年產(chǎn)16萬(wàn)噸焦油焦油車間蒸餾工段工藝初步設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

年處理16萬(wàn)噸焦油焦油車間蒸餾工段初步設(shè)計(jì)〔一〕摘要本次設(shè)計(jì)的題目是年產(chǎn)16萬(wàn)噸焦油焦油車間蒸餾工段工藝初步設(shè)計(jì)，焦油蒸餾采用兩塔連續(xù)式餾分工藝流程。通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的主要設(shè)備的工藝尺寸，并進(jìn)行非工藝局部的設(shè)計(jì)。詳細(xì)論述了工藝流程。本設(shè)計(jì)的主體設(shè)備是管式爐，主要進(jìn)行管式爐的物料衡算、能量衡算及具體的工藝尺寸計(jì)算，并繪制成圖。此外還進(jìn)行蒽塔和餾分塔的物料衡算和熱量衡算對(duì)蒽塔、餾份塔、冷凝冷卻器等設(shè)備進(jìn)行計(jì)算與選型。本設(shè)計(jì)的專題是瀝青冷卻生產(chǎn)工藝探討，詳細(xì)論述目前瀝青冷卻的工藝流程、瀝青冷卻工業(yè)中所產(chǎn)生的問(wèn)題——瀝青煙的凈化。最后根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)及資料進(jìn)行非工藝局部的簡(jiǎn)要論述。完成工藝流程圖、蒸餾車間的設(shè)備布置圖、平面立面布置圖和主體設(shè)備〔管式爐〕圖。關(guān)鍵詞：焦油蒸餾，管式爐，瀝青Thepreliminarydesignofdistillingsectionofcoaltarworkshopwiththescaledealingof160,000tonscoaltarperyear〔一〕AbstractThetopicofthedesignisthepreliminarydesignofdistillingsectionofcoaltarworkshopwiththescaledealingof160,000tonscoaltarperyear,thedistillationprocessusestwotowercontinualtypeoftechnicalprocess.Majorequipment'scraftsizeofproductionprocessiscalculatedbytheknowndata,andthedesignofthenon-craftparthasbeencarriedon.Thetechnicalprocessiselaborated.Themainequipmentpipestilliscalculated,includingmaterialbalance,energybalanceandandsizeofthepipestil,andthechartofthathasbeenworkedout.Inadditionthematerialabalanceandheatbalanceofanthracenetowerandthefractiontoweriscalculatedandthecraftsizeofthatisdfinited.Thespecialtopicofthedesignisstudyonproductiontechnologyofcoolingasphalt.thecoolingproductiontechnologyandcleansingofasphaltgasindifferentcrafthavebeendiscussedindetail.Finally,accordingtothedataandthematerial,thenon-craftpartiscarriedon.Thedraftingincludingtheflowsheetwithcontrolledpoint,thequipmentlayoutplansandthemainequipmentpipestillhavebeendrawn.Keyword:tardistillation,pipestill,asphalt目錄TOC\h\z\t"標(biāo)題1,1,標(biāo)題2,2,標(biāo)題3,3"1緒論 11.1煤化工生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 11.2開(kāi)展煤化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)意義 21.3設(shè)計(jì)任務(wù) 32生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備的論述 42.1工藝流程的論述 4原料及產(chǎn)品 4生產(chǎn)工藝的論述 52.2設(shè)備的論述 6管式爐的工作原理 6管式爐的選型 7塔設(shè)備的選型 83工藝計(jì)算及設(shè)備選型 103.1物料與熱量衡算 10計(jì)算條件及操作制度 10燃燒過(guò)程的計(jì)算 11耗熱量和煤氣用量的計(jì)算 143.2管式爐的計(jì)算與選型 19輻射段計(jì)算 19對(duì)流段的計(jì)算 26爐管壓力降計(jì)算 35煙囪計(jì)算 403.3其他設(shè)備的計(jì)算的和選型 46蒽塔的選型 463.3.2瀝青高置槽 473.3.3一次蒸發(fā)器 47二段蒸發(fā)器 48其他冷卻器的選型 484非工藝局部 514.1廠址的選擇 514.2土建 514.3防火防爆 51選擇適宜的輸送設(shè)備 51控制和消除明火與摩擦、撞擊火花 52平安裝置 52焦化廠的防火防爆事項(xiàng) 524.4環(huán)境保護(hù) 53采用的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn) 53主要污染源和污染物分析 54三廢處理 544.5勞動(dòng)保護(hù)平安衛(wèi)生 54編制依據(jù) 54主要危險(xiǎn)源及防護(hù)措施 55防護(hù)措施 55工業(yè)衛(wèi)生防護(hù)措施 554.6電力 554.6.1供電 55防觸電 564.7給水排水 565專題——瀝青冷卻生產(chǎn)工藝探討 585.1瀝青冷卻生產(chǎn)舊工藝 58瀝青質(zhì)量 585.1.2瀝青的冷卻成型 585.2瀝青冷卻生產(chǎn)新工藝 59工藝介紹 59生產(chǎn)參數(shù)操作控制 61該工藝特點(diǎn) 625.3工藝流程的選擇 625.4主要設(shè)備計(jì)算與選型 625.5瀝青生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的問(wèn)題及解決方案 64出現(xiàn)的問(wèn)題 64瀝青煙的處理方法 65技術(shù)改造 665.3結(jié)論 66結(jié)論 67致謝 68參考文獻(xiàn) 69附錄A 70英文文獻(xiàn) 70附錄B 75英文翻譯 751緒論1.1煤化工生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀煤焦油行業(yè)是一個(gè)比擬傳統(tǒng)的行業(yè)，盡管近30年來(lái)受到石油化工行業(yè)的劇烈競(jìng)爭(zhēng)，煤焦油行業(yè)仍然具有較大的開(kāi)展?jié)摿?，尤其近幾年?lái)隨著新材料和鋼鐵行業(yè)的開(kāi)展，煤焦油資源的高效利用再度引起人們的重視。我國(guó)煤焦油年產(chǎn)量約為500—600萬(wàn)噸，加工能力約為450萬(wàn)噸，在建、擴(kuò)建、擬建工程能力約為200萬(wàn)噸。目前共有約50多家企業(yè)進(jìn)行煤焦油加工，其中最為先進(jìn)的是寶鋼集團(tuán)上世紀(jì)從日本引入的煤焦油加工裝置，加工規(guī)模為26萬(wàn)噸／年，產(chǎn)品品種有26種，其次是鞍鋼、武鋼和本鋼。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷開(kāi)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，煤焦油的深加工成為一個(gè)亟待解決的課題。從目前煤焦油行業(yè)的開(kāi)展情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)的煤焦化行業(yè)正處在一次重要的整合變革時(shí)期，未來(lái)的煤焦油工業(yè)正向集中化、精細(xì)別離、深加工、新材料合成方向開(kāi)展。