量過小時，經(jīng)過風(fēng)機(jī)多次循環(huán)后，鼓風(fēng)機(jī)后煤氣溫度仍會發(fā)生升溫過高，這時應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)煤氣出口開閉器開度，以防軸瓦損壞。

　　三、 羅茨式鼓風(fēng)機(jī)

　　羅茨鼓風(fēng)機(jī)有一鑄鐵外殼，殼內(nèi)裝有兩個“8”字形的用鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉(zhuǎn)子，并將氣缸分成兩個工作室。兩個轉(zhuǎn)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(dāng)電動機(jī)經(jīng)由皮帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)子時，主軸上的齒輪又帶動了從動軸上的齒輪，所以兩個轉(zhuǎn)子做相對反向轉(zhuǎn)動，此時一個工作室吸入氣體，由轉(zhuǎn)子推入另一個工作室而將氣體壓出。每個轉(zhuǎn)子與機(jī)殼內(nèi)壁及與另一個轉(zhuǎn)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(nèi)充煤氣的焦油氣泡狀態(tài)或極細(xì)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(yán)重影響。

　　焦油霧在飽和器凝結(jié)下來，會使硫銨質(zhì)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(jìn)入洗苯塔內(nèi)，會使洗油質(zhì)量變壞，影響粗苯的回收；當(dāng)煤氣進(jìn)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(shè)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(jì)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(qiáng)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(fù)電荷的離子，于是正離子向陰極移動，負(fù)離子向陽極移動。當(dāng)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(zhì)點相遇而附于其上，使質(zhì)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(dāng)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(yīng)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(dǎo)線作為正、負(fù)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(shè)置其間的金屬導(dǎo)線作為正負(fù)電極。

　　在不均勻電場中，當(dāng)兩極間電位差增高時，電流強(qiáng)度并不發(fā)，生急劇的變化。這是因在導(dǎo)線附近的電場強(qiáng)度很大，導(dǎo)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(dǎo)線中心較遠(yuǎn)處，電場強(qiáng)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(dǎo)線附近電場強(qiáng)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(dǎo)線周圍產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的空間稱為電暈區(qū),導(dǎo)線既成為電暈極。

　　由于在電暈區(qū)內(nèi)發(fā)生急劇的碰撞電離，形成了大量正、負(fù)離子。負(fù)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(fù)極，圓管或環(huán)形金屬板則取為正極，因而速度大的負(fù)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(nèi)存在兩種離子，而電暈區(qū)外只有負(fù)離子，因而在電捕焦油器的大部分空間內(nèi)，焦油霧滴只能成為帶有負(fù)電荷的質(zhì)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(zhì)點到達(dá)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(nèi)正負(fù)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(zhuǎn)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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焦化廠用羅茨風(fēng)機(jī)抽煤氣的吸力控制：煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收與加工 第一講 煤氣輸送系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī) 模塊三 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī).ppt

