横管式煤气初冷器热工特性分析(1)

对 相 关部件 进行 冷却 。为保证 冷却 后 的气 体温 度符 合要 求 ， 对气 体冷 却器性 能的优化 研 究显得 极为 重要 。由于气 体冷 却器 热阻主 要集 中在基 管外 侧 ，为 改善传 热效 果 ，研究 人员将 主 要精 力 都集 中在 该侧 的换热 强化 上 。 强化气侧 换 热 的一 个 重要方 法就 是在基 管外侧 加 装各 种类 型 的翅 片。 工程 实 际应用 中通 常采 用 的翅 片有 平直 翅片 、 波纹 翅 片和开缝 翅 片等 。国内外研 究人 员Ｌ 』 ２
ｌ
卜 电 加 热 器 ； 一 验 段 ； 一 嘴 流 量 箱 ； 一风 机 ； － 机 ； 一 压 水 箱 ； 一 泵 ； ２试 ３喷 ４ ５电 ６稳 ７水
８涡 轮流 量计 ；一 节 阀；０ 进 口水室 ； 卜 出口水室 一 ９调 １一 １
图 １ 试 验 系 统 图
Ｆｉ ． Ｓ ｈ ｍ ａｉ ｆ ｈ ｏ ｅ－ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ｇ １ ｃ ｅ ｔ ｏ ｅｍ ｄ ｌ ｓ ｓ ｓｅ ｃ ｔ ｔ
该 系 统主 要 由空 气循 环 系统 和水 循 环 系统 两部 分 组成 ，并配 以测 量 系统 、 电气及 控 制系
统 和数 据采 集系 统等 辅助 系统 。 验 中 ， 自引风 机 的空气 经 电加热器 加 热后沿 风道 到达 试验 试 来 段（ 即气 体冷 却器 ） 并横 向冲刷翅 片 管束 ，与管束 内的冷却 水进 行热 交换 ， 被冷却 后 的空气 流经 喷 嘴流 量箱 以测 量风量 ， 最后 返 回引风 机完 成循 环 。 压水箱 中的冷却 水在 加热 到一 定温 度后 稳
翅 片型 穿片式气 体 冷却器 的换热及 阻力特 性进 行试验 研 究 ， 为波纹 翅片 型 穿片式 气体冷 却器 的 性 能与 结构优 化提 供依据 。

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操作要点 （1）严格控制初冷器后煤气集合温度。煤气经初冷后温度 降低，体积变小，煤气中绝大部分焦油气和大部分水蒸 汽、萘都被冷凝下来，尤其是焦油和萘的脱除，使煤气 得到初步净化，保证了后序煤气净化设备能够顺利运行。 以往初冷采用立管式初冷器冷却，初冷后煤气集合温度 一般控制在25-30℃，煤气中含萘约为1.1-2.9g/m3(标态), 大大超过该温度下的饱和含萘量,因此在水洗氨(或硫铵) 之前需要有除萘装置。
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横管三段间冷与横管两段间冷相比，冷却相同的煤气流量 需要更大的初冷器换热面积，因此设备重量增加，一次性 投资加大。但由于回收了煤气的热能，减少了循环水用量， 从节能、节水角度是十分经济的，因此如有条件应尽量回 收利用这部分余热，工艺流程如图所示。主要操作制度、 操作要点及设备结构与横管两段间冷工艺类似。
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2、横管三段间冷工艺 横管三段间冷与横管两段间冷基本相同，横管三段间冷 的冷却介质分别采用余热水、循环水和低温制冷水。余 热水（或其他工艺介质，如脱硫循环液）温度及用量可 根据用户要求而定，一般热水进口温度为55-65℃。在 余热水段由于煤气温度高，冷却时，煤气中大量水蒸气 被冷凝下来，且没有萘的析出，因此余热水段不需要焦 油氨水混合液的喷洒，只是在循环水段和低温水段才需 循环液喷洒。
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பைடு நூலகம்11
1—气液分离器；2—横管式间接冷却器；3-水封槽；4-冷凝液槽
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两种工艺的比较 带有断塔盘横管两段间冷工艺的特点是循环水段和 低温水段的喷洒液各成系统。上段利用循环水将煤气 冷却至40℃左右，冷凝液从断塔盘上方引出，不进入 低温水段，这样可以节约下段低温水用量。目前国内 各大焦化厂一般皆采用该冷却工艺。由于煤气中的焦 油大部分在循环水段冷凝，而萘则在55℃以下才从煤 气中析出，为了消除沉积在低温水段换热管管壁上的 萘，需要在低温水段喷洒液中补充焦油，喷洒液中焦 油含量一般控制在38-50%。

