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第一章 緒論
第一節(jié) 煉焦化學產(chǎn)品概述
一、煉焦化學
煉焦化學是研究以煤為原料，經(jīng)高溫干餾獲得焦炭和荒煤氣，并用經(jīng)濟合理的方法將荒煤氣分離和精制成化學產(chǎn)品的技術(shù)和工藝原理的學科。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)是煉焦化學工業(yè)。
二、煉焦化學產(chǎn)品
煤是一種結(jié)構(gòu)復雜的由很多苯環(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。煉焦煤于煉焦爐內(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?；拿簹庵泻性S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爐煤氣的主要成分。
第二節(jié) 煉焦化學產(chǎn)品的生成與組成和產(chǎn)率
一、煉焦化學產(chǎn)品的生成
煤料在焦爐炭化室內(nèi)進行高溫干餾時，煤質(zhì)發(fā)生了一系列的物理化學變化。
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。
當發(fā)生二次熱裂解時，碳氫化合物分子結(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。
(b)C-H鍵裂解引起脫氫反應。
(c)按異構(gòu)化進行的重排反應。
(d) 聚合、歧化、縮合引起的結(jié)構(gòu)增大反應。
通過上述許多復雜反應和其他反應，煤氣中的甲烷和重烴(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爐煤氣。
二、煉焦化學產(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。
荒煤氣中除凈焦爐煤氣外的主要組成（g/m3）：
經(jīng)回收化學產(chǎn)品和凈化后的煤氣，稱為凈焦爐煤氣，也稱回爐煤氣。
三、煉焦化學產(chǎn)品的產(chǎn)率
煉焦化學產(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、影響化學產(chǎn)品產(chǎn)率和組成的因素
煉焦化學產(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．焦爐操作條件的影響
煉焦溫度、操作壓力、揮發(fā)物在爐頂空間停留時間、焦爐內(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) 回收與加工化學產(chǎn)品的方法及典型流程
從焦爐炭化室生成的荒煤氣需在化產(chǎn)回收車間進行冷卻、輸送，回收焦油、氨、硫、苯族烴等化學產(chǎn)品，同時凈化煤氣。這一方面是為得到有用的化學產(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；利用鼓風機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、在正壓下操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)
1.正壓操作系統(tǒng)
焦爐煤氣凈化精制處理系統(tǒng)中鼓風機設在初冷器的后面。
2 . 半負壓操作系統(tǒng)
焦爐煤氣凈化精制處理系統(tǒng)中鼓風機設在電捕焦油器的后面。
二、在負壓下操作的焦爐煤氣處理系統(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，故鼓風機可設在煤氣凈化系統(tǒng)的最后面，這就是全負壓工藝流程。
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
焦爐煤氣從炭化室經(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，首先應將煤氣冷卻，這是因為:
1. 從煤氣中回收化學產(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、鼓風機的輸送能力和功率均增大，這是不經(jīng)濟的;
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，從而可減少回收設備及管道的堵塞和腐蝕。
煤氣的初步冷卻分兩步進行：
