煤泥脫水機下料口除味設計

顏培旭

(呼倫貝爾金新化工有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021506)

1 現(xiàn)狀和存在的問題

BGL氣化煤氣水裝置煤泥脫水機下料時伴有大量的氣體排出，氣味難聞，含水量較大。部分氣體上串至煤泥脫水機設備安裝層，氣味嗆人，檢修及工藝巡檢人員必須佩帶巴固等防護用具才能進入屋內(nèi)開展設備的檢修維護工作，給設備檢修及工藝巡檢帶來很大的不便[1]。同時，煤泥脫水機下料時產(chǎn)生的氣體對周圍的環(huán)境有一定的污染。

為了不影響檢修及工藝巡檢人員對設備開展正常檢修維護工作，減少煤泥脫水機下料時產(chǎn)生的氣體對周圍環(huán)境的影響，需對煤泥脫水機下料產(chǎn)生的氣體通過離心風機輸送至熱電鍋爐，進行回收、焚燒。

2 煤泥脫水機下料口除味設計

工作介質(zhì)：一氧化碳、二氧化碳、氮氣、硫化氫、氨氣、氧氣等；工作溫度：50 ℃;工作壓力：105 kPa;設計溫度：80 ℃;設計壓力：500 kPa;介質(zhì)狀態(tài)：氣態(tài);管道長度：280 m;熱電鍋爐工作壓力：-0.3 kPa;起點、終點：煤泥脫水機下料口至熱電鍋爐。

煤泥脫水機下料口空間：長×寬×高=12×10×6.5(m)。由于煤泥脫水機下料時沒有規(guī)律性，有時連續(xù)下料，有時間斷下料，每次下料產(chǎn)生的煙氣大約 2 m3。在滿足煤泥脫水機連續(xù)下料產(chǎn)生的氣體需要的空間外，考慮降低風機投用的成本，并滿足車輛能夠正常進出情況下將煤泥脫水機下料口的空間減小至長×寬×高=12×10×3.2(m)。通過增加隔斷方式將煤泥脫水機下料口空間減少一半，并且隔斷起到氣體緩沖，減少氣體往煤泥脫水機設備安裝層串氣現(xiàn)象。

煤泥脫水機下料口氣體通過離心式風機送至熱電裝置1、2#鍋爐進行回收、焚燒，并且在離心式風機進、出口，靠近熱電鍋爐位置安裝閥門，方便設備檢修時氣體進行切斷、隔離。在管道的低點位置安裝液體排放導淋，防止設備檢修時管道內(nèi)存積大量冷凝液。從煤泥脫水機下料口至熱電鍋爐整根管線均加伴熱，防止冬季管內(nèi)冷凝液凍堵，影響離心風機的除味效果。

煤泥脫水機下料口除味工藝流程如圖1所示。

圖1 煤泥脫水機下料口除味工藝流程

3 管道的布置及設計計算

3.1 管道布置原則

管道布置力求簡單、緊湊、占地面積小、帶形彎盡量少、管路短、導淋安裝在低點易排放位置，并且要求安裝、操作以及檢維修方便等[2]。

3.2 管徑的確定

管徑的確定按下列公式計算：

(1)

式中：Q為工況下管內(nèi)氣體流量，m3/s；V為氣體流速， m/s。

煤泥脫水機下料口空間為長×寬×高=12×10×3.2(m)。按照GB50073-2013潔凈廠房設計規(guī)范中空氣清潔度要求，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，空氣清潔度等級按6～7級換氣次數(shù)核算換氣量[3]。

Q=12×10×3.2×(40～50)/3600 m3/s

=4.27～5.33 m3/s

一般風機入口管道內(nèi)的氣體流速取10～15 m/s。

風機入口共計3根吸入管，每根吸入管內(nèi)徑：

依據(jù)管道標準規(guī)范管道直徑選擇DN400風機入口吸入主管內(nèi)徑[4]：

依據(jù)管道標準規(guī)范管道直徑選擇DN600。

一般風機出口管道內(nèi)的氣體流速取15～20 m/s。

風機出口共計2根排放管，每根排放管內(nèi)徑：

依據(jù)管道標準規(guī)范管道直徑選擇DN450

風機出口排放主管內(nèi)徑：

依據(jù)管道標準規(guī)范管道直徑選擇DN600

煤泥脫水機下料口除味風機的吸入、排放管主管為DN600,吸入管為DN400,排放管為DN450。

3.3 系統(tǒng)阻力的計算

雷諾數(shù)按下式計算：

式中：Re為雷諾數(shù)，無因次；u為流體平均流速，m/s；d為管道內(nèi)直徑，mm；μ為流體黏度，mPa·s；W為流體的質(zhì)量流量，kg/h；Vf為流體的體積流量，m3/h；ρ為流體密度，kg/m3。

d=596.9 mm，ρ=1.2 kg/m3，u=15～20 m/s，μ=0.0176 mPa·s。

Re=610159>4000 (湍流區(qū))