1、生產(chǎn)規(guī)模日本、德國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)家的單套焦油蒸餾裝置的能力都在l0～50萬(wàn)。從理論上講，能力越大，規(guī)模效益越好。國(guó)內(nèi)單套焦油蒸餾裝置有0．6，1．2，3，5，7．5，5，10，15萬(wàn)噸／年各種規(guī)模。3萬(wàn)噸／年以上的規(guī)模均為連續(xù)蒸餾工藝，小于3萬(wàn)噸／年的規(guī)模都是間歇蒸餾工藝。。2、產(chǎn)品方案國(guó)外煤焦油加工有3種模式生產(chǎn)：一是全方位多品種，提純和配制各種規(guī)格和等級(jí)的產(chǎn)品；二是在煤焦油加工產(chǎn)品的根底上，向著精細(xì)化工、染料、醫(yī)藥方面延伸的深加工產(chǎn)品；三是重點(diǎn)加工瀝青類產(chǎn)品國(guó)內(nèi)煤焦油加工產(chǎn)品主要是酚類、萘、洗油、粗蒽、瀝青等。3、工藝流程國(guó)內(nèi)外焦油蒸餾的工藝大同小異，都是脫水、分餾，但國(guó)外的工藝比國(guó)內(nèi)要多樣化。國(guó)內(nèi)的焦油蒸餾工藝與國(guó)外工藝相比擬，差距并不大，只是適用的場(chǎng)合不同。只要對(duì)國(guó)內(nèi)工藝的設(shè)備、儀表控制、能量利用方面做一些改良工作，就能夠變成先進(jìn)和實(shí)用的工藝。4、環(huán)保水平環(huán)保主要是指對(duì)焦油加工過(guò)程中所產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣的處理。在廢水、廢渣的處理上國(guó)內(nèi)外所采取的措施根本相同，所不同的是國(guó)內(nèi)處理后的指標(biāo)要差一點(diǎn)。廢氣處理主要是指焦油加工過(guò)程中的放散氣和瀝青煙氣的處理。國(guó)外焦油廠收集這局部廢氣，并集中到洗滌塔，凈化、降溫后送管式爐燃燒。有些焦油加工廠的油槽頂部還進(jìn)行氮封，其放散氣排出的可能性就更小。而國(guó)內(nèi)只有個(gè)別焦油加工裝置對(duì)放散氣進(jìn)行集中收集處理，大局部裝置都是自由放散。但只要嚴(yán)格管理，認(rèn)真處理，到達(dá)國(guó)外處理水平是完全可以實(shí)現(xiàn)的。5、節(jié)能水平節(jié)能降耗是裝置的重要指標(biāo)。焦油加工是高能耗過(guò)程，國(guó)外在水、蒸汽、煤氣消耗方面控制較好，采用空冷、冷熱流體換熱、多級(jí)循環(huán)水、低溫減壓蒸餾、熱量回收蒸汽等技術(shù)，但電的消耗反而比國(guó)內(nèi)還高。隨著國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，多使用電，減少水、蒸汽和煤氣的消耗是一個(gè)必然趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)多采用常壓、一塔式、切取兩混或三混餾分的蒸餾工藝。而引進(jìn)的煤焦油蒸餾裝置有如下特點(diǎn)：采用連續(xù)脫水-脫輕油，餾分塔為減壓操作，塔頂采出酚油、壓力為13．3kPa，塔底為軟化點(diǎn)為65℃的軟瀝青；采用方箱管式爐，出口焦油溫度為3301.2開(kāi)展煤化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)意義煤焦油是塑料、合成纖維、染料、合成橡膠、農(nóng)藥、醫(yī)藥、耐高溫材料以及國(guó)防工業(yè)的重要原料。在國(guó)內(nèi)，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展，其生產(chǎn)、加工、消費(fèi)呈現(xiàn)良好的開(kāi)展勢(shì)頭。2000年中國(guó)煤焦油需求量約為3Mt／a，預(yù)計(jì)到2005年的需求量約為3.5Mt／a，生產(chǎn)能力將有望到達(dá)4.425Mt／a。增長(zhǎng)的原因：一是中國(guó)能源消費(fèi)歷來(lái)以煤為主，煤焦油化工一直是中國(guó)化學(xué)工業(yè)的主要支柱之一；二是煉焦工業(yè)將隨著鋼鐵工業(yè)的開(kāi)展繼續(xù)開(kāi)展；三是城市燃料煤氣化的開(kāi)展說(shuō)明，焦?fàn)t制氣將是中等城市最好的供氣方案之一；四是化學(xué)工業(yè)中的某些重要有機(jī)產(chǎn)品無(wú)法從石油中提取，只能從煤焦油中提取。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和企業(yè)改制任務(wù)的逐步完成，中國(guó)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展已開(kāi)始走上持續(xù)開(kāi)展的軌道。這對(duì)中國(guó)根底工業(yè)的開(kāi)展從新的開(kāi)展層次提出越來(lái)越緊迫的更高要求，對(duì)煤焦油加工工業(yè)的開(kāi)展在結(jié)構(gòu)和總量上會(huì)帶來(lái)新的開(kāi)展需求。其主要原因：一是國(guó)家開(kāi)展改革委員會(huì)在“十五〞方案中己確定中國(guó)根底化學(xué)品和能源將以煤為主，煤焦油加工工程己列人國(guó)家開(kāi)展方案，得到國(guó)家和地方政府政策上的支持；二是進(jìn)入90年代中期，利用煤焦油加工的萘、蒽、吡啶、酚類等多環(huán)或雜環(huán)芳香烴產(chǎn)品，以及開(kāi)展起來(lái)的炭素工業(yè)對(duì)原料(如針狀焦、中間相瀝青)的需求不斷加大，人們對(duì)煤焦油加工業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)地位又有了更新的認(rèn)識(shí)。中國(guó)煤焦油加工工業(yè)作為區(qū)域經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成。煤礦是我國(guó)的只要能源對(duì)人民的日常生活起著舉足輕重的影響。而煤焦油蒸餾是焦油加工的龍頭，其技術(shù)水平影響著焦油餾份的質(zhì)量，并對(duì)焦油餾份的后續(xù)加工工藝的選擇有著較大影響。所以說(shuō)對(duì)蒸餾工段的研究將會(huì)對(duì)增加產(chǎn)量有著巨大的作用[1]。目前，我國(guó)煤焦油主要用來(lái)加工生產(chǎn)輕油、酚油、萘油及改質(zhì)瀝青等，再經(jīng)深加工后制取苯、酚、萘、蒽等多種化工原料，產(chǎn)品數(shù)量眾多、用途十分廣泛。但煤焦油簡(jiǎn)單加工后的利用價(jià)值不大，國(guó)內(nèi)外普遍看好的是其深加工精制產(chǎn)品的應(yīng)用。世界焦油精制先進(jìn)廠家已從焦油中提取230多種產(chǎn)品，并集中加工向大型化方向開(kāi)展。其優(yōu)點(diǎn)是：本錢低；能耗低、產(chǎn)率高；投資?。划a(chǎn)品品種多、檔次高，有利于深加工；環(huán)境保護(hù)好。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，國(guó)內(nèi)外煤焦油加工工藝大同小異，都是脫水、分餾，煤焦油加工的主要研究方向是增加產(chǎn)品品種、提高產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境[1]。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)主要完成年處理16噸焦油焦油車間蒸餾工段工藝初步設(shè)計(jì).對(duì)工藝與主要設(shè)備進(jìn)行物料衡算，能量衡算；主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型：包括管式爐的工藝尺寸的計(jì)算；瀝青換熱器工藝尺寸的計(jì)算；蒽塔，瀝青高置槽，一次蒸發(fā)器和二次蒸發(fā)器及相關(guān)冷卻器的選型。完成蒸餾工段的設(shè)備布置，繪制工藝流程圖、平面圖及立面圖；完成該工藝三廢處理與環(huán)境保護(hù)方面的設(shè)計(jì)和用水、用電等非工藝局部的設(shè)計(jì)任務(wù)。