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)濟比較確定，例如若以硫酸或磷酸作為吸收劑，用化學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)氨水通過噴頭強烈噴灑進行的
當細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
（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)
?。?）對不同形式的焦爐所需的循環(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：對單集氣管的焦爐，每噸干煤需5m3循環(huán)氨水，對雙集氣管焦爐需6m3的循環(huán)氨水。
（4）集氣管冷卻操作中，應經(jīng)常對設備進行清掃，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，約占總熱負荷20%；下段噴灑冷凝液的冷卻顯熱，約占總熱負荷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：
?、倜簹庵兴吭龆?，體積變大，致使鼓風機能力不足，影響煤氣正常輸送。
②焦油氣冷凝率降低，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（一般認為55℃）以下，萘蒸汽凝華呈細小薄片晶體析出，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℃，然后由鼓風機送至捕焦油器，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?；旌辖褂?0℃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，但只進行一步澄清分離仍不能達到要求的脫水程度，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，它主要取決于冷凝工序的生產(chǎn)操作。操作中應注意如下幾點：
(1)焦油氨水澄清槽內(nèi)應保持—定的焦油層厚度，—般為1.5～2m，排出焦油時應連續(xù)均勻，不宜過快，要求夾帶的氨水和焦油渣盡可能少，最好應裝有自動控制裝置。
(2)嚴禁在焦油澄清槽內(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，嚴格控制溫度在80~90℃，保證靜置時間在兩晝夜以上。同時應按時放水，向精制車間送油時應均勻進行，且保持槽內(nèi)有一定的庫存量。
(４)嚴格控制初冷器后的集合溫度符合工藝要求，避免因增錦工機吸力而增加煤粉和焦粉的帶入量。另外，焦爐操作應力求穩(wěn)定，嚴格執(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。
（５）機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、刮渣機運行情況保持正常。
第四節(jié) 煤氣冷卻和冷凝的主要設備
一、煤氣冷卻設備
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。廣泛應用的是臥式機械化氨水澄清槽。
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、化學產(chǎn)品回收設備直到煤氣貯罐或送回焦爐或到下游用戶，要通過很長的管路及各種設備。為了克服這些設備和管道阻力及保持足夠的煤氣剩余壓力，需設置煤氣鼓風機。同時，在確定化產(chǎn)回收工藝流程及選用設備時，除考慮工藝要求外，還應該使整個系統(tǒng)煤氣輸送阻力盡可能小，以減少鼓風機的動力消耗。
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。
鼓風機一般設置在初冷器后面。這樣，鼓風機吸入的煤氣體積小，負壓下操作的設備和煤氣管道少。有的焦化廠將油洗萘塔及電捕焦油器設在鼓風機前，進入鼓風機的煤氣中焦油、萘含量少，可減輕鼓風機及以后設備堵塞，有利于化學產(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備）和回爐煤氣管路；若焦爐用高爐煤氣加熱，還有自煉鐵廠至煉焦焦爐的高爐煤氣管路。這些管路的合理設置與維護都是至關(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，鋼材耗量也相應降低，節(jié)省基建投資，但這會使管路阻力增大，因而鼓風機的動力消耗也隨之增大；當流速小時，情況則相反。所以，所選用的適宜流速應該是折舊費、維修費和操作費構(gòu)成的總費用最低
?。? 煤氣管道應有一定的傾斜度，以保證冷凝液按預定方向自流。吸氣主管順煤氣流向傾斜度10‰，鼓風機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。