　　在額定轉(zhuǎn)速的50—125%范圍內(nèi)，離心鼓風(fēng)機(jī)的Q—H特性曲線如圖3-4。由圖可見，隨轉(zhuǎn)速的降低，鼓風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定工作區(qū)范圍縮小，即使在煤氣輸送量很小情況下也不易產(chǎn)生“飛動”現(xiàn)象。 　　鼓風(fēng)機(jī)允許的最大轉(zhuǎn)速值稱為額定轉(zhuǎn)速，鼓風(fēng)機(jī)的運轉(zhuǎn)速度在一定范圍內(nèi)，會出現(xiàn)工作不均衡，輸氣量波動，并發(fā)生振動等現(xiàn)象，該轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 圖3-4　轉(zhuǎn)速變更時鼓風(fēng)機(jī)的Q—H特性曲線 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 　　改變轉(zhuǎn)速適用于汽輪機(jī)和變速電動機(jī)驅(qū)動的鼓風(fēng)機(jī)或安裝有液力偶合器的鼓風(fēng)機(jī)。當(dāng)用蒸汽透平機(jī)帶動鼓風(fēng)機(jī)時，只要改變進(jìn)入透平機(jī)的蒸汽量，即可改變透平機(jī)的轉(zhuǎn)速，亦即改變鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；當(dāng)用變頻電動機(jī)作原動機(jī)時，通過改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可改變鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；液力偶合器是以液體為介質(zhì)來傳遞功率的傳動裝置，通過改變液力偶合器工作腔內(nèi)液體的充滿度，使原動機(jī)轉(zhuǎn)速不變的條件下，實現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)的無級變速。調(diào)速液力偶合器功能：無級調(diào)速、過載保護(hù)、減緩沖擊、隔離振動、空載啟動、緩慢加速、高效傳動。 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 　　（2）進(jìn)口節(jié)流。調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)吸入口的閥門開度時，鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線隨之改變。如圖3-5所示 ，當(dāng)吸入開閉器的開度變小時，鼓風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定工作范圍隨之變小，鼓風(fēng)機(jī)的輸送能力及總壓頭也均相應(yīng)減小。此調(diào)節(jié)方法簡單，適用于固定轉(zhuǎn)速機(jī)組的調(diào)節(jié)，但由于鼓風(fēng)機(jī)前吸力增大，會使壓縮比(P2/P1)變大，則鼓風(fēng)機(jī)軸功率消耗及煤氣溫升增高，故較少采用此法。 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 圖3-5 　以吸力管開閉器調(diào)節(jié)時鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 　?。?）出口節(jié)流。調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)出口的閥門開度，調(diào)節(jié)方法簡單，但經(jīng)濟(jì)性差，適用 于小功率機(jī)組的調(diào)節(jié)。 電動鼓風(fēng)機(jī)如果用出入口開閉器進(jìn)行調(diào)節(jié)時，應(yīng)特別注意鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)電流的變化，一般操作電流不應(yīng)小于電機(jī)額定電流的60%，以防止發(fā)生“飛動”現(xiàn)象。 　?。?） 交通管調(diào)節(jié)。當(dāng)煤氣流量減少時，調(diào)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(fēng)機(jī)的正常運行。交通管調(diào)節(jié)有“大循環(huán)”和“小循環(huán)”兩種方式。 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 　　當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)能力較大，而輸送的煤氣量較小時，為保證鼓風(fēng)機(jī)工作穩(wěn)定，可用如圖3-6所示的小循環(huán)管來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的操作，按調(diào)節(jié)閥門的開度大小，使由鼓風(fēng)機(jī)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(diào)節(jié)。 　　“小循環(huán)”調(diào)節(jié)方法很方便，但顯然鼓風(fēng)機(jī)能量有一部分白白浪費在循環(huán)煤氣上。此外，因為有部分已被加熱升溫的煤氣返回鼓風(fēng)機(jī)并經(jīng)再次壓縮，因而煤氣溫升會更高。如：某廠用能力為1200m3/min的鼓風(fēng)機(jī)抽送一座焦?fàn)t的煤氣發(fā)生量為28000m3/h時，采用鼓風(fēng)機(jī)“小循環(huán)”調(diào)節(jié)，曾使煤氣升溫接近90℃，鼓風(fēng)機(jī)軸瓦溫度近70℃，發(fā)生了軸瓦損壞事故。所以，“小循環(huán)”調(diào)節(jié)是很有限的。 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 　　當(dāng)焦?fàn)t剛開工投產(chǎn)或因故大幅度延長結(jié)焦時間時煤氣發(fā)生量過少，低于“小循環(huán)”調(diào)的限度時，則易采用“大循環(huán)”調(diào)節(jié)方法。 　　如圖3-7所示，“大循環(huán)”調(diào)節(jié)就是通過“大循環(huán)”調(diào)節(jié)閥門將鼓風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)去。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗獲知，當(dāng)煤氣量為鼓風(fēng)機(jī)額定能力的1/4~1/3時，就需采用煤氣“大循環(huán)”調(diào)節(jié)措施。顯然“大循環(huán)”調(diào)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(fēng)機(jī)能量的消耗，同時會增加初冷器的負(fù)荷及冷卻水的用量。如果進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)的煤氣量過小時，經(jīng)過風(fēng)機(jī)多次循環(huán)后，鼓風(fēng)機(jī)后煤氣溫度仍會發(fā)生升溫過高，這時應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)煤氣出口開閉器開度，以防軸瓦損壞。 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 　　為了擴(kuò)大離心式鼓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工況范圍，上述調(diào)節(jié)方法可聯(lián)合使用。 　　為保證鼓風(fēng)機(jī)的正常運轉(zhuǎn)，對冷凝液排出管應(yīng)按時用蒸汽清掃，保證冷凝液及焦油及時排出。 　　 三、 羅茨式鼓風(fēng)機(jī) 　　1.羅茨鼓風(fēng)機(jī)的構(gòu)造 　　羅茨鼓風(fēng)機(jī)是利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的容積變化來吸入和排出煤氣，用電動機(jī)驅(qū)動。其構(gòu)造見圖3-8。 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 　　羅茨鼓風(fēng)機(jī)有一鑄鐵外殼，殼內(nèi)裝有兩個“8”字形的用鑄鐵或鑄鋼制成的空心轉(zhuǎn)子，并將氣缸分成兩個工作室。兩個轉(zhuǎn)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(dāng)電動機(jī)經(jīng)由皮帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)子時，主軸上的齒輪又帶動了從動軸上的齒輪，所以兩個轉(zhuǎn)子做相對反向轉(zhuǎn)動，此時一個工作室吸入氣體，由轉(zhuǎn)子推入另一個工作室而將氣體壓出。每個轉(zhuǎn)子與機(jī)殼內(nèi)壁及與另一個轉(zhuǎn)子表面均需緊密配合，其間隙一般為0.25~0.40mm。 第一講 煤氣輸送和鼓風(fēng)機(jī) 間隙過大即有一定數(shù)量的