2生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備的論述目前我國(guó)各焦化廠根據(jù)生產(chǎn)能力和規(guī)模大小的不同，所采取的生產(chǎn)形式有：間歇式焦油蒸餾和連續(xù)式焦油蒸餾，生產(chǎn)工藝有分為：?jiǎn)嗡㈦p塔兩種。通過(guò)設(shè)計(jì)題目和要求可知本設(shè)計(jì)屬大型焦化廠精餾工段，所以采用管式爐連續(xù)蒸餾工藝對(duì)焦油進(jìn)行蒸餾，在這套工藝中，無(wú)水焦油經(jīng)過(guò)汽化和精餾，能夠較好地得到別離，從而得到瀝青和其他副產(chǎn)品[2]。2.1工藝流程的論述原料及產(chǎn)品煤焦油是煉焦工業(yè)煤熱解生成的粗煤氣中的產(chǎn)物之一，其產(chǎn)量約占裝爐煤的3%～4%，在常溫常壓下其產(chǎn)品呈黑色粘稠液狀，密度通常在之間，閃點(diǎn)100℃，具有特殊臭味，煤焦油又稱焦油。煤焦油是煤在干餾和氣化過(guò)程中獲得的液體產(chǎn)品。根據(jù)干餾溫度和方法的不同可得到以下幾種焦油：低溫〔450～650℃〕干餾焦油；低溫和中溫〔600～800℃〕發(fā)生爐焦油；中溫〔900～1000℃〕立式爐焦油；高溫〔1000℃〕煉焦焦油。生產(chǎn)原料為煉焦回收的高溫焦油。一般在焦油連續(xù)蒸餾系統(tǒng)中所切取的餾分有以下幾種：輕油餾份：為170℃酚油餾份：為170~210℃萘油餾份：為210～230℃的餾份，產(chǎn)率為10～13%，比重為1.01～1.04。主要含有萘〔達(dá)70～80%〕；另含有酚、甲酚、二甲酚4～6%；重質(zhì)吡啶堿類3～4%；其余為萘油。洗油餾份：為230～300℃餾份，產(chǎn)率為4.5～6.5%，比重為1.04～1.06。含有甲酚、二甲酚及高沸點(diǎn)酚類3～5%；重質(zhì)吡啶堿類4～5%；萘含量低于15%；其余為洗油及少量其他有機(jī)物質(zhì)。Ⅰ蒽油餾份：為280～360℃Ⅱ蒽油餾份：產(chǎn)率4~6%，比重1.08～1.12，初餾點(diǎn)310℃，餾出50%時(shí)為400℃，含萘不大于3%。瀝青：為焦油蒸餾的殘液，產(chǎn)率為54～56%[2]。生產(chǎn)工藝的論述我國(guó)大型焦化廠廣泛采用了管式爐焦油連續(xù)蒸餾裝置，一般均采用原料焦油直接進(jìn)管式爐的加熱方式。按蒸餾系統(tǒng)采用的塔數(shù)及餾份切取的方式的不同，主要有：?jiǎn)嗡搅鞒?、兩塔式流程和切取寬、窄餾分的焦油蒸餾流程[3]。本設(shè)計(jì)采用兩塔式蒸餾過(guò)程，蒸餾工藝如下：由原料貯槽來(lái)的初步脫水的焦油用1段焦油泵送入管式爐的對(duì)流段、加熱至120—130℃后進(jìn)入1次蒸發(fā)器。于此，粗焦油中的大局部水份和局部輕油的混合蒸汽以100—106℃的溫度自1次蒸發(fā)器頂逸出，進(jìn)入一段冷凝冷卻器；及油水別離器；與水別離后的輕油送往粗苯工段處理。經(jīng)脫水后含水量0.5%以下的無(wú)水焦油，經(jīng)過(guò)油封流入無(wú)水焦油槽中。無(wú)水焦油槽應(yīng)保持經(jīng)常滿流，滿流的焦油流入無(wú)水焦油槽，此槽中的焦油可用泵倒回原料焦油貯槽，或?qū)M流焦油引入一段焦油泵前的管路中。無(wú)水焦油用2段焦油泵送入管式爐輻射段，在此被加熱到由2次蒸發(fā)器的底部排出的瀝青，送瀝青冷卻澆注系統(tǒng)。從2次蒸發(fā)器頂逸出的餾份混合蒸汽進(jìn)入蒽塔進(jìn)料塔板，塔底排出溫度為320~330℃的二蒽油，側(cè)線切取溫度為290~300自蒽塔頂來(lái)的油氣進(jìn)入餾分塔進(jìn)料塔板。洗油餾份以230~340℃的溫度自塔底排出；溫度為200~210℃的萘油餾份從側(cè)線采出；溫度為150~2.2設(shè)備的論述焦油蒸餾過(guò)程主要是將焦油加熱，利用組分間的沸點(diǎn)不同。從而得到別離開(kāi)的輕、重組分，重組分為瀝青，輕組分可通過(guò)進(jìn)一步的精餾得到多種產(chǎn)品。此生產(chǎn)過(guò)程的主要設(shè)備為：管式爐、蒸發(fā)器、蒽塔、餾分塔、冷卻器等[4]。管式爐的工作原理管式加熱爐一般由三個(gè)主要局部組成：輻射室、對(duì)流室及煙囪。其工作原理如下：爐底的油氣聯(lián)合燃燒器(火嘴)噴出高達(dá)幾米的火焰，溫度高達(dá)1000~1500℃、主要以輻射傳熱的方式，將大局部熱量傳給輻射室(又叫爐膛)爐管(也叫輻射管)內(nèi)流動(dòng)的油品。煙氣沿著輻射室上升到對(duì)流室，溫度降到700~900℃。以對(duì)流傳熱的方式繼續(xù)將局部熱量傳給對(duì)流室爐管內(nèi)流動(dòng)著的油品，最后溫度降至200~450℃的煙氣從煙囪排人大氣。油品那么先進(jìn)入對(duì)流管再進(jìn)入輻射管，不斷吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，逐步升高到所需要的溫度。輻射室是加熱爐的核心局部，從火嘴噴出的燃料(油或氣)在爐膛內(nèi)燃燒，需要一定的空間才能燃燒完全，同時(shí)還要保證火焰不直接撲到爐管上，以防將爐管燒壞，所以輻射室的體積較大。由于火焰溫度很高(最高處可達(dá)1500~1800℃左右)，又不允許沖刷爐管，所以熱量主要以輻射方式傳送。在對(duì)流室內(nèi)，煙氣沖刷爐管，將熱量傳給管內(nèi)油品，這種傳熱方式稱為對(duì)流傳熱。煙氣沖刷爐管的速度越快，傳熱的能力越大，所以對(duì)流室窄而高些，排滿爐管，且間距要盡量小。有時(shí)為增加對(duì)流管的受熱外表積，以提高傳熱效率，還常采用釘頭管和翅片管。在對(duì)流室還可以加幾排蒸汽管，以充分利用蒸汽余熱，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽供生產(chǎn)上使用。煙氣離開(kāi)對(duì)流室時(shí)還含有不少熱量，有時(shí)可用空氣預(yù)熱器進(jìn)行局部熱量回收，使煙氣溫度降到200℃左右，再經(jīng)煙囪排出，但這需要用鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)。有時(shí)那么利用煙囪的抽力直接將煙氣排入大氣。由于抽力受煙氣溫度、大氣溫度變化的影響，要在煙道內(nèi)加擋板進(jìn)行控制，以保證爐膛內(nèi)最適宜的負(fù)壓，一般要求負(fù)壓為2~3mm水柱，這樣既控制了輻射室的進(jìn)風(fēng)量，又使火焰不向火門(mén)外撲，確保操作平安。[4]圖2.1管式加熱爐的主要結(jié)構(gòu)管式爐的選型煉油廠加熱爐類型很多，按照管式加熱爐的用途可分為純加熱爐和加熱-反響爐，前者如常壓爐、減壓爐，原料在爐內(nèi)只起到被加熱的作用；后者如裂解爐、焦化爐，原料在爐內(nèi)不僅被加熱，同時(shí)還有足夠的時(shí)間進(jìn)行裂解和焦化反響。按照管式爐的結(jié)構(gòu)又可分為立式爐、圓筒爐和無(wú)焰爐[4]。1、立式爐立式爐爐膛為長(zhǎng)方形箱體，爐管可水平放置或垂直放置。臥管立式爐其輻射爐管沿爐壁橫排，火焰垂直于爐管上燒，爐膛較窄。對(duì)流室置于輻射室之上，長(zhǎng)度與輻射室相同，煙囪放在對(duì)流室頂部。這種爐的特點(diǎn)是爐管沿長(zhǎng)度方向受熱均勻，另外由于其輻射室高度低，故各輻射管間的受熱也比擬均勻。其主要優(yōu)點(diǎn)是減少了爐管支架，便于布置多管程，缺點(diǎn)是爐管沿管長(zhǎng)受熱不均勻，清掃困難。立式爐在熱負(fù)荷較低時(shí)，投資高于圓筒爐，一般在熱負(fù)荷較大時(shí)使用。2、圓筒爐圓簡(jiǎn)爐爐膛為直立圓筒形，輻射管在爐膛周圍垂直地排列一周，方形對(duì)流室在圓筒體上部，對(duì)流管分水平與直立設(shè)置兩種。圓筒爐的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)較低。從熱負(fù)荷上看，圓筒爐通常用作中、小型加熱護(hù)，這是因?yàn)檩椛涔懿荒芴L(zhǎng)，加大爐膛直徑又會(huì)提高造價(jià)。圓筒爐的熱效率偏低也使熱負(fù)荷的提高受到限制。3、無(wú)焰爐無(wú)焰爐其外形和立式爐相似，主要特點(diǎn)是將無(wú)焰噴嘴沿爐膛測(cè)墻均勻分布。