在焦爐煤氣管道上一般采用填料函式補償器，在高爐煤氣管道上一般采用鼓式補償器。直徑較小的煤氣管道可用U管自動補償，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償。
4.安裝自動放散裝置
5.其他輔助設施
第二節(jié) 鼓風機及其操作性能
一、離心式鼓風機
1.離心式鼓風機的構(gòu)造及工作原理
離心式鼓風機又稱渦輪式或透平式鼓風機，由電動機或汽輪機驅(qū)動。其構(gòu)造如圖3—2所示，離心式鼓風機由導葉輪，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壓，煤氣即被不斷吸入。由葉輪甩出的煤氣速度很高，當進入環(huán)形空隙后速度減小，其部分動能變成靜壓能，并沿導葉輪通道進入第二葉輪，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.鼓風機輸氣能力及軸功率的計算
3.煤氣在鼓風機中的溫升
在離心式鼓風機內(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，煤氣在鼓風機內(nèi)的壓縮過程可以近似地視為絕熱過程。
二. 離心式鼓風機的性能與調(diào)節(jié)
焦化廠中鼓風機操作非常重要，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)機調(diào)節(jié)，但當調(diào)節(jié)范圍不能滿足生產(chǎn)變化的要求時，即須對鼓風機操作進行必要的調(diào)整鼓風機在一定轉(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所示鼓風機Q—H特性曲線來表示。
曲線有一最高點B，相應于B點壓頭(最高壓頭)的輸送量稱為臨界輸送量。鼓風機不允許在B點的左側(cè)范圍內(nèi)操作，因在此范圍內(nèi)鼓風機輸送量波動，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機的穩(wěn)定工作區(qū)，B點的左側(cè)為鼓風機的不穩(wěn)定工作區(qū)。
當鼓風機的運行工況改變時，要用調(diào)節(jié)的手段使鼓風機處于穩(wěn)定工作區(qū)，維護其穩(wěn)定運行。常用的調(diào)節(jié)方法有以下幾種：
?。?）改變轉(zhuǎn)速。當改變鼓風機轉(zhuǎn)速時，流量與性能曲線相應改變。此法調(diào)節(jié)范圍寬，經(jīng)濟性好，是離心式鼓風機的最佳調(diào)節(jié)手段。
?。?）進口節(jié)流。調(diào)節(jié)鼓風機吸入口的閥門開度時，鼓風機的特性曲線隨之改變。如圖3-5所示 ，當吸入開閉器的開度變小時，鼓風機的不穩(wěn)定工作范圍隨之變小，鼓風機的輸送能力及總壓頭也均相應減小。此調(diào)節(jié)方法簡單，適用于固定轉(zhuǎn)速機組的調(diào)節(jié)，但由于鼓風機前吸力增大，會使壓縮比(P2/P1)變大，則鼓風機軸功率消耗及煤氣溫升增高，故較少采用此法。
（3）出口節(jié)流。調(diào)節(jié)鼓風機出口的閥門開度，調(diào)節(jié)方法簡單，但經(jīng)濟性差，適用于小功率機組的調(diào)節(jié)。
電動鼓風機如果用出入口開閉器進行調(diào)節(jié)時，應特別注意鼓風機電機電流的變化，一般操作電流不應小于電機額定電流的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，以維持鼓風機的正常運行。交通管調(diào)節(jié)有“大循環(huán)”和“小循環(huán)”兩種方式。
當鼓風機能力較大，而輸送的煤氣量較小時，為保證鼓風機工作穩(wěn)定，可用如圖3-6所示的小循環(huán)管來調(diào)節(jié)鼓風機的操作，按調(diào)節(jié)閥門的開度大小，使由鼓風機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)。
當焦爐剛開工投產(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)閥門將鼓風機壓出的部分煤氣經(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，再回到鼓風機去。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗獲知，當煤氣量為鼓風機額定能力的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，但同樣要增加鼓風機能量的消耗，同時會增加初冷器的負荷及冷卻水的用量。如果進入鼓風機的煤氣量過小時，經(jīng)過風機多次循環(huán)后，鼓風機后煤氣溫度仍會發(fā)生升溫過高，這時應適當調(diào)整鼓風機煤氣出口開閉器開度，以防軸瓦損壞。
