煤泥脱水机下料口除味设计

颜培旭

(呼伦贝尔金新化工有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021506)

1 现状和存在的问题

BGL气化煤气水装置煤泥脱水机下料时伴有大量的气体排出，气味难闻，含水量较大。部分气体上串至煤泥脱水机设备安装层，气味呛人，检修及工艺巡检人员必须佩带巴固等防护用具才能进入屋内开展设备的检修维护工作，给设备检修及工艺巡检带来很大的不便[1]。同时，煤泥脱水机下料时产生的气体对周围的环境有一定的污染。

为了不影响检修及工艺巡检人员对设备开展正常检修维护工作，减少煤泥脱水机下料时产生的气体对周围环境的影响，需对煤泥脱水机下料产生的气体通过离心风机输送至热电锅炉，进行回收、焚烧。

2 煤泥脱水机下料口除味设计

工作介质：一氧化碳、二氧化碳、氮气、硫化氢、氨气、氧气等；工作温度：50 ℃;工作压力：105 kPa;设计温度：80 ℃;设计压力：500 kPa;介质状态：气态;管道长度：280 m;热电锅炉工作压力：-0.3 kPa;起点、终点：煤泥脱水机下料口至热电锅炉。

煤泥脱水机下料口空间：长×宽×高=12×10×6.5(m)。由于煤泥脱水机下料时没有规律性，有时连续下料，有时间断下料，每次下料产生的烟气大约 2 m3。在满足煤泥脱水机连续下料产生的气体需要的空间外，考虑降低风机投用的成本，并满足车辆能够正常进出情况下将煤泥脱水机下料口的空间减小至长×宽×高=12×10×3.2(m)。通过增加隔断方式将煤泥脱水机下料口空间减少一半，并且隔断起到气体缓冲，减少气体往煤泥脱水机设备安装层串气现象。

煤泥脱水机下料口气体通过离心式风机送至热电装置1、2#锅炉进行回收、焚烧，并且在离心式风机进、出口，靠近热电锅炉位置安装阀门，方便设备检修时气体进行切断、隔离。在管道的低点位置安装液体排放导淋，防止设备检修时管道内存积大量冷凝液。从煤泥脱水机下料口至热电锅炉整根管线均加伴热，防止冬季管内冷凝液冻堵，影响离心风机的除味效果。

煤泥脱水机下料口除味工艺流程如图1所示。

图1 煤泥脱水机下料口除味工艺流程

3 管道的布置及设计计算

3.1 管道布置原则

管道布置力求简单、紧凑、占地面积小、带形弯尽量少、管路短、导淋安装在低点易排放位置，并且要求安装、操作以及检维修方便等[2]。

3.2 管径的确定

管径的确定按下列公式计算：

(1)

式中：Q为工况下管内气体流量，m3/s；V为气体流速， m/s。

煤泥脱水机下料口空间为长×宽×高=12×10×3.2(m)。按照GB50073-2013洁净厂房设计规范中空气清洁度要求，并结合现场实际情况，空气清洁度等级按6～7级换气次数核算换气量[3]。

Q=12×10×3.2×(40～50)/3600 m3/s

=4.27～5.33 m3/s

一般风机入口管道内的气体流速取10～15 m/s。

风机入口共计3根吸入管，每根吸入管内径：

依据管道标准规范管道直径选择DN400风机入口吸入主管内径[4]：

依据管道标准规范管道直径选择DN600。

一般风机出口管道内的气体流速取15～20 m/s。

风机出口共计2根排放管，每根排放管内径：

依据管道标准规范管道直径选择DN450

风机出口排放主管内径：

依据管道标准规范管道直径选择DN600

煤泥脱水机下料口除味风机的吸入、排放管主管为DN600,吸入管为DN400,排放管为DN450。

3.3 系统阻力的计算

雷诺数按下式计算：

式中：Re为雷诺数，无因次；u为流体平均流速，m/s；d为管道内直径，mm；μ为流体黏度，mPa·s；W为流体的质量流量，kg/h；Vf为流体的体积流量，m3/h；ρ为流体密度，kg/m3。