由于無(wú)焰燃燒，爐膛體積可縮小，傳熱較均勻。由于燃燒完全，過(guò)?？諝庀禂?shù)小，爐子熱效率較高。但這種無(wú)焰燃燒噴嘴目前只能燒氣體燃料，另外爐墻結(jié)構(gòu)也比擬復(fù)雜、造價(jià)較高，國(guó)內(nèi)主要用作焦化爐、高溫制氫的轉(zhuǎn)化爐及裂解爐等。從生產(chǎn)實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)條件方面來(lái)選擇管式爐。圓筒爐是本設(shè)計(jì)的最正確選擇，其不僅能夠到達(dá)設(shè)計(jì)要求而且造價(jià)廉價(jià)。塔設(shè)備的選型1、板式塔可根據(jù)氣液操作狀態(tài)分為鼓泡式塔板，如泡罩、浮閥、篩板等塔板及噴射式塔，如舌形、網(wǎng)孔等塔板。又可根據(jù)有沒(méi)有降液管分為溢流式塔板〔泡帽等〕和穿流式塔板〔穿流式篩板和穿流式柵板等〕[5]?！?〕泡罩塔盤(pán)泡罩塔盤(pán)是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔盤(pán)之一。在塔盤(pán)板上開(kāi)許多圓孔，每個(gè)孔上焊接一個(gè)短管，稱為升氣管，管上再罩一個(gè)“帽子“，稱為泡罩，泡罩周圍開(kāi)有許多條形空孔。工作時(shí)，液體由上層塔盤(pán)經(jīng)降液管流入下層塔盤(pán)，氣體從下一層塔盤(pán)上升進(jìn)入升氣管，再經(jīng)泡罩的條形孔流散到液體中?！?〕浮閥塔盤(pán)浮閥塔盤(pán)是在塔盤(pán)板上開(kāi)許多圓孔，每一個(gè)孔上裝一個(gè)帶三條腿可上下浮動(dòng)的閥。浮閥是保證氣液接觸的元件，操作時(shí)氣流自下而上吹起浮閥，從浮閥周邊水平地吹入塔盤(pán)上的液層；液體由上層塔盤(pán)經(jīng)降液管流入下層塔盤(pán)，再橫流過(guò)塔盤(pán)與氣相接觸傳質(zhì)后，經(jīng)溢流堰入降液管，流入下一層塔盤(pán)?！?〕篩板塔盤(pán)篩板塔盤(pán)是在塔盤(pán)板上開(kāi)許多小孔，操作時(shí)液體從上層塔盤(pán)的降液管流入，橫向流過(guò)篩板后，越過(guò)溢流堰經(jīng)降液管導(dǎo)入下層塔盤(pán)；氣體那么自下而上穿過(guò)篩孔，分散成氣泡通過(guò)液層，在此過(guò)程中進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱。由于通過(guò)篩孔的氣體有動(dòng)能，故一般情況下液體不會(huì)從篩孔大量泄漏?！?〕舌形和浮舌塔盤(pán)舌形塔盤(pán)是在塔盤(pán)板上沖有一系列舌孔，舌片與塔盤(pán)板呈一定傾角，氣流通過(guò)舌孔時(shí)，利用氣體噴射作用，將液相分散成液滴和流束而進(jìn)行傳質(zhì)，并推動(dòng)液相通過(guò)塔盤(pán)。2、填料塔根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為亂堆填料〔鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、環(huán)矩鞍等顆粒填料〕及規(guī)那么填料〔網(wǎng)波紋填料、板波紋填料、格柵填料〕[6]。本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的2個(gè)塔設(shè)備都是對(duì)多種分進(jìn)行別離，通過(guò)造價(jià)、塔板效率和操作彈性等多方面考慮，采用泡罩塔作為本設(shè)計(jì)的塔設(shè)備類型。其主要特點(diǎn)為：氣、液兩相接觸充分，傳質(zhì)面積大，因此塔盤(pán)效率高。操作彈性大，在負(fù)荷變動(dòng)較大時(shí)，仍能保持較高的效率。具有較高的生產(chǎn)能力，適用于大型生產(chǎn)。不易堵塞，介質(zhì)適用范圍廣。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，安裝維護(hù)麻煩；氣相壓降較大，但假設(shè)在?；蚣訅合虏僮?，這并不是主要問(wèn)題。3工藝計(jì)算及設(shè)備選型3.1物料與熱量衡算計(jì)算條件及操作制度1、原料焦油無(wú)水焦油年處理量噸/年80000焦油車間工作日，天330無(wú)水焦油處理量，千克/時(shí)10101焦油中含水，%〔對(duì)無(wú)水焦油〕42、焦油加熱制度焦油入對(duì)流段的溫度，℃80焦油出對(duì)流段的溫度，℃130焦油入輻射段的溫度，℃110焦油出輻射段的溫度，℃400輻射段出口壓力，千帕1503、過(guò)熱蒸汽蒸汽量〔占無(wú)水焦油的6%〕，千克/時(shí)606蒸汽入口壓力千帕600蒸汽入口溫度℃164.2蒸汽出口溫度℃4004、燃料體積組成CO2CmHnO2COH2CH4N06.059.525.54.05、空氣過(guò)剩系數(shù)α輻射段1.2對(duì)流段1.36、焦油蒸餾的餾份產(chǎn)率表3.1焦油蒸餾的餾份產(chǎn)率餾份名稱產(chǎn)率%產(chǎn)量千克/時(shí)平均分子量輕油0.770.7105酚油2.5252.5120萘洗寬餾份16.01616.3130洗油3.0303.0150Ⅰ蒽油16.01616.3177Ⅱ蒽油6.8686.9198瀝青54.05454.5—損失1.0101—總量10010101—燃燒過(guò)程的計(jì)算1、焦油煤氣的低熱值干煤氣的低熱值Q′e由表3.3查得：Q′e=30.18CO+25.18H2+85.58CH4+163.75CmHn=30.18×6.0+25.18×59.5+85.58×25.5+163.75×2.2=4260千卡/標(biāo)米3=17807千焦/標(biāo)米3煤氣中的含水量：=2.18%≈2.2%式中：P0——在20℃時(shí)，煤氣中的飽和水氣分壓，由表3.2查得P0=17.5毫米汞柱P2——大氣壓力，取P2=760毫米水柱；P——燒嘴前煤氣的靜壓力，毫米汞柱，取P=600毫米汞柱；濕煤氣的低熱值Qe：==4160千卡/標(biāo)米3=17389千焦/標(biāo)米32、燃燒所需空氣量當(dāng)煤氣中含水2.2%濕煤氣組成〔體積%〕：CO2CmHnO2COH2CH4N2H2O2.352.160.395.8758.224.913.922.2表3.2在760毫米汞柱下煤氣中的飽和水蒸汽壓力溫度℃壓力mmHg溫度℃壓力mmHg溫度℃壓力mmHg溫度℃壓力mmHg04.58119.802219.803337.7014.901210.502321.103439.9025.301311.202422.403542.2035.701412.002523.803644.6046.101512.802625.203747.1056.501613.602726.703849.7067.001714.502828.303952.4077.501815.502930.004055.3088.001916.503031.804156.3098.602017.503133.704261.50109.202118.703235.704364.80表3.3焦?fàn)t煤氣各組成的發(fā)熱量〔千卡/標(biāo)米3〕氣體名稱高熱值低熱值氣體名稱高熱值低熱值CO30183018C6H63491033504H230522581CmHn1743016375CH495008558H2S60635593C2H41505714120C3H621955205503、燃燒過(guò)程計(jì)算由表3.4中可知，燃燒1標(biāo)米3的濕煤氣的理論需氧量為：0.8834-0.0039=0.8795標(biāo)米3表3.4以100米3濕煤氣組成含量體積%焦?fàn)t煤氣可燃成分的燃燒反響式理論需氧量米3廢棄組成米3CO2H2ON2CO22.35——2.35——O20.39—————CmHn2.16C2H4+3O2→2CO2+2H2O6.484.324.32—CO5.87CO+1/2O2→CO22.9355.87——CH424.19CH4+2O2→CO2+2H2O48.3824.9149.82—H258.2H2+1/2O2→H2O29.1—58.2—N23.92————3.92H2O2.2—————合計(jì)10088.3437.45114.543.92當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