71--热装高炉高温煤气喷雾降温塔工艺计算.docx

文档介绍：71--热装高炉高温煤气喷雾降温塔工艺计算
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收降温至约200℃再进入布袋除尘器净化的工艺流程，为了确保余热锅炉离线安全检修或故障时整个高炉及煤气输配系统的安全连续运行， 拟在余热锅炉系统的并联旁路上研究开发一座喷雾降温塔，采用喷雾蒸发冷却工艺，实现在余热锅炉离线工况时对经切换通过该塔的高炉煤气进行降温。
喷雾降温的基本工作原理即：选择专用双流体喷嘴，确保流经喷嘴喷出水颗粒为粒径非常细小（一般为50~200μm）的雾化水颗粒，雾化水粒与高温荒煤气直接接触，迅速汽化蒸发，将煤气中的显热转变成水的汽化潜热，达到迅速降低煤气温度的目的[2~5]。塔的工艺计算重点关注高炉生产变工况的特点，探讨煤气流量变化条件下塔的喷雾系统自动调节喷水量的控制参数选择，保证喷雾降温塔的出口煤气温度维持在设定的温度范围内，实现完全干式喷雾降温冷却。
喷雾降温塔工艺参数的研究与计算
高炉煤气主要技术参数
某工程炉顶高炉煤气经过重力除尘器或旋风除尘器粗除尘后进入喷雾蒸发降温塔的高炉煤气参数如下：
高炉煤气量：380000 Nm3/h（标况）；
煤气压力： MPa（表压，下同）；
入口煤气温度：450 ℃；
出口煤气温度：200 ℃；
高炉半净煤气成分组成:
介质成分：CO：%；CO2：%；H2： %；N2：%；H2O：%；
含水量：30～40g/ Nm3；
含尘：2～5 g/Nm3；
粉尘粒度：≤150μm。
换热量及喷水量计算
理想气体的定压比热容是温度的单值函数，比热容与温度的关系只能用实验的方法测定，通常将测定的数据整理成如下的经验公式：
（1）
式中： T——热力学温度；
a0——常数；
a1、a2、a3——各阶温度系数。
P==℃，汽化潜热r=2133kJ/kg，水的比定压热容取=/(kg·℃)；水蒸汽的定压比热容取
=/(kg·℃)；。
根据热量衡算，高炉煤气降温放出的热量等于喷入水蒸发所吸收的热量与双流喷嘴喷入氮气（或蒸汽）的吸热量：
（2）
高炉煤气放出热量 = 水蒸发吸热量 + 氮气升温吸热量
因第三项一般较小，可忽略不计，这里计算时省去。
这里选用双流喷嘴，对应每个双流喷嘴均有一个最佳的两相比，从而得到高炉煤气入口温度为450℃时辅助气体（如氮气或蒸汽）的流量为：
（3）
式中，k——喷嘴气液两相比，。
喷雾降温塔出口煤气露点和含湿量计算
物质的饱和蒸汽压通常采用安托尼(Antoine)方程式计算，但安托尼方程式的实用温度范围较窄（10℃≤T≤168℃），文献[3]用安托尼方程的形式通过对水的饱和蒸汽压实验值的非线性回归，得出水的饱和蒸汽压和温度的关联式为：
（0≤T≤210℃） (4)
（210℃＜T≤370℃） (5)
式中Ps为水的饱和蒸汽压，单位为kPa，通过式(4)和式(5)可计算出对应喷雾降温塔出口200℃的高炉煤气中水的饱和蒸汽压为Ps=。
根据高炉煤气中各组分组成及体积流量可计算得到入口高炉煤气的干气质量流量mgs和含水量流量mwater1。
则出口高炉煤气中的含湿量为：
(6)
另含湿量有近似公式：
(7)
式中，p为高炉煤气绝对压力，p=，pv为高炉煤气中所含水蒸气的分压，将式(6)含湿量的值代入式(7)中，计算可得pv=。
则出口高炉煤气中相对湿度为：
(8)
并将ps=(4)中计算可得
T=℃，此温度即为喷雾降温塔出口高炉煤气中水蒸气的露点温度。而出口温度定为200℃，则远高于此露点温度，可保证高炉煤气在进入布袋时不会产生结露现象而造成糊袋事故，影响布袋除尘器的正常运行。
喷雾蒸发冷却时间计算
雾化后的液滴在流动的高温烟气中的蒸发过程是个相当复杂的问题，因为在蒸发过程中，液滴直径、液滴相对于气流的运动速度、换热系数、液滴温度以及与其相应的饱和蒸汽压力、液滴表面与周围气体的温差、蒸汽扩散条件以及其他因素等都同时在发生变化。
在高温烟气中，液滴温度一般远小于烟气的温度。因此，液滴不断受热升温而蒸发，但由于液滴温度的升高，使得液滴与周围烟气的温差减小，从而减弱了周围烟气对水滴的传热速率。同时，随着液滴温度的升高，液滴表面