焦炉煤气干熄焦基础研究及新技术的开发

【摘要】：干熄焦技术是一个重大节能减排项目,随着节能减排有关政策要求的实施,干熄焦技术在我国逐步推广应用。该技术相对湿熄焦有三大优点：节约能源、提高焦炭质量和保护环境。而目前干熄焦技术通常使用氮气,需配套复杂昂贵的空分设备,本论文提出了采用焦炉煤气进行熄焦,主要研究了采用焦炉煤气热载体时干熄炉内的床层压降和传热效果,并与氮气的相比较,从定性和定量上分析了床层压降的影响因素。另外本论文还开发了新型干熄焦技术及装置——组合式干熄焦技术和分段干熄焦技术。主要研究成果如下： 1、气体流量在6m3/h时,采用焦炉煤气熄焦其床层压降比N2的小46%。 2、研究出焦炭床层压降与焦块粒度、床层空隙率、气体量、气体密度和气体粘度等因素有关；同一气体进行熄焦时,床层压降随着气体进气量的增大而增大,随焦块粒度的增大而减小。进气量6m3/h时,各气体下的床层压降与气体密度大小关系一致,说明床层压降受气体密度影响较大。 3、建立了焦炉煤气干熄炉内床层压降数学模型,根据实验数据对数学模型进行数值模拟,研究出焦炉煤气热载体小型干熄焦装置的流体阻力计算式：并将该式与Ergun经验式对比,得出该计算式比Ergun经验式更适用。 4、本文对焦炉煤气干熄焦进行了热平衡研究,为干熄焦装置的运行提供了依据；对焦炉煤气干熄焦进行了熄焦时间研究,发现其大约是氮气熄焦的69.5%,熄焦时间大大缩短。 5、研究开发了组合式干熄焦技术,该装置由熄焦罐座(1-5个)、连接管道、接熄焦罐和罐车构成,代替了现有单台大型熄焦设备,省去了提升框架等复杂的输入设备,降低了投资；研发的接熄焦罐既是接焦设备,又是熄焦设备,在组合式干熄焦装置中并列设置,根据需要可多可少,适应生产能力弹性大,通过简单的组合,能够适应60-100万吨焦化厂,也可适应500-1000万吨级的焦化厂。总之,该技术是将低温换热介质的氮气或还原性气体(H2、CO和CH4的混合气,如焦炉煤气)输入两个以上的接熄焦罐中,通过调节连接管阀门,将焦炭温度降至250℃,同时换热介质加热到800-950℃由出气管输出,工艺过程简便,可操作性强。 6、提出了分段干熄焦技术,将干熄炉从上至下依次设计为预存段、气化冷却段、过渡段、物理冷却段和排料段五段,将水蒸汽通入气化冷却段,焦炉煤气通入物理换热段,使大部分高温焦炭的热量用于水煤气反应,从而可以生产更多的水煤气；利用上述熄焦技术,每熄1t焦炭,水蒸汽和焦炉煤气共需1060.2m3,是需氮气量(1551.5m3)的68.33%,气料比降低31.7%;其中需水蒸汽55.2m3,消耗碳23.8kg,产生气化气99.6m3。总之,该技术高效利用焦炭的高温热量,并将其转化为合成气,并具有回收焦炭显热和提高焦炭质量的特点,是集水煤气制造和冷却高温焦炭为一体的干熄焦新技术。 【关键词】：干熄焦 床层压降 焦炉煤气 新干熄焦技术
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ520.6
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-9
• 目录9-13
• 符号说明13-14
• 第一章 文献综述14-30
• 1.1 引言14-15
• 1.2 干熄焦技术概况15-19
• 1.2.1 干熄焦原理15
• 1.2.2 干熄焦工艺流程15-17
• 1.2.3 干熄焦技术特点17-19
• 1.3 国内外干熄焦技术的发展及经济效益分析19-23
• 1.3.1 国外干熄焦技术的发展19-21
• 1.3.2 国内干熄焦技术的发展21-22
• 1.3.3 干熄焦的经济效益分析22-23
• 1.4 我国干熄焦技术存在的问题术及发展趋势23-24
• 1.4.1 干熄焦存在的问题23-24
• 1.4.2 干熄焦的发展趋势24
• 1.5 干熄炉内流体力学与传热研究现状24-28
• 1.5.1 前苏联对干熄炉内气体流动和传热方面的研究24-25
• 1.5.2 日本对干熄炉内气体流动和传热方面的研究25-26
• 1.5.3 国内对干熄炉内气体流动和传热方面的研究26-28
• 1.6 课题研究的内容、背景与意义28-30
• 1.6.1 课题研究背景与意义28-29
• 1.6.2 课题研究内容29-30
• 第二章 实验装置及实验过程30-42
• 2.1 实验方案30-32
• 2.1.1 实验目的30
• 2.1.2 实验原料30
• 2.1.3 实验仪器30-32
• 2.2 焦炭床层压降的测定32-37
• 2.2.1 实验装置及流程32-33
• 2.2.2 实验过程及方法33
• 2.2.3 颗粒床层的特性33-37
• 2.3 焦炭导热系数的测定37-39
• 2.3.1 技术指标37-38
• 2.3.2 测量方法38
• 2.3.3 测试结果38-39
• 2.4 实验工艺参数的测定39-42
• 2.4.1 气密性和爆炸性危险预防措施39
• 2.4.2 流量的测量及流量校正39-42
• 第三章 干熄炉内压力损失的实验研究42-52
• 3.1 干熄炉床层压降理论计算42-43
• 3.2 影响床层压降的因素研究43-45
• 3.2.1 气体进气量对床层压降的影响43-44
• 3.2.2 焦块粒度对床层压降的影响44-45
• 3.2.3 不同的气体对床层压降的影响45
• 3.3 实验方程的确定45-50
• 3.3.1 数学模型的建立45-46
• 3.3.2 —的函数关系46-48
• 3.3.3 方程与ε关系的确定48-49
• 3.3.4 方程关系式的确定49-50
• 3.4 实验值与回归方程和经验方程的比较50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 干熄炉内传热的研究52-62
• 4.1 物料平衡及热量平衡计算52-55
• 4.2 系统数学传热模型及边界条件55-56
• 4.3 焦炭冷却时间的计算56-58
• 4.3.1 焦炭的总传热系数计算56-57
• 4.3.2 干熄炉冷却时间的计算57-58
• 4.4 焦炭冷却时间的影响因素58-61
• 4.4.1 气体流速对熄焦时间的影响58-59
• 4.4.2 焦炭粒度对熄焦时间的影响59-60
• 4.4.3 不同气体对冷却时间的影响60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 组合式干熄焦技术62-70
• 5.1 组合式干熄焦装置及工艺62-65
• 5.1.1 熄焦装置62-64
• 5.1.2 熄焦工艺过程64-65
• 5.2 组合式熄焦的稳定系统65-66
• 5.3 组合式熄焦的平面布置66
• 5.4 组合式熄焦的适应性分析66-68
• 5.5 组合式熄焦技术特点68-69
• 5.6 本章小结69-70
• 第六章 分段干熄焦技术70-76
• 6.1 干熄焦装置及其结构70-72
• 6.2 具体工艺流程72
• 6.3 新技术冷却效果的分析72-74
• 6.4 工艺技术特点74-75
• 6.5 本章小结75-76
• 第七章 结论与建议76-78
• 7.1 主要结论76-77
• 7.2 不足之处77
• 7.3 工作建议77-78
• 参考文献78-84
• 附录84-88
• 致谢88-90
• 发表论文90

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