焦化廠用羅茨風(fēng)機(jī)抽煤氣的吸力控制：羅茨鼓風(fēng)機(jī)

　　我司（無錫羅茨鼓風(fēng)機(jī)廠）是主要從事于生產(chǎn)L系列羅茨鼓風(fēng)機(jī)的專業(yè)廠，生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)已有30多年歷史，今天就來說如何對高壓鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。

　　本文對焦?fàn)t煤氣加壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，在焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)控制系統(tǒng)中運用變頻調(diào)速技術(shù)對其進(jìn)行改造，從而實現(xiàn)煤氣加壓機(jī)運轉(zhuǎn)的自動調(diào)節(jié)，有效的穩(wěn)定了焦?fàn)t煤氣母管壓力，保證安全運行，并且達(dá)到節(jié)約能源的效果。解決了兩臺鼓風(fēng)機(jī)并列運行，靠調(diào)節(jié)回流閥無法實現(xiàn)壓力恒定這個始終困擾焦?fàn)t生產(chǎn)的難題。

　　關(guān)鍵詞：焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)、高壓變頻器、壓力PID閉環(huán)控制、鼓風(fēng)機(jī)無擾切換

　　一、前言

　　天鐵冶金集團(tuán)有限公司焦化廠現(xiàn)有58型焦?fàn)t兩座和JN43-80型焦?fàn)t一座，以及配套的備煤、煤氣；凈化、輔助化工原料回收、污水處理等一套完善的生產(chǎn)系統(tǒng)，年產(chǎn)焦炭112萬噸，焦?fàn)t煤氣5億立方米，焦油45000噸，粗苯13000噸，硫酸銨15000噸，以及日處理污水2400噸的能力。

　　隨著焦炭產(chǎn)量提高，煤氣收集壓力增大，原抽氣鼓風(fēng)機(jī)一運兩備的運行方式在夏季高溫天氣情況下已不能滿足生產(chǎn)要求，主要原因是煤氣壓力增大、溫度增高，若不能及時排出將可能發(fā)生爆炸。焦?fàn)t生產(chǎn)工藝中，集氣管煤氣壓力的控制效果將直接影響焦?fàn)t的生產(chǎn)。如果爐內(nèi)壓力過高，會導(dǎo)致焦?fàn)t冒黑煙，煤氣外泄，嚴(yán)重污染環(huán)境，給現(xiàn)場工人的工作和健康造成極大影響和危害；如果爐內(nèi)壓力過低，炭化室將出現(xiàn)負(fù)壓操作，會吸入大量空氣，浪費大量的煤氣，嚴(yán)重影響焦炭和煤氣的產(chǎn)量和質(zhì)量，并且長期負(fù)壓操作將會影響焦?fàn)t的正常生產(chǎn)及壽命。