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

Re=610159>4000 (湍流区)

具有轻度腐蚀的无缝钢管绝对粗糙度(c)0.2～0.3 mm

相对粗糙度ε/d= 0.00034～0.0005

查摩擦系数与雷诺数及管壁相对粗糙度的关系表，得摩擦系数λ=0.018(最大值)。

单位管道长度摩擦压力降：

式中：d为管道内直径，mm；W为流体质量流量，kg/h；Vf为流体体积流量，m3/h；μ为流体粘度，mPa·s；D为管道内直径，m；u为流体平均流速，m/s；L为为管道的长度，m；其余符号意义同前。

D=596.9 mm，ρ=1.2 kg/m3，u=15 m/s。

单位长度摩擦压力降为:ΔPf=4×10-3kPa

煤泥脱水机至热电锅炉阻力降计算过程如下：

查常用阀门以管径计的当量长度表中弯头、阀门、三通等折算成当量长度。

90°弯头30个，30D；法兰连接阀门6台，400D；异径三通4个，60D；管道直管段 280 m。

合计总长度：(900+2400+240)×0.5969+280=2393 m

总摩擦压力降为：

2393×4×10-3kPa=9572×10-3kPa

静压力降：

ΔPs=(Z2-Z1)ρg×10-3

式中：ΔPS为静压力降，kPa；Z2、Z1为管道出口端、进口端的标高，m；ρ为流体密度，kg/m3；g为重力加速度，9.81m/s2。

ΔPs=8×1.2×9.81=94×10-3kPa

式中，ΔPN为速度压力降，kPa；u2、u1为出口端、进口端流体流速，m/s；ρ为流体密度，kg/m3。

煤泥脱水机至热电锅炉的总阻力降为：

ΔP=ΔPS+ΔPN+ΔPf≈10 kPa

式中，ΔP为管道系统总压力降，kPa；ΔPS为静压力降，kPa；ΔPN为速度压力降，kPa；ΔPf为摩擦压力降，kPa。

3.4 风机风量的计算

式中： 1.1为风量备用系数；Q为标准状态下风机前风量，m3/h；tp为风机前烟气温度，℃；p为当地大气压，kPa。

Qy=21466.066～26832.5 m3/h

3.5 风机风压的计算

式中：1.2为风压备用系数；ΣΔh为系统总阻力，Pa；Sy为锅炉抽力，Pa；tp为风机前烟气温度，℃；ty为风机性能表中给出的试验用气体温度，℃；ρy为标准状态下烟气密度，kg/m3。

Hy=14.35 kPa

4 使用性能

经煤泥脱水机下料口除味设计计算，风机3根DN400吸入管线；DN600吸入主管；2根DN 450排放管线；DN600排放主管，通过离心式风机将煤泥脱水机下料口气体输送至热电锅炉进行回收、焚烧处理，解决煤泥脱水机下料口气体上串至设备安装层，及对周围环境污染的影响。

考虑现场设备的修旧利废，继续使用。经公司讨论决定将现场闲置的离心式风机(出口压力 51.6 kPa、流量 90 m3/min)继续使用，并检查煤泥脱水机下料口除味设计是否能起到作用。

2018年8月大修结束，将煤泥脱水机下料口除味整改的风机、管道进行投用，在煤泥脱水机下料口位置能明显看到气体被风机吸走。由于现场的风机与原始设计的风机风量有一定的偏差，尽管不能将气体全部吸走，但当将煤泥脱水机下料口位置的门关闭时，基本上看不到煤泥脱水机下料口产生的气体往外飘的现象。

通过现场煤泥脱水机下料口除味整改的效果，证明该设计是成功的，对环保装置烟气、气体净化具有一定的借鉴意义。