❖ 1.2工艺特点
❖ 被初步冷却到82℃左右的焦炉煤气，经气液分离器 后进入横管式初冷器，焦炉煤气在初冷器内被冷却 到21℃。煤气内焦油、萘等杂质会随着煤气温度的 降低冷凝下来并附着在冷却水管上。为此，冷凝器 设有喷洒管喷洒冷凝液冲刷凝结在管外的萘、焦油 等杂质。涟钢焦化厂初冷器分为一段上，一段下和 二段(下段)。在煤气入口和一段上之间设有1层喷 洒管，视阻力情况间歇喷洒热氨水；在一段上和一 段下之间设有1层喷洒管，称为上段冷凝液喷洒管。 这2层喷淋液经断塔盘进入上段冷凝液槽，槽内冷 凝液又经上段冷凝液泵送到上段冷凝液喷洒管喷洒 循环使用。在断塔盘的下面设有1层喷洒管，称为 下段冷凝液喷洒管，其喷淋的冷凝液从位于初冷器 底部的下段冷凝液出口经水封槽进入下段冷凝液槽， 然后又经下段冷凝液泵送入下段冷凝液喷洒管喷洒 循环使用。
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进/出温 流量
度
/M3*
/℃
h-1
35.6 54.2 2
1200
35.6 41.0 3
1200
35.6 61.0 5
1200
进/出温 度 /℃
26.08 31.2 0
26.08 30.4 8
26.08 27.4 0
表2 换热系数与冷却水吸热量的计算
一段
二段
初冷 器编 号
1
2
横管三段间冷工艺（带断塔盘）流程 1—气液分离器；2—横管式间接冷却器；3—余热水槽；4-水封槽；5-冷凝液槽
测试内容和方法
❖ 热工测试以现场测试和热工参数统计分析相 结合的方式进行。现场测试包括对焦炉煤气 流量、煤气成分、初冷器外表面温度、初冷 器前后的煤气温度、冷却水的流量和进出口 温度以及冷凝液的流量和成分等相关参数的 检测。

1引言湖北中平鄂钢联合焦化有限责任公司于2004年和2009年分两期建设4座55孔JN60型复热式焦炉，配套干熄焦、备煤、煤气净化及辅助设施，设计年产焦炭共220万吨的规模，且4座焦炉均为顶装式焦炉。

煤气净化按专业化的系统生产流程，对焦炉生产中产生的荒煤气进行处理：来自焦炉82℃荒煤气通过气液分离器、横管初冷器、电捕、鼓风机、脱硫系统、硫铵系统、终冷粗苯系统，最后去除荒煤气中化学物质及杂质，使得净化后的煤气能够用于后续的工艺产线。

在进行焦炉荒煤气的处理中，横管式煤气初冷器是比较重要的环节，由于自身体积小，占地面积不大，能够极大程度地减少投入成本；运行机制简便，且运行速率极快，能够保障净化煤气的质量性，并产生一定的经济效益；经过横管式煤气初冷器处理的焦炉荒煤气，对环境的污染能力下降一个层次，具备极强的社会效益。

表明横管式煤气初冷器不仅能够为后续煤气净化过程提高净化效率，更是保障整体生产流程能够平稳运行的关键，在许多大型焦化企业都将其作为进行焦炉荒煤气处理的关键工序，受到重视。

2横管式煤气初冷器的运行机制湖北中平鄂钢联合焦化有限责任公司的焦炉荒煤气处理就是应用横管式煤气初冷器，但在近年来的净化过程中，产生横管式煤气初冷器的内部温度超过工艺要求，并且内部系统阻力变大，使得进行焦炉荒煤气的净化效率降低，并且传递大量的焦炉煤灰滞留在煤气鼓风机内部，使得焦炉荒煤的顶部出口的煤气溢满，造成环境污染。

此外，在受到的横管式煤气初冷器的阻力过大时，会导致净化的煤气质量降低，内气体的温度升高，体积增多，导致鼓风机长期超负荷运行。

再者，由于横管式煤气初冷器的阻力增大，过滤效率低下，煤气中存在大量煤渣使得其在管道与装置内部进行沉积，影响装置的运行效率与管道输送量。

气初冷化是进行煤气净化处理的基本要求，在进行焦炉荒煤气的净化过程中，要保持煤气的初冷单位不出差错，并且能够在整体流程中平稳传递，才能将焦炉荒煤气进行充分的净化处理，同时达到提高经济效益与社会效益的目的。