具有輕度腐蝕的無縫鋼管絕對粗糙度(c)0.2～0.3 mm

相對粗糙度ε/d= 0.00034～0.0005

查摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙度的關系表，得摩擦系數(shù)λ=0.018(最大值)。

單位管道長度摩擦壓力降：

式中：d為管道內(nèi)直徑，mm；W為流體質(zhì)量流量，kg/h；Vf為流體體積流量，m3/h；μ為流體粘度，mPa·s；D為管道內(nèi)直徑，m；u為流體平均流速，m/s；L為為管道的長度，m；其余符號意義同前。

D=596.9 mm，ρ=1.2 kg/m3，u=15 m/s。

單位長度摩擦壓力降為:ΔPf=4×10-3kPa

煤泥脫水機至熱電鍋爐阻力降計算過程如下：

查常用閥門以管徑計的當量長度表中彎頭、閥門、三通等折算成當量長度。

90°彎頭30個，30D；法蘭連接閥門6臺，400D；異徑三通4個，60D；管道直管段 280 m。

合計總長度：(900+2400+240)×0.5969+280=2393 m

總摩擦壓力降為：

2393×4×10-3kPa=9572×10-3kPa

靜壓力降：

ΔPs=(Z2-Z1)ρg×10-3

式中：ΔPS為靜壓力降，kPa；Z2、Z1為管道出口端、進口端的標高，m；ρ為流體密度，kg/m3；g為重力加速度，9.81m/s2。

ΔPs=8×1.2×9.81=94×10-3kPa

式中，ΔPN為速度壓力降，kPa；u2、u1為出口端、進口端流體流速，m/s；ρ為流體密度，kg/m3。

煤泥脫水機至熱電鍋爐的總阻力降為：

ΔP=ΔPS+ΔPN+ΔPf≈10 kPa

式中，ΔP為管道系統(tǒng)總壓力降，kPa；ΔPS為靜壓力降，kPa；ΔPN為速度壓力降，kPa；ΔPf為摩擦壓力降，kPa。

3.4 風機風量的計算

式中： 1.1為風量備用系數(shù)；Q為標準狀態(tài)下風機前風量，m3/h；tp為風機前煙氣溫度，℃；p為當?shù)卮髿鈮?，kPa。

Qy=21466.066～26832.5 m3/h

3.5 風機風壓的計算

式中：1.2為風壓備用系數(shù)；ΣΔh為系統(tǒng)總阻力，Pa；Sy為鍋爐抽力，Pa；tp為風機前煙氣溫度，℃；ty為風機性能表中給出的試驗用氣體溫度，℃；ρy為標準狀態(tài)下煙氣密度，kg/m3。

Hy=14.35 kPa

4 使用性能

經(jīng)煤泥脫水機下料口除味設計計算，風機3根DN400吸入管線；DN600吸入主管；2根DN 450排放管線；DN600排放主管，通過離心式風機將煤泥脫水機下料口氣體輸送至熱電鍋爐進行回收、焚燒處理，解決煤泥脫水機下料口氣體上串至設備安裝層，及對周圍環(huán)境污染的影響。

考慮現(xiàn)場設備的修舊利廢，繼續(xù)使用。經(jīng)公司討論決定將現(xiàn)場閑置的離心式風機(出口壓力 51.6 kPa、流量 90 m3/min)繼續(xù)使用，并檢查煤泥脫水機下料口除味設計是否能起到作用。

2018年8月大修結(jié)束，將煤泥脫水機下料口除味整改的風機、管道進行投用，在煤泥脫水機下料口位置能明顯看到氣體被風機吸走。由于現(xiàn)場的風機與原始設計的風機風量有一定的偏差，盡管不能將氣體全部吸走，但當將煤泥脫水機下料口位置的門關閉時，基本上看不到煤泥脫水機下料口產(chǎn)生的氣體往外飄的現(xiàn)象。

通過現(xiàn)場煤泥脫水機下料口除味整改的效果，證明該設計是成功的，對環(huán)保裝置煙氣、氣體凈化具有一定的借鑒意義。