)α=1.2時(shí)的實(shí)際需氧量為：0.8795×1.2=1.055標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)α=1.3時(shí)的實(shí)際需氧量為：0.8795×1.3=1.143標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；未參加燃燒的過(guò)剩氧量為：當(dāng)α=1.2時(shí)，1.055-0.8795=0.176標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；當(dāng)α=1.3時(shí)，1.143-0.8795=0.264標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；燃燒1標(biāo)米3為濕煤氣所需的干空氣量為：當(dāng)α=1.2時(shí)，標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；當(dāng)α=1.3時(shí)，標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；由干空氣帶入的氮?dú)饬繛椋寒?dāng)α=1.2時(shí)，5.03×0.79=3.97標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；當(dāng)α=1.3時(shí)，5.45×0.79=4.31標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；當(dāng)大氣溫度15℃和相對(duì)濕度為0.7當(dāng)α=1.2時(shí)，0.017×5.03=0.0855標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；當(dāng)α=1.3時(shí)，0.017×5.45=0.0927標(biāo)米3/標(biāo)米3濕煤氣；表3.5燃燒1標(biāo)米3為濕煤氣所產(chǎn)生的廢氣量及其組成〔標(biāo)米3〕空氣過(guò)剩系數(shù)CO2H2ON2O2廢氣量α=1.2α=1.30.3750.3751.1454+0.0855=1.231.1454+0.0927=1.240.0392+3.97=4.010.0392+4.31=4.350.1760.2645.7916.226耗熱量和煤氣用量的計(jì)算1、一次蒸發(fā)溫度在管式爐連續(xù)蒸餾裝置中，煤焦油蒸餾是以一次蒸發(fā)的方式進(jìn)行的。所謂一次蒸發(fā)溫度，就是指在二段蒸發(fā)器中，液體與蒸汽之間到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)的溫度。管式爐二段焦油出口溫度必須保證焦油在二段蒸發(fā)器內(nèi)一次蒸發(fā)所需的熱量。一次蒸發(fā)溫度與餾份產(chǎn)率及二段蒸發(fā)器底部壓力有關(guān)。(1)二段蒸發(fā)器底部壓力：設(shè)器底總壓為1035毫米汞柱，進(jìn)入器底的直接氣量為無(wú)水焦油的1.0%，無(wú)水焦油量為10078千克/時(shí)，餾份產(chǎn)率45%，含水0.5%。水蒸汽的千摩爾：油汽的千摩爾〔按表3.1計(jì)算〕：油氣分壓：(2)一次蒸發(fā)溫度：先按下式確定一次蒸發(fā)直線的正切tgα與蒸發(fā)壓力關(guān)系：tgαP=3.24-0.00107×801=2.38式中：tgα——在一定壓力下，一次蒸發(fā)直線傾角的正切由tgα進(jìn)而算出一次蒸發(fā)溫度tfdtfd=683-tgα(174.5-g)=683-2.38(174.5-45)=375℃式中：g——餾份產(chǎn)率，%查得，在一次蒸發(fā)溫度為375℃，餾份產(chǎn)率為45%時(shí)，焦油焓223千卡/千克=932千焦/設(shè)管式爐二段出口焦油的焓為238千卡/千克=994.8千焦/千克。實(shí)際上，由二段蒸發(fā)器底通入過(guò)熱蒸汽，故一次蒸發(fā)溫度較計(jì)算為底。圖3.1在不同溫度下焦油餾分及油類的焓2、有效耗熱量⑴焦油在一段內(nèi)吸收的熱量加熱無(wú)水焦油所需的熱量:Q1=G〔i130-i80〕=10101(93-74)=191919千卡/時(shí)=802221千焦/小時(shí)式中：G——無(wú)水焦油處理量，千克/時(shí)i130、i80——焦油在130℃及80℃時(shí)的焓，千焦/千克加熱和蒸發(fā)焦油中水分所需的熱量:Q2=W〔649.8-80〕=10101×0.04〔649.8-80〕=230222千卡/時(shí)=962328千焦/小時(shí)W——焦油中所含的水分，千克/時(shí)649.8——水蒸氣在爐管出口處〔130℃〕的焓，千卡/80——水在爐管入口處〔80℃〕的焓，千卡/蒸發(fā)焦油中局部輕油所需的熱量:設(shè)在第一段內(nèi)焦油中被蒸出的輕油為無(wú)水焦油的0.23%。Q3=0.0023G×i=0.0023×10101×94.5=2195.5千卡/時(shí)=9177.0千焦/小時(shí)式中：i輕——輕油餾份的蒸發(fā)潛熱，千卡/千克那么第一段的有效耗熱量為：Q1+Q2+Q3=802221+962328+9177.0=1773726千焦/小時(shí)⑵.工藝用蒸汽過(guò)熱所吸收的熱量Q4=g〔I2'-I1'〕=606(780.7-659.9)=73204.8千卡/時(shí)=305996.1千焦/小時(shí)式中：g——過(guò)熱的蒸汽量，千克/時(shí)I1'——6千克/厘米2飽和水蒸氣的焓，取I1'=659.9千卡/I2'——6千克/厘米2400℃過(guò)熱水蒸氣的焓，取I1'=780.7千卡⑶焦油在二段內(nèi)吸收的熱量二段焦油出口溫度400℃，其焓為994.8千焦/Q5=〔G-0.0023G〕〔I400-I110=〔10101-0.0023×10101〕〔994.8-85〕×4.18=6444732.4千焦/小時(shí)式中：I400、I110——焦油在二段出口與入口溫度下的焓，千焦/千克加熱與蒸發(fā)焦油中水份所需的熱量Q6=10078×0.005〔782.4-110.19〕=33872.7千卡/時(shí)=141587.7千焦/小時(shí)式中：0.005——無(wú)水焦油中所含的水份782.4、110.19——二段出口狀態(tài)下過(guò)熱水蒸汽和二段入口狀態(tài)下水的焓，千卡/千克那么二段的有效耗熱量為：Q5+Q6=6444732.4+141587.7=1575674.7千卡/小時(shí)=6586320.1千焦/小時(shí)總有效熱量：QS=1773726+305996.1+6586320.1=8666042.2千焦/小時(shí)3、熱損失⑴廢氣帶走的熱量當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)α=1.3，廢氣溫度t=400℃=20%式中：V——濕廢氣體積，在α=1.3時(shí)，1標(biāo)米3濕煤氣能生成6.226標(biāo)米3的濕廢氣C——400℃C=〔0.375×0.460+1.238×0.373+4.349×0.316+0.246×0.329〕×=0.336千卡/標(biāo)米3·℃=1.4千焦/標(biāo)米3·攝氏度上述計(jì)算式中的各數(shù)據(jù)為廢氣中各組成的量及其比熱，后者可由表3.6得。⑵爐體的散熱損失取輻射段和對(duì)流段的總熱損失占總耗熱量的5%。