荒煤氣導(dǎo)出設(shè)備包括:上升管、橋管、水封閥、集氣管、吸氣管以及相應(yīng)的噴灑氨水系統(tǒng)。其主要有兩方面作用:一是將出爐荒煤氣順利導(dǎo)出,不致因爐門刀邊附近煤氣壓力過高而引起冒煙冒火,又保持和控制炭化室在整個(gè)結(jié)焦過程中為正壓;二是將出爐荒煤氣適度冷卻,不致因溫度過高而引起設(shè)備變形、阻力升高和鼓風(fēng)、冷凝的負(fù)荷增大,又保持了焦油和氨水良好的流動(dòng)性。

(一)上升管和橋管

上升管直接與炭化室相連,由鋼板焊接或鑄鐵鑄造而成,內(nèi)襯耐火磚。橋管為鑄鐵彎管,橋管上設(shè)有氨水和蒸汽噴嘴。水封閥靠水封翻板及其上面橋管氨水噴嘴噴灑下來的氨水形成水封,切斷上升管與集氣管的連接。翻板打開時(shí),上升管與集氣管聯(lián)通。

由炭化室進(jìn)入上升管的溫度達(dá)700~750℃的荒煤氣,經(jīng)橋管上的氨水噴嘴連續(xù)不斷地噴灑氨水(氨水溫度約為75~80℃),由于部分(2.5%~3.0%)氨水蒸發(fā)大量吸熱,煤氣溫度迅速下降至80~100℃,同時(shí)煤氣中約60%~70%的焦油冷凝下來。若用冷水噴灑,氨水蒸發(fā)量降低,煤氣冷卻效果反而不好,并使焦油黏度增加容易造成集氣管堵塞。冷卻后的煤氣、循環(huán)熱氨水和冷凝焦油一起流向煤氣凈化工序經(jīng)分離、澄清,并補(bǔ)充氨水后,由循環(huán)氨水泵打回焦?fàn)t。循環(huán)氨水用量對(duì)于單集氣管約為5t/t(干煤),對(duì)于雙集氣管約為6t/t(干煤),氨水壓力應(yīng)保持0.2MPa左右。

為保證氨水的正常噴灑,循環(huán)氨水必須不含焦油,且氨水壓力應(yīng)穩(wěn)定。為減少上升管的熱輻射,上升管靠爐頂?shù)囊粋?cè)設(shè)有隔熱板。近年來一些焦化廠為了進(jìn)一步改善爐頂?shù)牟僮鳁l件,采用了上升管加裝水夾套或增設(shè)保溫層(上升管外表加一層厚40mm的珍珠巖保溫層)等措施,都取得了較好的效果。前者尚能回收荒煤氣的部分熱量,后者不僅改善了爐頂?shù)牟僮鳁l件,面且還消除了石墨在上升管壁的沉積

(二)上升管內(nèi)沉積物的形成及預(yù)防措施

上升管內(nèi)壁形成沉積物(俗稱結(jié)石墨)并迅速增厚堵塞荒煤氣導(dǎo)出通道,是爐門冒煙冒火的重要原因之一。為清除沉積物,各國曾使用多種機(jī)械清掃裝置或用壓縮空氣吹掃,但操作頻繁,勞動(dòng)條件惡劣,對(duì)爐體有不同程度的不利影響,故近年來致力于預(yù)防,并輔之以簡(jiǎn)易清掃。

1.沉積物的特征及形成條件

通過對(duì)一些廠的實(shí)地觀察,上升管內(nèi)壁沉積物層有上薄下厚的一致傾向,底部有向下的彎月面,沉積物層切面呈層狀,有類似焦炭光澤但無氣孔,且結(jié)構(gòu)較松,類似中溫瀝青焦。當(dāng)上升管內(nèi)壁溫度約為260~270℃時(shí),沉積物增長(zhǎng)較快,若鑄鐵上升管用水泥膨脹珍珠巖保溫后,內(nèi)壁溫度升高到460~470℃,沉積物少且酥松。綜合這些現(xiàn)象,可以認(rèn)為,沉積物形成的條件為:一是內(nèi)壁溫度低,致使荒煤氣中某些高沸點(diǎn)焦油餾分在內(nèi)壁面上冷凝;二是輻射或?qū)α鱾鳠崾估淠母叻悬c(diǎn)焦油餾分發(fā)生熱解和熱縮聚而固化,這個(gè)溫度至少在550℃以上。因此由于火道溫度高、裝煤不足、平煤不好等造成的爐頂空間溫度升高和荒煤氣停留時(shí)間延長(zhǎng),均會(huì)導(dǎo)致上升管內(nèi)壁沉積物加速

2.預(yù)防或減少上升管內(nèi)沉積物形成的措施

大體上有加速導(dǎo)出、保溫及冷卻三種方式。加速荒煤氣導(dǎo)出,主要是縮短上升管和強(qiáng)化橋管上的氨水噴灑。上升管保溫曾在國內(nèi)一些小型焦?fàn)t上使用,用珍珠巖保溫后經(jīng)實(shí)測(cè)和計(jì)算表明,上升管內(nèi)壁溫度約460~470℃,可大大減少管內(nèi)壁冷凝量,保溫層外表溫度約為80℃,比未保溫時(shí)降低20~30℃,有利于改善操作環(huán)境。

