Материал: Проект установки первичного охлаждения коксового газа

Трубчатый холодильник с горизонтальным расположением трубок показан на рис.2.

Корпус холодильника имеет прямоугольное сечение. Трубы в холодильнике расположены горизонтально, в виде отдельных пучков, ввальцованных в решетки по обе боковые стороны холодильника. Всего в холодильнике 59 пучков труб.

В этом холодильнике газ движется сверху вниз, а вода подается снизу и выходит сверху; при этом вследствие горизонтального расположения труб осуществляется перекрестное движение газа и воды.

Рис. 2 - Газовый холодильник с горизонтальными трубками

Таблица 1 Характеристика типового холодильника с горизонтальным расположением труб

2. Площадь поперечного сечения: для прохода газа труб в одном ходе         2,15 0,1864        м

4. Поверхность теплопередачи: одного пучка труб всего холодильника       50 2 950              м

Образующийся при охлаждении газа конденсат (вода и смола) стекает по трубам сверху и через гидрозатвор отводится в сборник конденсата.

Осуществляемое в данном холодильнике движение газа и конденсата сверху вниз является более рациональным, чем движение газа в многоходовом холодильнике с вертикальными трубами, так как при выпадении в нижней части холодильника нафталина последний может растворяться стекающей вниз смолой. Для смыва оставшихся отложений нафталина со стенок предусмотрена подача в верхнюю часть холодильника надсмольной воды и в нижнюю часть - смолы. Предусмотрена также подача пара для пропарки межтрубного пространства.

Скорость движения воды в этом холодильнике составляет 0,5 - 0,7 м/с, что значительно больше, чем в холодильнике с вертикальными трубами, где скорость воды менее 0,1 м/с.

Все эти обстоятельства обеспечивают более высокий коэффициент теплопередачи в холодильнике с горизонтальными трубами, чем в холодильнике с вертикальными трубами.

Охлаждение газа в этом холодильнике может осуществляться не только технической водой, но и другими жидкостями, в частности поглотительным раствором сероочистки. Распределение поверхности охлаждаемой технической водой и раствором сероочистки путем перестановки разделительной крышки.

Холодильник с горизонтальными трубами требует обязательной подготовки технической воды, для взвесей и временной жидкости, т. к. доступ к трубам затруднен, что является недостатком этих холодильников.

.5 Характеристика нагнетателей для коксового газа

Нагнетатели служат для отсасывания газов из коксовых печей и создания напора, необходимого для продвижения газа через аппаратуру химических цехов и газопроводы. Аппаратура и газопроводы, расположенные до нагнетателей, находятся под разрежением, а после них - под давлением.

Сопротивления отдельных участков газопроводов и аппаратуры представлены в таблице 2.

Таблица 2 Отдельных участков газопроводов и аппаратуры

При избыточном давлении после нагнетателей 2500 мм вод. ст. и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. общее давление будет равно 760+=944 мм рт. ст.

На каждый газовый поток от двух батарей коксовых печей устанавливают один нагнетатель, а на два газовых потока от четырех батарей - два рабочих нагнетателя и один резервный. Нагнетатели - центробежного типа, приводимые в движение паровой турбиной или электродвигателем.

В нагнетателях происходит частичное выделение туманообразной смолы до содержания 0,2 - 0,5 г/м. Выделившаяся в нагнетателях смола стекает через специальные спускные линии в гидравлический затвор. Вследствие сжатия газа в нагнетателях выделяется тепло, которое повышает температуру выходящего газа. Некоторая часть тепла теряется через корпус нагнетателя наружу, но она очень мала в сравнении с общим количеством выделяющегося тепла при сжатии газа, вследствие чего сжатие газа можно приближенно считать адиабатическим. После нагнетателей температура газа обычно повышается на 10 - 15°С в зависимости от суммарного напора.

.6 Назначение и конструкция электрофильтров

В первичных газовых холодильниках не достигается полного выделения смолы из коксового газа и содержание смолы в нем составляет 2 - 5 г/м. Некоторое количество смолы выделяется в нагнетателе, однако и после него в газе остается до 0,5 г/мсмоляного тумана. Такое содержание смолы является нежелательным, т.к. она ухудшает качество поглотительного масла, идущего на поглощение бензольных углеводородов, и качество сульфата аммония, получаемого при поглощении аммиака из коксового газа. В связи с этим очистка коксового газа от оставшегося смоляного тумана является необходимой.

Очистка коксового газа от смоляного тумана осуществляется на КХП в электрофильтрах, достоинством которых является высокая степень очистки, достигающая 98 - 99%, малый расход электроэнергии и небольшое гидравлическое сопротивление.

Электрофильтры на КХП устанавливают как на всасывающей стороне, т.е. после первичных газовых холодильников, так и на стороне нагнетания, т.е. после нагнетателей. Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки.

На большинстве действующих КХП электрофильтры установлены после нагнетателей. В последних проектах электрофильтры устанавливают до нагнетателей.

Конструкция электрофильтра показана на рис. 3. Коксовый газ входит через штуцер, проходит две распределительные решетки и поступает в осадительные электроды - трубы, подвешенные к трубной решетке. Распределительные решетки служат для равномерного распределения газа по всему сечению осадительных труб.