　　如果要鼓風(fēng)機(jī)實施兩運一備運行方式，通過調(diào)整回流閥（也稱小循環(huán)閥）的開度來調(diào)節(jié)煤氣總管壓力，由于鼓風(fēng)機(jī)前后壓差較大，使得調(diào)節(jié)閥輕微動作，總管壓力就會發(fā)生劇烈波動，超過工藝容許范圍。因此會引起回爐煤氣壓力及外網(wǎng)用戶煤氣量均發(fā)生劇變，造成焦?fàn)t煤氣量不足或外網(wǎng)用戶不能正常生產(chǎn)，并且煤氣回流造成能量浪費。通過多方調(diào)研，焦化廠的技術(shù)人員提出使用變頻調(diào)速來改變鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)集氣管的壓力方案。

　　高壓變頻器的產(chǎn)業(yè)化在80年代中期才開始形成，但隨著大功率電力電子器件的迅速發(fā)展和巨大的市場推動力，高壓變頻器十多年來的發(fā)展非常迅速，使用器件已經(jīng)從SCR、GTR、GTO發(fā)展到IGBT、IECT、IGCT（SGCT）等，功率范圍從幾百kW到幾十MW，技術(shù)已經(jīng)成熟，可靠性得到保證，應(yīng)用越來越廣。天鐵冶金集團(tuán)有限公司焦化廠在考察對比了國內(nèi)外多家高壓變頻器生產(chǎn)廠家后,決定選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列高壓變頻器。HARSVERT-A系列高壓變頻器性能穩(wěn)定,可靠性高,并且已在電力、冶金、石化、市政供水、水泥等多個領(lǐng)域成功應(yīng)用，得到了用戶的普遍認(rèn)可和市場的長久考驗。

　　二、系統(tǒng)方案設(shè)計

　　1.系統(tǒng)電氣設(shè)計

　　天鐵集團(tuán)焦化廠有三臺D1350-1.237/0.887煤氣鼓風(fēng)機(jī)，平時采用一運兩備方式，夏季才用兩運一備方式。根據(jù)實際工況要求設(shè)計主回路電氣結(jié)構(gòu)圖，選用HARSVERT-A型高壓變頻器一拖一和一拖二成功方案。

　　1.1電氣主回路原理

　　以1#鼓風(fēng)機(jī)為例說明，工作原理是由3個真空接觸器KM11、KM12、KM13以及2個高壓隔離開關(guān)QS11、QS12組成（見圖一），其中KM11、KM12、KM13為高壓真空接觸器，用于變頻和工頻的電動切換。QS11和QS12為高壓隔離開關(guān)，一般情況下處于合閘狀態(tài)，僅在變頻器檢修時拉開，用于電機(jī)工頻運行情況下對變頻器進(jìn)行安全檢修。3#、4#風(fēng)機(jī)的主回路工作原理也類似。

　　特點：

　　1）可以實現(xiàn)工/變頻自動切換功能。在變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，系統(tǒng)能夠自動切入工頻電網(wǎng)中，斷開變頻器時，負(fù)載不用停機(jī)，滿足現(xiàn)場不能停機(jī)要求。

　　2）易實現(xiàn)一運兩備和兩運一備運行方式。即一臺變頻運行，一臺變頻備用，一臺工頻備用；兩臺變頻運行，一臺工頻備用。

　　1.2HARSVERT-A高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平電壓源型拓樸方式

　　其優(yōu)點是采用輸入多重化設(shè)計，高次諧波含量非常小，輸出采用單元模塊串聯(lián)，使得諧波含量極低，在無輸出濾波器的情況下，可使THD<0.3％，堪稱“完善無諧波”高壓變頻器；極低的轉(zhuǎn)矩紋波和電機(jī)噪聲；功率因數(shù)可達(dá)0.95；對電機(jī)絕緣無損害，電纜長度無限制；便于冗余設(shè)計。中文操作界面便于維修。

