干熄焦一、二次除尘器焦粉收集系统研究.pdf

28燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5干熄焦一、二次除尘器焦粉收集系统研究曹颖（北京中日联节能环保工程技术有限公司，北京100040）摘要：从焦粉收集量与输灰设备能力匹配方面进行研究，并对刮板机方案和气力输送方案设备配置、一次投资、运行费用、工艺方案的优缺点等进行充分比较，可为今后干熄焦输灰系统的设置提供理论依据，并有利于改善环境。关键词：一、二次除尘器；焦粉收集系统；设备选型及控制；刮板机方案；气力输送方案中图分类号：TQ520.5 文献标识码：A文章编号：1001-3709（2023）05-0028-05Research on coke breeze collection system of the primary and secondary dust catcher for CDQCao Ying（Beijing JC Energy&Environment Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100040，China）Abstract:This paper studies the matching between collection quantity of coke breeze and capacity of dust conveying equipment，and compares the equipment configuration，one time investment，operating cost and the advantages and disadvantages of the process of scraper and pneumatic conveying scheme，which can provide theoretical basis for provision of CDQ dust conveying system in the future and benefit for environment improvement.Key words:Primary and secondary dust catcher；Coke breeze collection system；Equipment selection and control;Scraper scheme；Pneumatic conveying scheme干熄焦工艺一、二次除尘器是整个循环系统的焦粉收集装置。近些年国内很多干熄焦焦粉收集量与输灰设备能力不匹配，导致锅炉炉管和风机叶片磨损、水冷管烧损，并出现粉尘外逸等现象，已经严重影响干熄焦正常生产。所以，设备能力选型及控制的研究迫在眉睫。1干熄焦工艺除尘器简介1.1一次除尘器（1DC）1DC是利用重力沉降原理将循环气体中大颗粒焦粉进行分离，通过设置合理水平段，保证循环气体经过1DC后，大部分大颗粒焦粉沉降下来，使进入锅炉前的粉尘浓度10 g/Nm3，以减少循环气体的焦粉对锅炉炉管冲刷磨损，达到保护锅炉炉管的目的1。收稿日期：2023-03-31作者简介：曹颖（1982-），女，工程师1.2二次除尘器（2DC）2DC采用离心式多管旋风除尘器除尘，循环气体经离心式多管旋风除尘器加速，将锅炉后循环气体中小颗粒焦粉进行分离。离心式多管旋风除尘器离心力比重力大几百倍，甚至上千倍，可分离更小的颗粒，合理的旋风除尘器布局及流速选择，除尘效率至少可达93%以上，可保证2DC出口粉尘浓度1 g/Nm3，达到保护气体循环风机的目的1。21DC、2DC焦粉收集量以河南某200 t/h干熄焦项目为例，根据仿真实验数据及结合采集干熄槽出口循环气体焦粉含量、粒径分布得出的经验数据，且循环风量为300 000 Nm3/h的前提下，计算本项目一、二次除尘器收集的焦粉量，见表1。29燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 9 月第 54 卷第 5 期通过计算：1DC收集焦粉量为2.388 g/Nm3300 000 Nm3/h=716 kg/h，2DC收集焦粉量为8.567 g/Nm3300 000 Nm3/h=2 570 kg/h。3刮板机方案研究3.1工艺简介1DC收集的焦粉经双叉灰斗-水冷管-插板阀-1#、2#旋转阀，将冷却的焦粉排至中间仓，然后经中间仓下部的插板阀-5#旋转阀，将焦粉送至刮板机。2DC收集的焦粉经灰斗下部的插板阀-6#旋转由于1DC2DC焦粉量为716 kg/h2 570 kg/h=13.59，因此刮板机和斗提机排空时间安排（假定）见表3。阀，将焦粉排至刮板机，然后通过斗提机将焦粉送至储灰仓内，后经储灰仓下部7#旋转阀及加湿机，将加湿后的焦粉通过汽车外运。3.2工艺设备能力计算及选型3.2.1设置思路焦粉量排出要保证在1 h之内完成，焦粉不得残留在刮板机和斗提机内，必须完全排空。