По оси каждой осадительной трубы проходят коронирующие электроды, подвешенные к верхней раме. Для натяжения коронирующих проводов к нижним концам привязан груз. Верхняя рама с помощью трех тяг подвешена к гирляндам изоляторов, заключенных в изоляторные коробки. Для подогрева стекающей с осадительных электродов выделившейся смолы коническая часть электрофильтров снабжена паровой рубашкой. Смола из электрофильтра отводится через гидрозатвор.

Ток высокого напряжения подают к коронирующим электродам от выпрямительного агрегата.

Электростатическое поле внутри осадительных труб создается постоянным током высокого напряжения, получаемым с помощью механического выпрямителя.

Рис. 3 - Электрофильтр

Расчетная часть

.1 Расчет материального баланса коксования угольной шихты

Материальный баланс коксования составляется на основании закона сохранения массы вещества

,

где - сумма массы угольной шихты (исходных продуктов) и количества влаги, поступившей с ней в коксовые печи;

- сумма массы кокса, влаги шихты, пирогенетической воды, газа, смолы и других химических веществ (конечных продуктов), полученных при коксовании угольной шихты.

Для расчета возьмем шихту следующего состава по маркам применительно к донецким углям, %: Г - 32%, Ж - 33%, К - 25%, ОС - 10%. Шихта предназначена для получения доменного кокса на КХП без углеобогатительной фабрики, поэтому она состоит из обогащенных углей, получаемых заводом с ЦОФ. Данные для расчета приведены в таблице 3.

Таблица 3 Состав шихты по маркам и качество углей, выбранных для расчета

Показатели технического анализа подсчитываем, исходя из правила аддитивности.

Определим содержание в рабочей шихте, %:

влаги

;

серы

;

золы

.

.

Выход летучих веществ шихты на горючую массу составит, %:

;

.

Показатели элементного анализа:

;

;

.

В процессе термической переработки углей образуются химические продукты коксования, выход которых определяется с применением коэффициентов перехода отдельных элементов в газообразные соединения. Одновременно образуются сложные соединения, например ароматические углеводороды и другие вещества, для расчета которых также применяются коэффициенты, основанные на практических данных, зависящие от условий коксования и состава шихты.

.2 Расчет материального баланса коксования для проектируемого завода

Расчет материального баланса коксования можно вести для различного количества коксуемой шихты, но наиболее удобно вести расчет на 1000 кг сухой шихты. Материальный баланс состоит из двух частей - приходной (сухая шихта и влага шихты) и расходной (кокс валовый, коксовый газ и все улавливаемые из него химические продукты коксования, выход которых из шихты не ниже 0,1%). К ним относятся: каменноугольная смола, сырой бензол, аммиак, сероводород, влага шихты, вода пирогенетическая.

Важной статьей материального баланса является его «невязка», показывающая, насколько точно сделан его расчет.

. Под валовым коксом понимается сумма крупного кокса, коксового орешка и коксовой мелочи, получаемых при сортировке рядового кокса, а также коксовый шлам, улавливаемый из отстойников башни тушения. Выход сухого валового кокса из сухой шихты подсчитываем по формуле

,

где - выход летучих веществ шихты на сухую массу, %;

- выход летучих веществ валового кокса на сухую зольную массу, % (=1%);

П - припек кокса, определяемый по формуле:

.

Для нашего расчета величина припека составляет, %:

.

По опытным данным величина П находится в пределах от 3 до 5%.

.

Выход сухого валового кокса на рабочую шихту пересчитываем по формуле, %:

,

т.е. 725,6 кг из 1000 кг рабочей шихты.

. Коксовый газ обратный (сухой) из сухой шихты подсчитываем по формуле:

,

где - выход обратного газа из сухой шихты, % (по массе);

К - эмпирический коэффициент, равный 2,85.

Тогда

.

,

или 132 кг из 1000 кг рабочей шихты.

. Выход смолы безводной из сухой шихты подсчитываем по формуле:

,

где  - выход смолы безводной, в пересчете на сухую шихту, %;

К - эмпирический коэффициент, равный 0,93.

Тогда

.

,

или 31,8 кг из 1000 кг рабочей шихты.

. Выход сырого бензола определяется по формуле

,

где К - эмпирический коэффициент, равный 0,95.

Тогда

;

,

или 9,1 кг из 1000 кг рабочей шихты.

. Выход 100%-ного аммиака из рабочей шихты подсчитываем по формуле

,

где b - коэффициент перехода азота шихты в аммиак (принимаем b=0,137);

- молекулярная масса аммиака;

- молекулярная масса азота;

- содержание азота в рабочей шихте, % (для нашего примера =1,66%).

Тогда

,

или 1,1 кг из 1000 кг рабочей шихты.

. Выход серы в пересчете на сероводород из рабочей шихты подсчитываем по формуле

,

где  - коэффициент перехода серы шихты в сероводород (принимается равным 0,22);

- молекулярная масса сероводорода;

- атомная масса серы;

 - содержание серы в рабочей шихте, %.

Тогда

,

или 2,1 кг из 1000 кг рабочей шихты.

. Влагу шихты, испаряющуюся в камерах коксования, подсчитываем по формуле

 кг из 1000 кг рабочей шихты.

. Выход пирогенетической воды из рабочей шихты подсчитываем по формуле