荒煤气显热回收装置的设计+CAD图纸(2)
2 热管换热器的工艺计算..14
2.1 热管换热器的设计步骤：14
2.2 确定物性数据：..14
2.3 计算传热量Q.15
2.4 求冷空气出口温度及对数平均温差.15
2.5 确定迎风面积及迎风面排管数 16
2.6 计算总传热系数UH.. 17
3 热管设计21
3.1 确定热管工作温度和工作液体的选择22
3.2 热管材料的选择..22
3.3 热管的封头计算..23
3.4 热管长度的校核..23
3.5 热管传热极限的影响.. 23
4 设备的结构设计.. 24
4.1 材料的选择. 24
4.2 筒体的设计温度、压力选择..24
4.2.1 筒体厚度的计算. 25
4.2.2 筒体试压..25
4.3 椭圆形封头的设计.. 26
4.4 开孔补强.. 26
4.5 管板的设计计算..26
4.5.1 管板的厚度计算 26
4.5.2 管板板孔直径的确定..27
4.5.3 管板与壳体的连接28
5 结论.. 31
致谢32
1绪论2010 年全国焦炭产能预计3.7亿吨，焦炉煤气产量 1500多亿方/年，全国约有焦化企业 2000多家，其中 1/3为钢铁联合企业，2/3为独立焦化企业；而独立焦化企业主要分布在山西、河南、山东、云南、内蒙等地，其中山西为世界上焦炭最大聚集地。炼焦生产是典型的能源再加工和热能的再回收利用过程，焦炭和炼焦煤气是其主要的能源产品。煤在干馏过程中产生的高温荒煤气，其余热的回收与利用历来是焦化行业重点技术之一。炼焦化学工业是影响国民经济基础的清洁能源转化的流程工业，是炼焦煤通过干馏、实现焦炭和其关联产品的生产工艺模式，属于典型的能源流程产业。焦炭生产过程中，配合煤在焦炉中被隔绝空气加热干馏，生成焦炭的同时产生大量的荒煤气。从炼焦生产过程热平衡分布看，从焦炉炭化室推出的 950℃～1050℃红焦带出的显热(高温余热)占焦炉支出热的 37％，650℃～750℃焦炉荒煤气带出热(中温余热)占焦炉支出热的36％，180℃～230℃焦炉烟道废气带出热(低温余热)占焦炉支出热的 16％，炉体表面热损失(低温余热)占焦炉支出热的 11％。在占焦炉支出热最多的两项中，对焦炭带出的显热目前已有成熟的干熄焦装置回收并发电，而对焦化荒煤气带出的显热，虽然从上世纪 70年代末期国内就开始回收尝试，但至今未形成成熟、可靠、高效的回收利用技术。炼焦荒煤气余热回收利用的经济效益显著。理论及中试数据表明，每生产 1吨红焦的高温荒煤气余热回收后至少能产生 0.1吨0.6兆帕蒸汽，2009 年我国生产焦炭35300 万吨，如其荒煤气余热全部得到回收利用，则至少可回收 3530万吨 0.6兆帕蒸汽，折合标煤约 380万吨，年可减排二氧化碳量 993万吨，节能潜力巨大。热管是一种高效的传热元件，热管技术研究的重心已经从理论研究转移到应用研究，热管的应用已经由航天转向地面，由工业转向民用。当前，热管在太阳能利用、笔记本电脑 CPU的冷却以及大功率晶体管的冷却、化工、冶金、动力等领域的应用都取得了良好效果，热管在这些领域的应用，将进一步促进新型热管技术的开发和应用。
1.1 荒煤气组成及性质煤在焦炉炭化室内进行高温干馏时，煤质发生一系列复杂的物理和化学反应，产生的热解产物称为荒煤气。焦炉煤气，又称焦炉气，英文名为 Coke Oven Gas(COG)，由于可燃成分多，属于高热值煤气，粗煤气或荒煤气。是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。焦炉气是混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉气 300~350m3（标准状态）。其主要成分为氢气（55%~60%）和甲烷（23%~27%），另外还含有少量的一氧化碳（5%~8%）、C2以上不饱和烃（2%~4%）、二氧化碳（1.5%~3%)、氧气(0.3%~0.8%)、氮气(3%~7%)。其中氢气、甲烷、一氧化碳、C2以上不饱和烃为可燃组分，二氧化碳、氮气、氧气为不可燃组分。1.1.1 荒煤气的组成荒煤气组成十分复杂，但组成性质可分为三部分：水蒸气、净煤气和杂质。（1）水蒸汽从炭化室出来的荒煤气所含的水蒸气，除化合态的水之外，大部分来自煤表面。装炉煤水分含量通常在 10%左右，但如果采用煤调湿技术，装炉煤水分含量可控制在6%以下。因此，荒煤气中的水蒸气的含量在 6%到14%之间。（2）净煤气净煤气是焦炉煤气的主要成分，主要包括H2、CH4、CO、CnHm、CO、N2、CO2、O2等。（3）杂质荒煤气携带的杂质主要为组成极其复杂的煤焦油组分， 此外还有粗苯、 萘、 硫化氢、氰化氢等酸性气体，此外还含有流离氨和固定铵。煤焦油是具有刺激性气的黑色液体， 含有上万种有机化合物目前可以鉴定出的仅有 500 余种，约占煤焦油总量的 55%。正是由于煤焦油的复杂组成，以及硫化氢等酸性气体的存在，导致荒煤气余热回收收到种种限制。1.1.2 荒煤气中焦油蒸汽结焦特性荒煤气是煤在焦炉炭化室高温干馏的过程中，从焦炉上升管逸出的高温热解产物。表1.1荒煤气的主要杂质成分。
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