3.2.2刮板机、斗提机能力确认根据刮板机、斗提机的输送长度、输送速度，求出刮板机和斗提机排空需要的时间，见表2。表 1一、二次除尘器收集焦粉量表 2刮板机和斗提机排空时间表 3刮板机和斗提机排空时间安排（假定）序号部位输送长度/m速度/(mmin-1)时间/min11#刮板机当 1DC 排灰时25.06 5.344.7 2当 2DC 排灰时6.29 5.341.2 32#刮板机7.98 5.341.5 4斗提机2419.21.3 5合计8.6 考虑时间富裕系数1.19.5 项目时间2DC 焦粉排出351DC 焦粉排出10停机时间+输送机排空时间15min3.2.31DC焦粉排出能力确认（5#旋转阀）5#旋转阀处理量为7161.21060=5 155 kg/h，则设备选型为6 t/h。3.2.42DC焦粉排出能力确认（6#旋转阀）6#旋转阀处理量为2 5701.23560=5 287 kg/h，则设备选型为6 t/h。3.2.5水冷管下旋转阀能力确认（1#、2#旋转阀）如果将水冷管内未被循环水冷却的高温焦粉排出，会使水冷管顶部处于1 000 左右的高温环境，高温焦粉会导致水冷管焊接部位及母材损坏。因此，1DC双叉灰斗排出的焦粉按照从料位至灰斗下部高度为250 mm处考虑，此部分容积约为0.09 m3（1根水冷管），假定10 min进行1次排灰。双叉灰斗排出的焦粉量为54 kg，双叉灰斗排出的焦粉时间为54（7162）60=9.05 min，单根水冷管处理焦粉量为71621.1=393.8 kg/h，1#、2#旋转阀处理能力为393.89.051.160=2 872 kg/h，干熄槽出口焦粉1DC2DC 入口2DC 出口（93%捕集率）粒径分布/mm平均粒径/mm浓度/(gNm-3)效率/%捕集焦粉/(gNm-3)浓度/(gNm-3)粒径分布/%浓度/(gNm-3)捕集焦粉/(gNm-3)0.125 以下0.062 5 5.13640.2054.93153.530.3454.5860.125 0.250.187 53.547170.6032.94431.960.2062.7380.25 1.000.6252.341451.0531.28713.980.0901.1971.00 3.0020.408900.3670.0410.440.0030.0383.00 以上40.167950.1590.0080.090.0010.008合计11.62.3889.2121000.6458.56730燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.53.3输灰系统时间设定研究根据一、二次除尘器输灰系统工艺运行特点，需要研究旋转阀、刮板机及斗提机的运行时间设定，以避免出现1#、2#旋转阀启动和1DC收集焦粉不匹配的情况。如果出现将水冷管内未冷却的高温焦粉直接排出，会使水冷管与双叉灰斗接口处暴露在1 000 左右的高温气体环境，导致接口处焊缝则设备选型为3 t/h。3.2.67#旋转阀能力确认1DC、2DC混合后焦粉平均密度为775.85 kg/m3，运输焦粉卡车容积约为18 m3/台，卡车载重量为13.97 t，假定7#旋转阀时间为45 min，7#旋转阀处理能力为13.971.24560=22.352 t/h，则设备选型为24 t/h。3.2.7加湿机能力确认加水量按照25%考虑，加湿机处理能力为22.3521.25=27.9 t/h，则设备选型为30 t/h。3.2.8设备选型汇总设备选型汇总见表4。烧损开裂，致使水冷管漏水，空气吸进1DC导致焦粉燃烧，对生产将造成极大危害及影响。如果双叉灰斗料位达到后，1#、2#旋转阀不启动，焦粉不能及时排出，会导致1DC收集下来的大颗粒焦粉被循环气体再次带进锅炉，造成锅炉炉管和风机叶片磨损，将给生产操作和日常维护带来极大的安全隐患。因此，输灰系统设备运行时间设定及联锁控制至关重要。3.3.11DC双叉灰斗排灰研究（1）排灰原则：双叉灰斗内焦粉堆积至料位时，必须马上开始排焦，以保护锅炉；双叉灰斗内焦粉堆积达不到保护层高度时，焦粉不能排出，以保护水冷管；水冷管内必须时刻充满焦粉，1#、2#旋转阀每次排灰不应超过0.09 m3。（2）控制内容思路：1DC收集的焦粉送至1DC中间仓内；使用1#、2#旋转阀进行控制；控制模式为自动（HMI）和手动（机旁箱）。自动控制研究：T1为1DC双叉灰斗内焦粉回收时间，s；T2为1DC双叉灰斗内焦粉回收的间隔时间，min；T3为最小输送间隔时间，即80%T2，min；T4为上限监视时间，即40%T2，min。料位控制思路：通过分析3种不同的工况条件，设定1#、2#旋转阀的排灰时间。工况1为在T3前检测出高料位，输出报警，到T3后开始排灰；工况2为T3T3T4之间检测出高料位时，开始排灰；工况3为T3T4时间没有检测出高料位时，输出报警，不排灰。时间控制：T1为回收时间，T2为间隔时间。