煤泥脫水機下料口除味設(shè)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(shè)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(hù)用具才能進(jìn)入屋內(nèi)開展設(shè)備的檢修維護(hù)工作，給設(shè)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(shè)備開展正常檢修維護(hù)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(fēng)機輸送至熱電鍋爐，進(jìn)行回收、焚燒。

2 煤泥脫水機下料口除味設(shè)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(shè)計溫度：80 ℃;設(shè)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(fēng)機投用的成本，并滿足車輛能夠正常進(jìn)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(shè)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(fēng)機送至熱電裝置1、2#鍋爐進(jìn)行回收、焚燒，并且在離心式風(fēng)機進(jìn)、出口，靠近熱電鍋爐位置安裝閥門，方便設(shè)備檢修時氣體進(jìn)行切斷、隔離。在管道的低點位置安裝液體排放導(dǎo)淋，防止設(shè)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(fēng)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(shè)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(dǎo)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(shè)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(fēng)機入口管道內(nèi)的氣體流速取10～15 m/s。

風(fēng)機入口共計3根吸入管，每根吸入管內(nèi)徑：

依據(jù)管道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管道直徑選擇DN400風(fēng)機入口吸入主管內(nèi)徑[4]：

依據(jù)管道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管道直徑選擇DN600。

一般風(fēng)機出口管道內(nèi)的氣體流速取15～20 m/s。

風(fēng)機出口共計2根排放管，每根排放管內(nèi)徑：

依據(jù)管道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管道直徑選擇DN450

風(fēng)機出口排放主管內(nèi)徑：

依據(jù)管道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管道直徑選擇DN600

煤泥脫水機下料口除味風(fēng)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(guān)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(dāng)量長度表中彎頭、閥門、三通等折算成當(dāng)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(jìn)口端的標(biāo)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(jìn)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(fēng)機風(fēng)量的計算

式中： 1.1為風(fēng)量備用系數(shù)；Q為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機前風(fēng)量，m3/h；tp為風(fēng)機前煙氣溫度，℃；p為當(dāng)?shù)卮髿鈮海琸Pa。

Qy=21466.066～26832.5 m3/h

3.5 風(fēng)機風(fēng)壓的計算

式中：1.2為風(fēng)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(fēng)機前煙氣溫度，℃；ty為風(fēng)機性能表中給出的試驗用氣體溫度，℃；ρy為標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計計算，風(fēng)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(fēng)機將煤泥脫水機下料口氣體輸送至熱電鍋爐進(jìn)行回收、焚燒處理，解決煤泥脫水機下料口氣體上串至設(shè)備安裝層，及對周圍環(huán)境污染的影響。

考慮現(xiàn)場設(shè)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(fēng)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(shè)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(fēng)機、管道進(jìn)行投用，在煤泥脫水機下料口位置能明顯看到氣體被風(fēng)機吸走。由于現(xiàn)場的風(fēng)機與原始設(shè)計的風(fēng)機風(fēng)量有一定的偏差，盡管不能將氣體全部吸走，但當(dāng)將煤泥脫水機下料口位置的門關(guān)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(shè)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。