三、 羅茨式鼓風機
羅茨鼓風機有一鑄鐵外殼，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，當電動機經(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；．焦油霧進入洗苯塔內(nèi)，會使洗油質(zhì)量變壞，影響粗苯的回收；當煤氣進行脫除硫化氫時，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電荷的離子，于是正離子向陰極移動，負離子向陽極移動。當電位差很高時，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線作為正、負電極; (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)形金屬板和設置其間的金屬導線作為正負電極。
在不均勻電場中，當兩極間電位差增高時，電流強度并不發(fā)，生急劇的變化。這是因在導線附近的電場強度很大，導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，而離導線中心較遠處，電場強度小，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—導線附近電場強度最大處發(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,導線周圍產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的空間稱為電暈區(qū),導線既成為電暈極。
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、負離子。負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極，圓管或環(huán)形金屬板則取為正極，因而速度大的負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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原標題：鼓風機在冶金行業(yè)的應用及發(fā)展
一、鼓風機在冶金行業(yè)的應用
風機在冶煉行業(yè)占有重要的位置。從礦石到煉制成鋼要經(jīng)過礦石燒結(jié)、煉鐵和煉鋼等主要冶煉過程，即鋼鐵冶煉的全部工藝流程中都需要風機。
圖1 冶金行業(yè)流程圖
1、燒結(jié)用風機
冶煉用的礦石在冶煉之前對礦石要進行燒結(jié)，燒結(jié)要用燒結(jié)機，而燒結(jié)爐則需用煙氣主抽風機和冷卻通風機。
2、焦爐煤氣輸送羅茨鼓風機
焦炭是冶煉鋼鐵的主要燃料和還原劑，也是高爐中料粒的支撐劑和疏松劑，而煉焦爐內(nèi)的煤氣須經(jīng)風機抽出后，一部分作為煉焦爐的燃料，一部分加壓后送往鋼廠作為燃料，另一部分用作生產(chǎn)其它副產(chǎn)品。
焦爐煤氣輸送的典型代表產(chǎn)品是羅茨鼓風機其主要結(jié)構(gòu)特點是機組由電動機、齒輪增速機、離心鼓風機、潤滑系統(tǒng)和儀控系統(tǒng)組成。機殼為水平剖分式結(jié)構(gòu)，軸承箱下面有橫縱向定位鍵槽，以保持機體良好對中，并能適應機殼熱膨脹；軸承箱與殼體鑄成一體，增強剛度便于拆卸檢修。
轉(zhuǎn)子由主軸、葉輪、隔套、平衡盤和半聯(lián)軸器等組成；葉輪采用高強度合金鋼焊接結(jié)構(gòu)。
軸承分為支撐軸承和止推軸承兩部分，支撐軸承為橢圓瓦滑動軸承，止推軸承為米切爾雙面止推滑動軸承。
密封設在級間、葉輪進口、平衡盤外圍及軸兩端，均為迷宮式拉別令密封。
圖2 羅茨鼓風機
3、高爐鼓風機
在生鐵冶煉過程中，必須用高爐鼓風機向高爐輸送一定量助燃的空氣（或氧氣）以提高爐內(nèi)溫度。此外，還需要將燃燒空氣送到熱風爐里的離心通風機。
氧氣對鋼鐵工業(yè)在于強化冶煉過程。在煉鋼方面用于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，平爐熔池吹氧煉鋼，電爐氧氣煉鋼等多種。特別是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼已成為鋼鐵工業(yè)飛躍發(fā)展的一條主要途徑。煉鋼用氧量非常之大，它是使用空氣分離設備從空氣中采用深度冷凍法而取得。每套制氧機中必須使用空氣壓縮機、氧氣壓縮機、加熱鼓風機和透平膨脹機，即一般所稱的”制氧四大機”。