（3）理论计算：T1为双叉灰斗焦粉量1#、2#旋转阀能力=5431 0003 600=64.8 s，T2=T1时间旋转阀可处理焦粉的时间=64.860（60.716）=9.05 min，1#、2#旋转阀设定时间见表5。3.3.21DC中间仓排灰研究（1）排灰原则：DC中间仓高料位开始排灰，且可以排空。（2）运行设备：5#旋转阀、刮板机、斗提机。（3）自动控制研究：T1为5#旋转阀运行时间，min；T2为5#旋转阀间隔时间，min；T3为最小输送间隔时间，即80%T2，min；T4为上限监视时间，即40%T2，min；T5-1为1DC排灰时，1#刮板机运行时间，即停止延迟时间，min；T5-2为2#刮板机运行时间，即停止延迟时间，min；T6为斗提机运行时间，即停止延迟时间，min。表 4设备选型汇总表序号设备理论计算/(th-1)选型/(th-1)电机功率/kW数量/台11#、2#旋转阀2.87231.1225#旋转阀5.15561.1136#旋转阀5.28761.1141#刮板机7.2105.5152#刮板机7.2105.516斗提机8.64127.5177#旋转阀22.352242.218加湿机27.93018.519插板阀DN2004表 51#、2#旋转阀设定时间设备时间T1/sT2/minT3/minT4/min1#、2#旋转阀理论64.89.057.243.62设定659.17.33.731燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 9 月第 54 卷第 5 期料位控制：工况1为在T3前检测出高料位时，输出报警，到T3后开始排灰；工况2为T3T3+T4之间检测出高料位时，开始排灰；工况3为T3+T4时间没有检测出高料位时，输出报警，开始排灰。时间控制：T1为运行时间，T2为间隔时间；刮板机、斗提机延时停机。（4）理论计算：T1=1DC焦粉量5#旋转阀能力=0.716560=8.59 min，T2=T1时间5#旋转阀可处理焦粉的时间=8.59（50.716）=60 min，5#旋转阀设定时间见表6。表 65#旋转阀设定时间表 76#旋转阀设定时间表 8密相泵能力选型表 9储罐规格选型设备时间T1/sT2/minT3/minT4/minT5-1/minT5-2/minT6/min5#旋转阀理论8.5960.048.024.04.71.51.3设定960482451.51.3设备时间T1/sT2/minT4-1/minT4-2/minT5/min6#旋转阀理论40.654.21.21.51.3设定41551.21.51.3部位输送量运行次数/(min次-1)单次输送量/(kg次-1)密度/(tm-3)单次输送体积/(L次-1)选型/L负荷/%理论/(kgh-1)系数选型/(kgh-1)1DC7161.28603430.67235020.52DC2 5701.23 08431540.72201 00022.1部位气耗比理论计算/(Nm3min-1)系数气耗比/(Nm3min-1)仪表用气/(Nm3min-1)合计/(Nm3min-1)储罐选型/m31DC1.041.21.240.21.4422DC3.721.24.460.44.8633.3.32DC灰斗排灰研究（1）排灰原则：2DC高料位时开始排灰，低料位时停止排灰，不能排空。（2）运行设备：6#旋转阀、刮板机、斗提机。（3）自动控制研究：T1为最多输送时间，min；T2为最大输送间隔，min；T4-1为2DC排灰时，1#刮板机运行时间，min；T4-2为2#刮板机运行时间，min；T5为斗提机运行时间，min。经过T1后，没发生低料位，输出报警，停止输送；经过T2后，没发生高料位，输出报警，开始输送。（4）理论计算：前提为本项目2DC高料位至低料位的容积为3.32 m3，重量为2.32 t，T1=2.32（6-2.57）60=40.6 min，T2=2.322.5760=54.2 min，6#旋转阀设定时间见表7。4气力输送方案研究4.1工艺简介1DC收集的焦粉经水冷管-插板阀-1#、2#旋转阀，将冷却的焦粉排至中间仓，然后经中间仓下部插板阀将焦粉排至1#密相泵中，然后用氮气将收集的焦粉送至储灰仓内；2DC捕集的焦粉经灰斗下部的插板阀将焦粉排至2#密相泵中，然后用仪表压缩空气将收集的焦粉送至储灰仓内，储灰仓顶设置除尘器。气力输送方案主要对密相泵进行设备选型、气料比计算以及储罐选型。4.2工艺设备能力计算及选型（1）设置思路：焦粉排出要保证在1 h内完成；焦粉不得残留在密相泵内（必须完全排空）；200 m以内输送距离为3 min/次，即20次/h。（2）密相泵能力确认及储罐规格选型见表8和表9。32燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5气耗量计算公式：V=(G)/(60)式中：G为输送量，t/h；为灰气比，一般密相泵取18；为空气密度，1.2 kg/m3；为余量系数，取4.3输灰系统时间设定及研究1DC和2DC密相泵及输灰系统是两套独立的输送系统，因此一、二次除尘器的输送互不影响，相互独立。