表3.6不同溫度下幾種氣體和蒸汽的平均比熱溫度℃比熱，千卡/標(biāo)米3·℃溫度℃比熱，千卡/標(biāo)米3·℃N2O2H20CO2N2O2H20CO201002003004005006007008000.3020.3060.3090.3120.3160.3190.3220.3250.3280.3100.3150.3200.3250.3290.3330.3370.3410.3440.3460.3530.3600.3660.3730.3790.3860.3920.3980.4020.4180.4330.4470.4600.4730.4850.4960.50790010001100120013001400150016000.3310.3330.3360.3380.3410.3430.3450.3470.3470.3500.3530.3560.3580.3600.3620.3640.4040.4100.4160.4210.4270.4330.4380.4450.5160.5250.5340.5410.5180.5540.5600.5644、熱效率取熱效率η=76%總熱消耗量：5、煤氣耗量濕煤氣重度：r=(1.975×2.35+1.49×2.16+1.429×0.39+1.250×5.87+0.0899×58.2+0.717×24.91+1.251×3.92+0.804×2.2〕/100=0.455千克/標(biāo)米3式中：1.975、1.49、1.429、1.250、0.0899、0.717、1.251、0.804——分別為CO2、CmHn、O2、CO、H2、CH4、N2、H2O在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體重度，千克/標(biāo)米3濕煤氣的重量流量：W=656×0.455=298.48千克/6、廢氣量當(dāng)α=1.3時(shí)，每1標(biāo)米3濕煤氣產(chǎn)生的廢氣量為：1.975×0.375+0.804×1.238+1.251×4.349+1.429×0.264=7.562千克/標(biāo)米3那么廢氣量為WG為：WG=656×7.562=4960.67千克3.2管式爐的計(jì)算與選型3.2.1輻射段計(jì)算焦油二段加熱的有效熱負(fù)荷為，占總有效熱負(fù)荷8666042.2千焦/時(shí)的79%。通常輻射段的熱負(fù)荷為全爐熱負(fù)荷的70～80%。因此，將輻射段作為二段加熱。1、估算輻射管管壁平均溫度式中：t1、t2——原料焦油在輻射段入口處和出口處的溫度,℃2、輻射段加熱面積式中：Q——輻射段熱負(fù)荷，千卡/時(shí)q——輻射段外表積熱強(qiáng)度，千卡/米2·時(shí)3、輻射管管徑及管心距〔1〕管徑選擇式中：di——管內(nèi)徑，米mt——管內(nèi)流體重量流速，千克/米2·秒按實(shí)際情況，焦油管式爐重量速度選取650～950。此時(shí)，相當(dāng)于管內(nèi)線速度為0.55～0.8米/秒，今取mt=700千克/米2·秒G——管內(nèi)焦油流量，取G=13889千克/時(shí)N——管程數(shù)選用φ89×6，Cr5Mo石油裂化鋼管?！?〕管心距C加大管心距可以提高管外表熱強(qiáng)度，管心距一般采用2dc〔外徑〕，此處取C=105毫米4、輻射段爐體尺寸〔1〕輻射管總長(zhǎng)及根數(shù)對(duì)于不設(shè)輻射錐或折煙板的圓筒爐，火焰直接照射遮蔽管，因此，把遮蔽管當(dāng)作輻射管看待。遮蔽管長(zhǎng)度可取輻射管總長(zhǎng)的5～10%，設(shè)為7%。那么遮蔽管總長(zhǎng)：輻射管有效長(zhǎng)度〔露出長(zhǎng)度〕與爐膛大小及火嘴結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般圓筒爐的高徑比，即小爐高徑比應(yīng)大些。取Li=6.0米取n=48根〔2〕爐管節(jié)圓直徑D′將48根爐管分為6組，其中每組為8根。組間管心距取為370毫米那么節(jié)圓直徑D′為：〔3〕爐膛直徑一般爐管中心距爐膛內(nèi)壁約為3dc。即5、當(dāng)量冷平面αAcp火焰和赤熱煙氣的局部，輻射熱能直接傳給管組，并為管組所吸收。另一局部熱能通過(guò)爐墻，再度輻射至爐內(nèi)，然后再被管組所吸收，其余局部熱能上升至對(duì)流段。這種復(fù)雜情況，在設(shè)計(jì)計(jì)算中，為簡(jiǎn)化計(jì)算，以當(dāng)量冷平面來(lái)代替管排進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)量冷面為理想黑平面，與管排具有相同的吸收能力。對(duì)于輻射管，當(dāng)量冷平面式中：α——有效吸收因數(shù)，為管心距與管徑之比的函數(shù)，查圖得α=0.94n——輻射管根數(shù)L——輻射管有效長(zhǎng)度，米C——管心距，米對(duì)于遮蔽管，因遮蔽管的后面沒(méi)有再輻射的爐墻，故不能吸收再輻射熱，但由于赤熱氣體直接流過(guò)遮蔽管，籍對(duì)流傳熱給它的熱量遠(yuǎn)較一般輻射管為高，此對(duì)流熱用以補(bǔ)償再輻射而有余，故設(shè)α=1。遮蔽管每排5根，每根有效長(zhǎng)2.2米總當(dāng)量冷平面：6、爆露磚墻面積AR全部磚墻面積：式中：H——爐膛高，米D——爐膛直徑，米暴露磚墻面積：7、氣體輻射率在爐膛內(nèi)的燃燒氣體中，只有CO2和水汽等三原子氣體具有顯著的輻射能力，所以煙氣的輻射能力取決于該氣體的濃度、爐膛尺度和煙氣溫度〔即CO2和水汽在煙氣中的分壓P、氣層的平均輻射長(zhǎng)度L和煙氣溫度〕有關(guān)。而氣層的平均輻射長(zhǎng)度與爐膛高徑比和爐膛直徑的關(guān)系如下：高徑比=1時(shí)，L=2/3D米高徑比≥2時(shí)，L=D米由于高徑比等于2，所以氣層平均輻射長(zhǎng)度CO2和水汽的分壓P，當(dāng)α=1.2時(shí)式中：0.375、1.231——分別為煙氣中CO2和水汽的體積5.791——煙氣量設(shè)煙氣溫度t=600℃，查圖3.2得氣體輻射率為0.5設(shè)煙氣溫度t=900℃，查圖3.2得氣體輻射率為0.475圖3.2氣體輻射率8、交換因數(shù)F交換因數(shù)F依賴于氣體輻射率和暴露磚墻面積的再輻射量。后者以暴露磚墻面積和當(dāng)量冷面積的比值作為函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即：設(shè)煙氣溫度t=600℃，查圖3.3得交換因數(shù)F=0.61設(shè)煙氣溫度t=600℃，查圖3.3得交換因數(shù)F=0.48圖3.3氣體的交換因數(shù)9、輻射段氣體出口溫度輻射段的熱平衡，輸入熱量:燃料的總發(fā)熱量Qn，千焦/時(shí)空氣顯熱qn,千焦/時(shí)燃料顯熱qf，千焦/時(shí)輸出熱量：二段熱焦油帶出的熱量〔有效熱〕QI千焦/時(shí)爐體熱損失qL,千焦/時(shí)煙氣帶走的熱量qz,千焦/時(shí)那么熱平衡式為：Qn+qn+qf=Q1+qL+qz或Q1=Qn+qn+qf-qL-qz等式兩邊均除以αAcpF上式中的qn/Qn、qf/Qn值甚小，故可忽略不計(jì)，那么當(dāng)煙氣溫度tp=600℃時(shí)式中：0.346——煙氣在20～600℃之間的平均比熱，千焦/標(biāo)米3·℃5.791——當(dāng)α=1.2時(shí)，1標(biāo)米3濕煤氣燃燒產(chǎn)生的煙氣量，標(biāo)米34160——濕煤氣的低熱值，千卡/標(biāo)米30.035——輻射段的總熱損失，取qL/Qn=3.5%當(dāng)煙氣溫度tp=900℃時(shí)式中：0.359——煙氣在20～900℃之間的平均比熱，千焦/標(biāo)米3·℃將以上tp和Qn/αAcpF值，查圖3.4得兩點(diǎn)〔此兩點(diǎn)應(yīng)在吸收曲線的兩邊〕，連接兩點(diǎn)作一直線，與管壁溫度tw=290℃曲線相交，由此兩點(diǎn)查的煙氣溫度為760圖3.4輻射段的總吸熱量10、輻射段的校核〔1〕校核輻射段熱負(fù)荷Q1由熱平衡方程式代入得：原假定為65866320千焦/時(shí)，與此處計(jì)算值根本相符?！?〕校核爐管外表熱強(qiáng)度q1輻射段加熱管實(shí)際外表積：原假設(shè)熱強(qiáng)度為75240千焦/米2·時(shí)，與計(jì)算所得值根本相符?！?〕校核管壁平均溫度他tw管壁平均溫度按下式檢核：式中：α——管壁對(duì)油品的給熱系數(shù)，管壁對(duì)焦油的給熱系數(shù)取α=600千卡/米2·時(shí)·℃δ——管壁厚度，取δ=0.006米λ——管壁金屬的導(dǎo)熱系數(shù)，取Cr3Mo鋼的λ=25千焦/米2·時(shí)·℃t1、t2——原料在入口及出口的溫度，取t1=110℃、t2=400℃其余符號(hào)意義同前。故與原假設(shè)2911、體積熱強(qiáng)度qv對(duì)于圓筒爐，qv可按下式計(jì)算：式中：Qn——燃料的總發(fā)熱量，千焦/時(shí)D——爐膛直徑，取D=3.267H——爐膛高度，取H=6燃燒過(guò)程需要有足夠的空間和時(shí)間，以使燃?xì)獬浞秩紵?。