　　2.自動化網(wǎng)路設(shè)計

　　控制系統(tǒng)由主控PLC、旁路柜控制PLC、高壓變頻器、上位機(jī)組成。其中主控系統(tǒng)采用西門子S7-300PLC、旁路柜內(nèi)置西門子S7-200-PLC、上位機(jī)監(jiān)控選用組態(tài)王軟件。通訊網(wǎng)路在底層采用Profibus DP總線，主控PLC和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)通訊。西門子S7-300PLC作為整個系統(tǒng)的控制核心，處理人機(jī)界面對系統(tǒng)的各種請求，對整個系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)對集氣管壓力的PID調(diào)節(jié)，維持管網(wǎng)的壓力恒定。自動旁路柜集成有S7-200PLC,完成變頻工頻切換功能。上位機(jī)系統(tǒng)采用用戶熟悉的組態(tài)王監(jiān)控軟件，與PLC的連接采用以太網(wǎng)方式。考慮現(xiàn)場工況，對安全性、可靠性、穩(wěn)定性要求都很高，我們現(xiàn)場控制級采用Profibus DP總線連接，監(jiān)控操作級采用Ethernet方案，接入焦化廠局域網(wǎng)主服務(wù)器系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視。配置上：西門子S7-200配置EM277 Profibus 總線模塊，S7-300選用315-2 DP,并配置CP341-1T 以太網(wǎng)模塊，PLC集成的DP接口用于連接S7-200，以太網(wǎng)模塊CP343-1T用于和上位機(jī)的以太網(wǎng)連接。

　　控制網(wǎng)絡(luò)具有如下特點：良好的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性、軟硬件的開放性以及友好的人機(jī)界面，上位機(jī)按冗余控制配置等優(yōu)點。

　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

　　3.軟件設(shè)計

　　上位機(jī)系統(tǒng)選用亞控公司生產(chǎn)的組態(tài)王軟件。該軟件具有友好的人機(jī)界面，支持以太網(wǎng)絡(luò)。可以很方便的實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視等功能。報表、報警功能強(qiáng)大，支持OPC，支持多種型號的PLC通訊。

　　軟件設(shè)計過程中，由于上位機(jī)的程序組態(tài)王不直接支持西門子的以太網(wǎng)通訊協(xié)議，因此需要利用OPC Server來作為過渡。這樣也使得局域網(wǎng)上的機(jī)器可以方便調(diào)用該機(jī)的參數(shù)，便于遠(yuǎn)程監(jiān)視。

　　S7-300 PLC采用Step 7軟件編程。軟件采用模塊化編程方式，把系統(tǒng)的各個工作編成一個個功能塊，在一個OB中調(diào)用，方便易用，便于用戶理解修改。支持梯形圖、語句表。采用一些容錯程序設(shè)計，加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　4.主要控制設(shè)計

　　4.1 油路冷卻系統(tǒng)自啟控制

　　每次鼓風(fēng)機(jī)啟動前先啟動液壓油泵，讓油流入升速器中，冷卻摩擦產(chǎn)生熱量，否則鼓風(fēng)機(jī)不能啟動。在運行中如果主油泵壓力達(dá)不到要求，輔助油泵自動啟動，并能根據(jù)油溫自動加熱。并對油路的堵塞情況、不同點的油溫檢測。

　　4.2 鼓風(fēng)機(jī)變頻、工頻自動切換控制

　　一臺鼓風(fēng)機(jī)變頻運行，當(dāng)變頻器故障跳閘時，系統(tǒng)會自動切換工頻運行，同時，小循環(huán)回流閥立即打開，機(jī)前煤氣壓力控制靠調(diào)節(jié)的小循環(huán)閥開度來實現(xiàn)。為了減小機(jī)前壓力無擾動切換，小循環(huán)開度初始值設(shè)為50%。