所以，1DC（或2DC）密相泵与1DC中间仓（或2DC灰斗）料位计联锁即可，当料位计信号收到后，便触发一次输送循环；或根据工艺条件，设定固定循环间隔时间。当输送启动时，密相泵入口圆顶阀开启，焦粉在重力作用下落入密相泵中，当1DC中间仓高料位时，1#密相泵输送系统启动，1 h连续输送5次后停止，待下次高料位开始循环操作。当2DC料斗高料位时，2#密相泵输送系统启动，1 h连续输送5次后停止，待下次高料位开始循环操作。5两种工艺方案比较刮板机输送方案：配置刮板机和斗提机，设备0.8；为弯头损失系数，取1 250。（3）设备选型汇总见表10。下料完成后设置一定的延迟，随后入口圆顶阀关闭，管路圆顶阀打开，开启输送空气阀，密相泵中的焦粉进入输送管道，送至储灰仓内。在焦粉卸入储灰仓后，发出输送压力下降信号，输送空气阀关闭，循环完成。因此气力输送的设定与料仓料位或循环间隔匹配即可。通过1DC中间仓（或2DC灰斗）以及储灰仓料位控制可以实现整套系统自动运行，见表11。占地大，机械设备日常维护点多，在输送过程中产生粉尘外逸，造成环境二次污染。刮板机方案投资费用和运行费用见表12。气力输送方案：工艺配置结构简单，大大减少日常维护工作量，不会产生任何污染物外逸，对改善环境起到了积极作用。气力输送方案投资费用和运行费用见表13。表 10设备选型汇总表 11输灰时间设定表 12刮板机方案投资费用和运行费用部位输送量/(th-1)泵容量/L单泵最大输送能力/kg管径/mm气量/(Nm3min-1)气源储罐选型/m31DC 密相泵0.8635016813371.44氮气22DC 密相泵3.081 00056013374.86仪表压缩空气3序号部位设备选型/(th-1)单泵最大输送能力/kg理论计算/(次h-1)设定/(次h-1)11DC0.861685.1 522DC3.085605.5 5设备选型/(th-1)功率/kW 数量/台耗电量/(kWh)年耗电量/(kWh)单价/元(kWh)-1年运行费用/万元一次投资/万元5#旋转阀61.113.51929 137.320.51.46 23.09 6#旋转阀6 1.111#刮板机10 5.512#刮板机10 5.51斗提机127.51溜管 DN2001 套合计1.4623.09（下转第52页）52燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5空泵工作液冷却器面积，增加工作液置换频率，使工作液温度保持在70 以下，确保闪蒸罐压力控制在-85-90 kPa。以上措施的实施，可以在改质沥青装置上稳定生产出软化点118 的高软化点改质沥青。参考文献 1 骆仲泱，王少鹏，方梦祥，等.煤焦油沥青的深度利用及发展前景J化工进展，2016，35（2）：611-616.2 要东风.新型沥青改质技术的应用J燃料与化工，2016,47（1）：50-52.3 马士先.改质沥青生产装置的问题及改进措施J燃料与化工，2001，32（5）：261-262.王思怡编辑图 6改造后高软化点沥青生产情况2020.7.18 10:002020.7.18 18:002020.7.19 02:002020.7.19 10:002020.7.19 18:002020.7.20 02:002020.7.20 10:002020.7.20 18:002020.7.21 02:002020.7.21 10:002020.7.21 18:002020.7.22 02:002020.7.22 10:002020.7.22 18:00126124122120118116114112110108软化点/生产时间通过对上述两种方案的设备一次投资费用和运行费用进行比较，可以看出在不考虑设备维护费及设备折旧的情况下，两种方案一次设备投资费用相差不大，但是年运行费用相差非常大。采用气力输送方案有利于减少环境污染，但运行成本增大。6结论（1）对两种工艺方案所涉及的设备能力进行了详细理论计算，对设备选型、优化工艺方案起到了理论指导作用。（2）通过分析工艺方案的实际运行情况，并设定合理的设备运行时间及联锁控制，有利于避免粉尘的跑、冒、漏现象，并可减少锅炉炉管和风机叶轮磨损现象的发生。（3）通过对两种方案的设备配置、工艺方案优缺点以及设备的一次投资费用和运行费用进行综合对比，可为今后工艺选择提供决策依据。参考文献 1 潘立慧，魏松波干熄焦技术M.北京：冶金工业出版社，2005：51-55.张晓林编辑表 13气力输送方案投资费用和运行费用设备选型气耗量/(Nm3min-1)数量年耗量/Nm3单价/（元Nm-3)年运行费用/万元一次投资/万元1DC 密相泵350 m3/h1.441715 3920.428.6221.232DC 密相泵1 000 m3/h4.861241 4480.0819.32氮气储罐2 m31仪表压缩空气储罐3 m31输送管道及成套设备133 mm7 mm 1 套仓顶除尘器过滤面积 14 m21合计47.9421.23（上接第32页）