一般體積熱強(qiáng)度取30000～80000千卡/米2·時(shí)3.2.2對(duì)流段的計(jì)算對(duì)流段由兩局部組成，一是用作焦油脫水〔第一段加熱〕，一是用作蒸汽過(guò)熱。焦油脫水溫度較低，其爐管放于對(duì)流段的上部，這樣有利于降低煙氣出口溫度，并便于調(diào)節(jié)一段出口溫度。為此，過(guò)熱蒸汽管就置于對(duì)流段下部。對(duì)流段爐管采用光管，橫排布置。由于輻射室管排為脹接彎頭，應(yīng)考慮輻射管的安裝與檢修方便，從而確定對(duì)流室的爐管長(zhǎng)度。1、焦油一段脫水管排的計(jì)算焦油脫水管段的熱負(fù)荷為1773726千焦/時(shí)〔1〕對(duì)流段尺寸確實(shí)定選用爐管φ89×8，管墻距取1.5dc，管心距178毫米，有效長(zhǎng)2式中：n——對(duì)流室每排管根數(shù)c——管心距，米煙氣重量流速：式中：WG——煙氣量，千克/時(shí)煙氣的重量速度，一般為1～4千克/米2·秒對(duì)流室尺寸確定如下：有效長(zhǎng)L=2.2米有效寬B=980毫米〔2〕進(jìn)入焦油脫水段煙氣的溫度ts′每標(biāo)米3濕煤氣所產(chǎn)生煙氣的焓，可由以下熱平衡式求得：式中：is′——煤氣進(jìn)入焦油脫水段的焓，千焦/標(biāo)米3濕煤氣i400——煤氣出焦油脫水段的焓，千焦/標(biāo)米3濕煤氣0.336——當(dāng)α=1.3時(shí)，煙氣在400℃時(shí)的比熱，千卡/標(biāo)米3濕煤氣6.226——當(dāng)α=1.3時(shí)，每標(biāo)米3濕煤氣產(chǎn)生的煙氣量，113742——焦油脫水段的總熱量，千焦/時(shí)對(duì)流段總傳熱量為總耗熱量的5%-3.5%=1.5%，其中對(duì)流段中焦油脫水管排占總管排的7/8。那么焦油脫水段的傳熱量為：煙氣進(jìn)入焦油脫水段的溫度：式中：0.349——當(dāng)α=1.3時(shí)，煙氣在此溫度時(shí)的比熱，千焦/標(biāo)米2·℃〔3〕內(nèi)膜給熱系數(shù)管內(nèi)焦油對(duì)管壁的內(nèi)膜給熱系數(shù)可按下式計(jì)算：式中：λ——焦油導(dǎo)熱系數(shù)。千焦/米·時(shí)·℃d——對(duì)流段爐管內(nèi)徑，米w——焦油在管內(nèi)流速，米/秒υ——焦油運(yùn)動(dòng)粘度，米2/秒γ——焦油平均重度，千克/米3c——焦油平均比熱，千焦/千克·℃以上各參數(shù)計(jì)算如下焦油平均溫度：105℃時(shí)含水焦油的比重：1.1815——在20℃時(shí)焦油的比重0.04——1千克無(wú)水焦油帶入水量，千克0.955——水在105℃時(shí)的比重焦油在管內(nèi)的流速：105℃時(shí)焦油的運(yùn)動(dòng)粘度，可按下式計(jì)算：式中：t—焦油平均溫度，℃k、b—系數(shù)，取k=4.29、b=7.75即105℃時(shí)焦油的比熱：式中：0.396——焦油在0～150℃間的平均比熱1.01——水在105℃時(shí)的比熱105時(shí)焦油的導(dǎo)熱系數(shù)為：式中：γ15——焦油在15℃時(shí)的比重，取λ15=1.185t——焦油的平均溫度，取t=105℃那么內(nèi)膜給熱系數(shù)：由于雷諾數(shù)Re屬于2300～10000間，故屬過(guò)度流狀態(tài)，所以，在求得的αi值中，應(yīng)參加校正系數(shù)f，即那么內(nèi)膜給熱系數(shù)αi′為：包括結(jié)構(gòu)熱阻在內(nèi)的內(nèi)膜給熱系數(shù)：式中：Ri——結(jié)構(gòu)熱阻，取Ri=0.0004(4)管外膜給熱系數(shù)管外膜給熱系數(shù)α0可按下式計(jì)算：式中：α0c——管外對(duì)流給熱系數(shù)，千焦/·時(shí)·℃α0r——管外氣體輻射給熱系數(shù)，千焦/·時(shí)·℃1.1——磚墻輻射給熱系數(shù)值。其平均值取氣體輻射給熱系數(shù)α0r與對(duì)流給熱系數(shù)α0c之和的10%①對(duì)流給熱系數(shù)α0c，可按煙氣垂直于交錯(cuò)排列的光管群的計(jì)算式計(jì)算：式中：mG——煙氣重量流速，千克/米2·秒TG——煙氣平均溫度，oK——對(duì)流爐管外徑，毫米取MG——1.17千克/米2·秒，=取得②氣體輻射給熱系數(shù)α0c煙氣和焦油的對(duì)熱平均溫度差可按加油的平均溫差加上煙氣到焦油的對(duì)熱平均溫差：平均煙氣溫度：平均管壁溫度：查圖3.4得α0t=7.15千卡/米2·時(shí)·℃=29.89千焦/米2·時(shí)·℃圖3.4對(duì)流段氣體輻射傳熱系數(shù)取轉(zhuǎn)強(qiáng)輻射系數(shù)為對(duì)流傳熱系數(shù)和輻射傳熱系數(shù)之和的10%，那么外膜給熱系數(shù)為：包括結(jié)垢熱阻在內(nèi)的外膜傳熱系數(shù)：使用氣體燃料時(shí)，取結(jié)垢熱阻Ri=0.005米2·時(shí)·℃/千卡(5)對(duì)流段總傳熱系數(shù)K代入得：(6)爐管外表積和爐管排數(shù)爐管外表積：爐管排數(shù)：取16排，那么爐管外表積：(7)爐管外表熱強(qiáng)度2、過(guò)熱蒸汽管排的計(jì)算過(guò)熱蒸汽管排的熱負(fù)荷QC=305996.1千卡千焦/時(shí)，管內(nèi)蒸汽流速一般取60~130千克/米2·秒。選用φ60×4鍋爐鋼管，那么蒸汽重量流速：取管心距為120毫米，那么每排根數(shù)：取7根煙氣重量速度：〔1〕煙氣進(jìn)入過(guò)熱蒸汽段的溫度煙氣溫度：式中：0.352——煙氣的平均比熱，千焦/米3·℃這與前述輻射段煙氣溫度76〔2〕內(nèi)膜給熱系數(shù)過(guò)熱蒸汽的內(nèi)膜給熱系數(shù)可由下式計(jì)算：包括結(jié)垢熱阻在內(nèi)的內(nèi)膜給熱系數(shù)：取水蒸氣的垢層熱阻Ri=0.0001米2·時(shí)·℃/千卡〔3〕外膜給熱系數(shù)①對(duì)流給熱系數(shù)煙氣平均溫度：式中：——煙氣的重量流速，?、谳椛浣o熱系數(shù)煙氣和蒸汽的對(duì)數(shù)平均溫差可按下式計(jì)算：平均煙氣溫度：平均管壁溫度：查圖3.4得=55.2那么外膜給熱系數(shù)為：包括垢層熱阻在內(nèi)的外膜給熱系數(shù)：〔4〕總傳熱系數(shù)爐管外表積和爐管排數(shù)爐管外表積：〔5〕爐管排數(shù)：取2排管，那么實(shí)際爐管外表積為5.8米爐管外表熱強(qiáng)度3.2.3爐管壓力降計(jì)算〔一〕對(duì)流段焦油管壓降對(duì)流段焦油溫度低，視為無(wú)相變化，其壓力降可按下式計(jì)算式中f——管內(nèi)摩查系數(shù)，Re=4958，查圖3.5得f=0.011w——平均操作條件下焦油的線速度，0.66g——重力加速度，g=9.81米/秒rl——操作條件下，焦油的平均重度，1120千克/leg——包括回彎頭在內(nèi)的爐管當(dāng)量長(zhǎng)度：圖3.5管內(nèi)摩擦系數(shù)f式中：n——爐管根數(shù)，16×5=80根L——每根管子的長(zhǎng)度,約3米ф——與爐管連接形式有關(guān)，其值見(jiàn)表3.7，對(duì)流段采用V型急彎彎管，取ф=30di——管內(nèi)徑，0.0表3.7與連接型式有關(guān)的ψ值連接型式ψ油流急劇轉(zhuǎn)彎及內(nèi)部縮小的回彎頭油流急劇轉(zhuǎn)彎的回彎頭油流平緩轉(zhuǎn)彎的回彎頭半徑R≥4d的急彎彎管10050～603015〔二〕輻射段爐管壓力降計(jì)算輻射段爐管中的焦油。在加熱過(guò)程中有相變化，故分為加熱段〔無(wú)相變化〕和汽化段〔有相變化〕兩局部進(jìn)行計(jì)算。