4、轉(zhuǎn)爐二次煙氣除塵風機
轉(zhuǎn)爐二次煙氣除塵系統(tǒng)是指轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收以外的各揚塵點的煙氣收集和除塵。其中包括轉(zhuǎn)爐兌鐵、轉(zhuǎn)爐吹煉、吹氬站、鐵水扒渣站及鐵水倒罐站等的煙氣除塵。
5、鋼廠動力站用離心式壓縮機
離心壓縮機是在引進技術(shù)的基礎上開發(fā)的。主要特點是整體組裝式結(jié)構(gòu)，壓縮機、齒輪箱、中間氣體冷卻器及潤滑油系統(tǒng)用1個公用底座。進口設置有進口調(diào)節(jié)葉片，是優(yōu)化壓縮機非工況點運行性能的最經(jīng)濟的方法。進口調(diào)節(jié)葉片根據(jù)現(xiàn)場實際運行情況自動調(diào)節(jié)，可以在氣流變化中實現(xiàn)壓縮機出口的定壓輸出。
6、化鐵爐用風機
除鋼鐵冶煉工藝過程中需用風機外，一般機械鑄造工廠常用的化鐵爐（如沖天爐、油爐及煤粉爐等），都需用鼓風機（高壓通風機或鼓風機）壓送足夠的空氣加以助燃。
7、高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置
高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置是利用高爐爐頂煤氣壓力能經(jīng)透平膨脹作功，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的能量回收裝置。TRT裝置既回收了原減壓閥泄放的能量（約占高爐鼓風機所需能量的30%），又凈化了煤氣，并且改善了高爐爐頂壓力的控制品質(zhì)。
二、未來的發(fā)展趨勢
冶金工業(yè)所用的風機種類盡管有許多種，但相對來講有一定難度，能代表風機設計制造水平的可分為3種，即軸流式壓縮機、燒結(jié)引風機和煤氣輸送羅茨鼓風機。這3種風機，國外的技術(shù)水平高于國內(nèi)，國外的先進技術(shù)水平就是國內(nèi)應積極努力的未來發(fā)展趨勢。
圖3 冶金行業(yè)工作圖
1、軸流式壓縮機
軸流式壓縮機具有效率高，容量大，性能調(diào)節(jié)范圍寬等特點。目前國外1000m3以上的高爐皆采用軸流壓縮機。作為高爐鼓風用的軸流壓縮機，其流量已達10000m3/min，壓力達0.69MPa,功率已達70000kW。
近年來，為提高軸流壓縮機的效率，國外多放在隔聲、消聲上，其措施是：（1）采用加厚鑄造機殼，減弱噪聲散射；（2）采用隔聲罩和消聲器，減少噪聲擴散。利用電子計算機作為調(diào)節(jié)的中樞指令系統(tǒng)，實現(xiàn)軸流壓縮機的調(diào)節(jié)自動化，運行最佳化。
2、燒結(jié)引風機
燒結(jié)引風機作為燒結(jié)機配套的主抽煙機，其耗電量大約占燒結(jié)廠總耗電量的50%以上。又因其輸送的介質(zhì)為燒結(jié)煙氣，含塵量大，因此，提高效率，降低能耗，加強耐磨措施，提高使用壽命，仍是燒結(jié)引風機的主要技術(shù)課題。
燒結(jié)引風機的風量取決于燒結(jié)機的燒結(jié)面積；壓力取決于燒結(jié)料層的厚度。
燒結(jié)機的大型化（已可生產(chǎn)1000m2的燒結(jié)機）和厚料層（已達700mm），促使燒結(jié)引風機向錦工量、高負壓方向發(fā)展。燒結(jié)引風機的最大流量為40000 m3/min，最高壓力為19620Pa，最大功率為14500kW。
由于制造工藝條件和運輸條件等因素的限制，特大型燒結(jié)機配套的燒結(jié)引風機往往采用雙機并聯(lián)形式。
燒結(jié)引風機的耐磨措施：
（1）鋸齒形中盤不僅可以改善葉輪出口氣流分布和降低GD2，而且可避免煙氣對中盤的沖刷；
（2）葉片上裝有可更換的耐磨襯板（襯板表面堆焊碳化鎢）；
?。?）由可更換的錐盤保護中盤不受磨損；
?。?）機殼裝有渦形襯板和側(cè)襯板；
?。?）表面涂覆涂覆陶瓷防磨涂料、涂覆樹酯、石英粉加水玻璃等涂料；
?。?）表面強化處理 表面堆焊、熱噴涂、滲硼、激光表面硬化和高頻淬火等。
目前，國外正在進行關(guān)于燒結(jié)引風機氣動設計計算的二相流（固體微粒和燒結(jié)煙氣）的研究，試圖從空氣動力學方面來進一步解決燒結(jié)引風機的磨損問題。
3、煤氣輸送羅茨鼓風機
該裝置發(fā)展快、水平高。
隨著冶金行業(yè)發(fā)展，煤氣輸送作為冶金行業(yè)工藝里重要的環(huán)節(jié)，羅茨鼓風機的選擇尤為關(guān)鍵。適宜的羅茨鼓風機會減少噪音，提高工作效率，制作質(zhì)量幅度上升。隨著科技的發(fā)展，未來的羅茨鼓風機會實現(xiàn)自動化、一體化、高效化。
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