荒煤氣導出設備包括:上升管、橋管、水封閥、集氣管、吸氣管以及相應的噴灑氨水系統。其主要有兩方面作用:一是將出爐荒煤氣順利導出,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結焦過程中為正壓;二是將出爐荒煤氣適度冷卻,不致因溫度過高而引起設備變形、阻力升高和鼓風、冷凝的負荷增大,又保持了焦油和氨水良好的流動性。

(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,內襯耐火磚。橋管為鑄鐵彎管,橋管上設有氨水和蒸汽噴嘴。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,上升管與集氣管聯通。

由炭化室進入上升管的溫度達700~750℃的荒煤氣,經橋管上的氨水噴嘴連續不斷地噴灑氨水(氨水溫度約為75~80℃),由于部分(2.5%~3.0%)氨水蒸發大量吸熱,煤氣溫度迅速下降至80~100℃,同時煤氣中約60%~70%的焦油冷凝下來。若用冷水噴灑,氨水蒸發量降低,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、循環熱氨水和冷凝焦油一起流向煤氣凈化工序經分離、澄清,并補充氨水后,由循環氨水泵打回焦爐。循環氨水用量對于單集氣管約為5t/t(干煤),對于雙集氣管約為6t/t(干煤),氨水壓力應保持0.2MPa左右。

為保證氨水的正常噴灑,循環氨水必須不含焦油,且氨水壓力應穩定。為減少上升管的熱輻射,上升管靠爐頂的一側設有隔熱板。近年來一些焦化廠為了進一步改善爐頂的操作條件,采用了上升管加裝水夾套或增設保溫層(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的操作條件,面且還消除了石墨在上升管壁的沉積

(二)上升管內沉積物的形成及預防措施

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

1.沉積物的特征及形成條件

通過對一些廠的實地觀察,上升管內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,且結構較松,類似中溫瀝青焦。當上升管內壁溫度約為260~270℃時,沉積物增長較快,若鑄鐵上升管用水泥膨脹珍珠巖保溫后,內壁溫度升高到460~470℃,沉積物少且酥松。綜合這些現象,可以認為,沉積物形成的條件為:一是內壁溫度低,致使荒煤氣中某些高沸點焦油餾分在內壁面上冷凝;二是輻射或對流傳熱使冷凝的高沸點焦油餾分發生熱解和熱縮聚而固化,這個溫度至少在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間延長,均會導致上升管內壁沉積物加速

2.預防或減少上升管內沉積物形成的措施

大體上有加速導出、保溫及冷卻三種方式。加速荒煤氣導出,主要是縮短上升管和強化橋管上的氨水噴灑。上升管保溫曾在國內一些小型焦爐上使用,用珍珠巖保溫后經實測和計算表明,上升管內壁溫度約460~470℃,可大大減少管內壁冷凝量,保溫層外表溫度約為80℃,比未保溫時降低20~30℃,有利于改善操作環境。

在上升管外安裝水套,鍋爐軟水壓經水套,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,也能達到減少上升管內壁沉積物形成的作用。生產實踐表明:當爐頂空間溫度、上升管入口溫度平均值分別為788℃和747℃時,上升管內壁沉積物少而硫松且易清掃。同時,上升管外壁溫度為102℃.夾套空間溫度47℃,使軟水部分汽化,水和汽進人汽包,分離水滴后可產生294.20~392.27Pa的蒸汽量達50kg/(h•孔)。

(三)煤氣導出設備

煤氣導出設備包括上升管、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、集氣管自動點火放散裝置、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的操作臺山東兗礦國際焦化有限公司采用單集氣管,每座焦爐分三段,每20個炭化室匯集到段中段與段之間設立連通平衡管,每段設置2個事故放散點火,實現事故下的壓力自動聯鎖放散。設3個吸氣管,均在機側。吸氣管上設有手動和自動調節翻板,自動調節集氣管內的壓力,使集氣管內壓力保持穩定,保證煉焦末期炭化室底部壓力不低于5Pa。而裝煤時產生的煙氣部分通過裝煤車上的跨越管導入相鄰炭化室中,配合高壓氨水噴射實現無煙裝煤操作。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控制系統自動。上升管蓋密封形式為水封式,地下室設置循環水罐,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水罐,密封效果良好,又達到了節能減排的效果。集氣管是用鋼板焊接或鉚接成的圓型或槽型的管路,沿整個爐組長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炭化室均設有帶蓋的清掃孔,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),也可以按6%~10%的坡度安裝,傾斜方向與焦油、氨水的導出方向相同

集氣管端部裝有清掃氨水噴嘴和事故用水的工業水管。每個集氣管上設有放散管,當因故荒煤氣不能導出或開工時放散用。

集氣管分單、雙兩種型式。單集氣管多布置在焦爐的機側,其優點是投資省,鋼材用量少,爐頂通風較好等;但不足是裝煤時炭化室內氣流阻力大,容易造成冒煙冒火。雙集氣管由于煤氣由炭化室兩側析出而匯合于吸氣管,從而降低集氣管兩側的壓力,使全爐炭化室壓力分布較均勻;裝煤時炭化室壓力低,減輕了冒煙冒火,易于實現無煙裝煤;生產時荒煤氣在爐頂空間停留時間短,可以減輕荒煤氣裂解,有利于提高化學產品的產率和質量;結焦末期由于機、焦側集氣管的壓力差,使部分荒煤氣經爐頂空間環流,降低了爐頂空間溫度和石墨的形成。雙集氣管還有利于實現爐頂機械化清掃爐蓋等操作。但雙集氣管消耗鋼材多,基建投資大,爐頂通風較差,使操作條件變壞。此外,氨水、蒸汽消耗量也較多。