1、汽化段爐管壓力降假設(shè)開(kāi)始汽化時(shí)的壓力，pe=3.5千克/厘米2〔絕〕查圖3.6得開(kāi)始汽化時(shí)的溫度，te=35圖3.6煤焦油壓力與一次汽化開(kāi)始溫度的關(guān)系曲線輻射段全部爐管當(dāng)量長(zhǎng)度leg為汽化段爐管當(dāng)量長(zhǎng)度按下式計(jì)算：式中：It——油料在爐出口處的焓，焦油及其餾分的焓為995千卡/千克焦油〔按一次汽化溫度及汽化率值，查圖3.1〕，水分的焓為4千焦/千克焦油，那么共計(jì)238+4=242千卡/千克焦油=1012千焦/千克焦油Ie——開(kāi)始汽化時(shí)油料的焓，185+4=189千焦/千克焦油Ii——爐入口處油料的熱焓，40+0.6=40.6千焦/千克焦油忽略微量的水分，那么汽化混合重度可按下式計(jì)算：式中：e——汽化段焦油的平均汽化率，在二段出口處的焓為222千焦/千克，t=400查圖得此點(diǎn)的汽化率e=0那么汽化段中，平均汽化率：〔參照焦油蒸餾工段設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)〕rv——汽化段換算為一個(gè)大氣壓下的餾分蒸汽平均重度：式中128——餾分蒸汽的平均分子量2.5——爐出口處油料的壓力，千克/〔絕〕rL——汽化段的液相重度〔包括油和水〕，rL=951千克/米2氣液混合物流速：〔1〕汽化段壓力降：式中：f——水力摩察系數(shù)，對(duì)汽化段取f=0.006是平安的故開(kāi)始汽化時(shí)的壓力：今pe1值與原假設(shè)值3.5千克/厘米2已接近，為進(jìn)一步使試算值接近于假定值，也可用圖解法進(jìn)行，其試算法如下：另設(shè)pe=2.5千克/，那么由圖查得te=331℃相應(yīng)汽液混合物重度：式中：rv=6.48千克/米2，rL=965千克/米，參照前述計(jì)算進(jìn)行。汽液混合物流速：汽化段壓力降：那么開(kāi)始汽化點(diǎn)的壓力：然后，以假定值pe為橫坐標(biāo)，計(jì)算值與假定值之比值為縱坐標(biāo)，將以上兩次假設(shè)所得兩點(diǎn)繪于圖中，；連接兩點(diǎn)為以直線，此直線與橫坐標(biāo)之交點(diǎn)，即為所求開(kāi)始汽化的壓力，pe=3.45千克/厘米2，見(jiàn)圖那么汽化段的爐段壓力降為：圖3.7汽化段阻力圖解試算圖〔2〕汽化點(diǎn)前壓力降為：當(dāng)pe=3.45千克/厘米2，查圖3.6得te=357℃，那么Ie=192千卡/千克=803汽化點(diǎn)當(dāng)前爐管當(dāng)量長(zhǎng)度：焦油的平均比重：焦油流速：壓力降：〔3〕液柱壓頭ΔP3輻射段入口處的總壓力Pi：3.2.4煙囪計(jì)算設(shè)計(jì)煙囪時(shí)，煙囪的有效抽力應(yīng)足以克服各項(xiàng)阻力之和而有余。以保證加熱爐的熱效率和操作穩(wěn)定性。當(dāng)煙囪吸力缺乏時(shí)，會(huì)導(dǎo)致燃燒不完全。當(dāng)煙囪吸力缺乏時(shí)，會(huì)導(dǎo)致燃燒不完全，而使熱效率降低，同時(shí)會(huì)造成后燃的危險(xiǎn)。有時(shí)，由于爐內(nèi)出現(xiàn)正壓，煙氣噴出爐外。煙囪的最小高度還應(yīng)考慮輻射管的安裝和檢修。煙囪的設(shè)計(jì)首先要求處煙氣的阻力，然后根據(jù)阻力設(shè)計(jì)處適宜的煙囪直徑和高度。1、阻力計(jì)算煙囪抽力的富裕量，按煙氣量在對(duì)流段入口處增加10%，煙囪入口處增加25%來(lái)計(jì)算各部的阻力?！?〕對(duì)流段的管排阻力煙氣通過(guò)遮蔽管的阻力、過(guò)熱蒸汽管及焦油脫水管排后進(jìn)入煙囪，各部阻力計(jì)算如下：①遮蔽管的阻力水平放置，交錯(cuò)排列的光管管排的阻力可按下式計(jì)算：式中TG——煙氣在此段的平均溫度，TG=760+273=1033KmG——煙氣在此段的重量流速，mG=1.17×1.1=1.29千克/米2·秒N——管排數(shù)N=2dp——管與管間的空隙，dp=0.15－0.089=0.06μG——煙氣的粘度，按下式計(jì)算：當(dāng)煙氣的溫度為760時(shí)，u=1.3時(shí)煙氣的粘度為：②過(guò)熱蒸汽管排的阻力當(dāng)a=1.3煙氣溫度為700℃焦油脫水管排的阻力當(dāng)a=1.3，煙氣平均溫度為538℃時(shí)，煙氣的粘度為：那么對(duì)流段阻力為：〔2〕體積收縮阻力計(jì)算①煙氣由輻射到對(duì)流段前〔過(guò)渡段〕的阻力入口側(cè)煙氣溫度：式中：A2——煙氣出口流通面積，A1——煙氣入口流通面積，由圖3.8查得，圖3.8體積收縮時(shí)的阻力系數(shù)出口側(cè)煙氣重量流速：體積收縮阻力：②煙氣由過(guò)渡段到對(duì)流段的阻力入口側(cè)煙氣溫度：查圖3.8得出口側(cè)煙氣重量流速mG=1.287千克/米體積收縮阻力：③從對(duì)流段到煙囪體積收縮阻力設(shè)煙囪通道直徑為900毫米查圖3.8得體積縮小阻力：那么體積縮小阻力總計(jì)為：〔3〕煙囪摩擦阻力損失及動(dòng)能損失假定煙囪高度L=7米煙氣在煙囪內(nèi)的重量流速一般為2.5～3.5千克/米2為了施工方便，煙囪直徑不宜過(guò)小，故取Ds=0.9①煙囪的摩擦阻力式中：——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，一般按對(duì)流段煙氣出口溫度減去55，既TG=〔400-55〕+273=618K——煙囪內(nèi)煙氣速度，千克/米2秒——水力摩擦系數(shù)，米l——煙囪高度，米Ds——煙囪直徑。米②動(dòng)能損失動(dòng)能損失即煙囪出口的速度頭：那么系統(tǒng)總阻力：2、煙囪高度大氣溫度取25℃，那么T2煙囪內(nèi)煙氣平均溫度式中：Tb——煙囪入口煙氣溫度——計(jì)算系數(shù)，其值見(jiàn)表3.8，煙囪有襯里時(shí)，as=0.95表3.8計(jì)算系數(shù)值煙囪高度，米煙囪直徑，米102030401230.93〔0.95〕0.94〔0.95〕0.94〔0.95〕0.89〔0.905〕0.90〔0.91〕0.92〔0.92〕0.83〔0.87〕0.86〔0.88〕0.865〔0.89〕0.79〔0.83〕0.82〔0.845〕0.825〔0.86〕煙囪的有效吸力，應(yīng)大于總阻力，故：那么取定煙囪尺寸：HS=7米，DS=表3.9管式爐工藝尺寸工程數(shù)據(jù)輻射段加熱面積，米2輻射管根數(shù)，根輻射管尺寸，米爐膛直徑，米輻射段氣體出口溫度，℃體積熱強(qiáng)度，千卡/米3·時(shí)對(duì)流室寬，米對(duì)流管尺寸，毫米過(guò)熱蒸汽管排，排過(guò)熱蒸汽管每排根數(shù)，根過(guò)熱蒸汽管外表熱強(qiáng)度，千卡/米2·時(shí)·℃煙囪直徑，米煙囪尺寸，米87.54889×6×150×60003.267760542640.9889×6×178×220027126220.97.03.3其他設(shè)備的計(jì)算的和選型3.3.1蒽塔的選型蒽塔直徑計(jì)算：無(wú)水焦油處理量為10101千克/時(shí),由蒽塔頂出來(lái)的油氣量為：輕油47.5千克/時(shí)、酚油餾分252.5千克/時(shí)、萘油餾分1616.3千克/時(shí)、洗油餾分303.0千克/時(shí)，洗油回流量按無(wú)水焦油量的20%計(jì)算為：10101×20%=2021.2千克/時(shí)。二段蒸發(fā)器帶來(lái)的水汽量為無(wú)水焦油量的1.5%，蒽塔通入直接汽量為無(wú)水焦油量的0.5%，總水汽量為。塔頂蒸汽溫度為257℃，操作壓力為0.25千克/厘米2那么塔頂蒸汽混合物的體積為：蒽塔的空塔流速取0.23米/秒，應(yīng)選蒽塔的規(guī)格為Dg1400型工程數(shù)據(jù)高度，毫米12885重量，噸25.625塔板層數(shù)23精餾段18提餾段5泡罩形式條形泡罩個(gè)數(shù)9泡罩齒縫高度25每層塔板齒縫面積，米20.204降液管截面積，米20.0077板距，毫米375一蒽油的塔板編號(hào)11，13，15操作重量，噸403.3.2瀝青高置槽一般選用立式，數(shù)量應(yīng)不少于兩臺(tái)，并聯(lián)使用，當(dāng)有液體瀝青用戶時(shí)，瀝青高置槽的臺(tái)數(shù)，還應(yīng)滿足液體瀝青裝車的要求。瀝青的處理量為5.454噸，225℃那么選用V=36米3瀝青高置槽3臺(tái)工程數(shù)據(jù)高度，毫米8063折流板板數(shù)3折流板距離400捕霧層25×25×3鋼環(huán)，H=500無(wú)水焦油槽容積，米26重量，噸2.241材質(zhì)鋼33.3.3一次蒸發(fā)器塔頂溫度105℃，塔頂壓力1.01千克/厘米塔頂出來(lái)的物料：輕油23.2千克/時(shí)，水分252.5千克/時(shí)塔徑計(jì)算：汽相負(fù)荷設(shè)空塔速度為0.2米/秒，那么蒸發(fā)器直徑為應(yīng)選Dg=1000毫米的規(guī)格工程數(shù)據(jù)高度，毫米