　　4.3 兩臺鼓風(fēng)機(jī)無擾動切換控制

　　當(dāng)1#鼓風(fēng)機(jī)變頻運行，要停機(jī)檢修變頻器或風(fēng)機(jī)時，投入3#鼓風(fēng)機(jī)。操作先用2#變頻器啟動3#鼓風(fēng)機(jī)，同時停 1#變頻器。由于機(jī)前壓力實現(xiàn)PID閉環(huán)控制，使得1#變頻按照設(shè)定的減速時間，平滑停車，進(jìn)口閥門流量緩慢減小。相反，3#鼓風(fēng)機(jī)按照設(shè)定加速時間，轉(zhuǎn)速平滑上升，進(jìn)口閥門流量緩慢增加。這樣保證機(jī)前集氣母管壓力恒定，實現(xiàn)兩臺鼓風(fēng)機(jī)無擾動切換，解決原控制系統(tǒng)下兩臺鼓風(fēng)機(jī)切換時產(chǎn)生的系統(tǒng)管網(wǎng)壓力發(fā)生劇烈波動的問題。（詳見系統(tǒng)流程圖）

　　4.4 機(jī)前壓力PID閉環(huán)控制

　　對于壓力、流量等被調(diào)參數(shù)來說，對象調(diào)節(jié)通道時間常數(shù)T0較小，而負(fù)荷又變化較快，這時微分作用和積分作用都要引起振蕩，對調(diào)節(jié)質(zhì)量影響很大，故不采用微分調(diào)節(jié)規(guī)律。因此，焦?fàn)t煤氣壓力自動調(diào)節(jié)控制、小循環(huán)閥自動調(diào)節(jié)都采用PI調(diào)節(jié)。P值越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，I值越小，積分作用越強(qiáng)

　　4.5 壓力傳感器掉線控制

　　對于一些可靠性要求非常高的控制系統(tǒng)，被控對象提出多點采集的理論，因此在機(jī)前母管上取兩個壓力采集點。把這兩點的壓力值送入PLC S7-300中比較，如果差值大于某個值，就認(rèn)為壓力值小的傳感器故障。這樣保證采集壓力值的準(zhǔn)確性，從而保證系統(tǒng)可靠性。

　　4.6 緊急故障預(yù)案措施

　　鼓風(fēng)變頻控制系統(tǒng)在主控室設(shè)計有緊急操作箱。在控制系統(tǒng)癱瘓情況下，操作轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過硬連接線斷開變頻器上下接觸器，甩開變頻直接工頻啟動，小循環(huán)系統(tǒng)自動倒入原來老控制系統(tǒng)，以防止事故擴(kuò)大。例如：Profibus總線電纜故障了，鼓風(fēng)機(jī)處于失控狀態(tài)，機(jī)前壓力靠風(fēng)機(jī)慣性緩慢減小，這時控制系統(tǒng)會發(fā)出聲光告警，報通訊故障，需要人工迅速干預(yù)切換為老控制方式下。

　　4.7 兩臺上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)熱冗余控制

　　兩臺上位機(jī)同時監(jiān)控整個系統(tǒng)，當(dāng)主上位機(jī)A故障退出時，從上位機(jī)B仍然能實時監(jiān)控系統(tǒng)，這樣保證系統(tǒng)的安全性、可靠性。

　　三、結(jié)束語

　　用高壓變頻器控制鼓風(fēng)機(jī)，實現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前集氣母管的壓力恒定控制，大大改善了焦?fàn)t生產(chǎn)及現(xiàn)場環(huán)境，完全達(dá)到了生產(chǎn)工藝要求。PLC控制技術(shù)、PROFIBUS總線技術(shù)和高壓變頻技術(shù)的完美結(jié)合，使得集成自動化程度高，運行穩(wěn)定，操作簡單，節(jié)能高效明顯等優(yōu)點。解決了兩臺鼓風(fēng)機(jī)并列運行靠調(diào)節(jié)回流閥無法實現(xiàn)壓力恒定和相互無擾動切換，這個始終困擾焦?fàn)t生產(chǎn)的難題。

　　焦?fàn)t鼓風(fēng)機(jī)高壓變頻器控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，對于改善環(huán)境、提高煤氣回收量和質(zhì)量，都具有很高的經(jīng)濟(jì)價值，值得推廣。

　　好了，今天的如何對高壓鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造分析就到這里，想了解我司更多關(guān)于L系列羅茨鼓風(fēng)機(jī)的信息請聯(lián)系我們。

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