在上升管外安裝水套,鍋爐軟水壓經(jīng)水套,吸收荒煤氣顯熱,降低上升管溫度,減少焦油餾分熱解和熱聚,也能達(dá)到減少上升管內(nèi)壁沉積物形成的作用。生產(chǎn)實(shí)踐表明:當(dāng)爐頂空間溫度、上升管入口溫度平均值分別為788℃和747℃時(shí),上升管內(nèi)壁沉積物少而硫松且易清掃。同時(shí),上升管外壁溫度為102℃.夾套空間溫度47℃,使軟水部分汽化,水和汽進(jìn)人汽包,分離水滴后可產(chǎn)生294.20~392.27Pa的蒸汽量達(dá)50kg/(h•孔)。

(三)煤氣導(dǎo)出設(shè)備

煤氣導(dǎo)出設(shè)備包括上升管、橋管及水封閥、集氣管、吸氣彎管、低壓氨水噴灑裝置、高壓氨水噴射裝置、集氣管自動(dòng)點(diǎn)火放散裝置、上升管水封蓋、水封閥開閉裝置及高低壓氨水切換裝置以及相應(yīng)的操作臺(tái)山東兗礦國際焦化有限公司采用單集氣管,每座焦?fàn)t分三段,每20個(gè)炭化室匯集到段中段與段之間設(shè)立連通平衡管,每段設(shè)置2個(gè)事故放散點(diǎn)火,實(shí)現(xiàn)事故下的壓力自動(dòng)聯(lián)鎖放散。設(shè)3個(gè)吸氣管,均在機(jī)側(cè)。吸氣管上設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)翻板,自動(dòng)調(diào)節(jié)集氣管內(nèi)的壓力,使集氣管內(nèi)壓力保持穩(wěn)定,保證煉焦末期炭化室底部壓力不低于5Pa。而裝煤時(shí)產(chǎn)生的煙氣部分通過裝煤車上的跨越管導(dǎo)入相鄰炭化室中,配合高壓氨水噴射實(shí)現(xiàn)無煙裝煤操作。上升管蓋、橋管水封閥的開閉以及高低壓氨水切換采用氣動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)。上升管蓋密封形式為水封式,地下室設(shè)置循環(huán)水罐,利用液下泵將水打至上升管水封供水管道回水管道匯入循環(huán)水罐,密封效果良好,又達(dá)到了節(jié)能減排的效果。集氣管是用鋼板焊接或鉚接成的圓型或槽型的管路,沿整個(gè)爐組長(zhǎng)向置于爐柱的托架上,以匯集各炭化室中由上升管來的荒煤氣及由橋管噴酒下來的氨水和冷凝下來的焦油。集氣管上部每隔一個(gè)炭化室均設(shè)有帶蓋的清掃孔,以清掃沉積于底部的焦油和焦油渣。,通常上部還有氨水噴嘴以進(jìn)一步冷卻煤氣。

集氣管中的氨水、焦油和焦油渣等靠坡度或液體的位差流走。故集氣管可以水平安裝(靠位差流動(dòng)),也可以按6%~10%的坡度安裝,傾斜方向與焦油、氨水的導(dǎo)出方向相同

集氣管端部裝有清掃氨水噴嘴和事故用水的工業(yè)水管。每個(gè)集氣管上設(shè)有放散管,當(dāng)因故荒煤氣不能導(dǎo)出或開工時(shí)放散用。

集氣管分單、雙兩種型式。單集氣管多布置在焦?fàn)t的機(jī)側(cè),其優(yōu)點(diǎn)是投資省,鋼材用量少,爐頂通風(fēng)較好等;但不足是裝煤時(shí)炭化室內(nèi)氣流阻力大,容易造成冒煙冒火。雙集氣管由于煤氣由炭化室兩側(cè)析出而匯合于吸氣管,從而降低集氣管兩側(cè)的壓力,使全爐炭化室壓力分布較均勻;裝煤時(shí)炭化室壓力低,減輕了冒煙冒火,易于實(shí)現(xiàn)無煙裝煤;生產(chǎn)時(shí)荒煤氣在爐頂空間停留時(shí)間短,可以減輕荒煤氣裂解,有利于提高化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率和質(zhì)量;結(jié)焦末期由于機(jī)、焦側(cè)集氣管的壓力差,使部分荒煤氣經(jīng)爐頂空間環(huán)流,降低了爐頂空間溫度和石墨的形成。雙集氣管還有利于實(shí)現(xiàn)爐頂機(jī)械化清掃爐蓋等操作。但雙集氣管消耗鋼材多,基建投資大,爐頂通風(fēng)較差,使操作條件變壞。此外,氨水、蒸汽消耗量也較多。