摘 要

环境问题与能源问题作为当今世界发展的重要问题，对能源的清洁高效利用和对环境的保护已经成为各个国家研究的重要课题。煤炭作为主要的化石能源，对其进行清洁高效利用能够很好地解决对环境的污染问题。在煤气的净化工艺流程中，对焦炉煤气的冷却十分重要，它会影响后期对煤气里面化学产品的回收利用以及输送。煤气冷却器能够将焦炉煤气中存有的大量余热回收并将这部分热量重新利用。目前，在工业生产中所用的煤气冷却器中，热管式换热器比较常见，运用较为广泛。由于煤气冷却过程中容易积灰，而热管式换热器相比其他类型的换热器能够很好的克服这一点，而且换热效率也比较高。针对煤的清洁高效利用以及焦炉煤气的净化工艺流程，结合热管式换热器的原理及特点，根据所给的原始工艺参数设计了热管式煤气冷却器，进行了相应的热力计算、结构计算等，完成了热管煤气冷却器的设计图。

关键词:煤气冷却 热管式换热器 热力计算

Design of gas purification cooler

Abstract

Environmental issues and energy issues are important issues in the development of the world today. Clean and efficient use of energy and environmental protection have become an important research topic in various countries. As the main fossil energy, coal can be used cleanly and efficiently to solve the problem of environmental pollution.In order to recover chemical products and purify gas and transport it safely and reasonably, the coke oven gas should be preliminarily cooled before it enters the blower. There will be a lot of waste heat in the cooling process.It can be recovered and utilized by cooler.At present,in the gas cooler used in industrial production,heat pipe heat exchanger is more common and widely used. It has strong structure, strong adaptability, high reliability, large processing capacity, and can withstand high temperature and high pressure, so it has been widely used in industrial production. Therefore, this topic chooses heat pipe heat exchanger as the research object to design.

This paper introduces the clean and efficient utilization of coal and the purification process of coke oven gas, expounds the principle and characteristics of heat pipe heat exchanger, designs heat pipe gas cooler according to the original process parameters, carries out corresponding thermal calculation and structural calculation, and draws the equipment diagram and main components diagram.

Keywords:gas cooling; heat pipe exchanger; thermodynamic calculatio

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 概论 1

1.1课题研究背景 1

1.2煤的清洁高效利用 1

第二章 煤气冷却器 3

2.1焦炉煤气的净化 3

2.2煤气冷却器 4

第三章 热管式换热器 5

3.1热管原理 5

3.2热管的应用 6

3.3热管换热器的主要特点 7

3.4热管换热器的工业用途 7

3.5煤气冷却器的选型 7

第四章 煤气冷却器的设计计算 9

4.1原始数据 9

4.2热平衡计算 9

4.3 热力结构计算 10

4.4煤气冷却器压力降 15

第五章 经济核算 19

5.1设备总投资 19

5.2设备电耗 19

5.3年回收热量的经济效益M₁ 19

5.4年节约费用M₂ 19

参考文献 21

致谢 25

第一章 概论

1.1课题研究背景

随着现代工业的快速发展，社会也加速进步，但环境、生态等问题也日益加剧。当今世界，能源问题是各个国家关心的重要问题，每个国家都在对新能源的开发和利用进行探索研究^[1]。 我国的炼焦产业经济效益非常可观，但对环境却造成了非常大的污染。因此各个化工企业都应将煤气的净化及其高效利用作为生产过程的重中之重。煤气净化的工序包含好几项。其中冷却是首要进行的，接着是去除焦油、硫氧化物等物质。煤气净化系统通常由冷凝鼓风装置、脱硫脱氨装置、脱苯装置等工序组成。冷却器是冷却工序里不可或缺的一个设备，具有至关重要的作用。

煤气冷却器对从炭化室出来的煤气进行冷却，并回收煤气中的焦油、氨、硫、苯等。这样做有众多优点，主要的作用是可以避免其中的化学物质之间发生反应。这样就为后期的回收提供了便利^[2]。近几年来，我国的换热设备也取得了巨大的进步，各种高效的新型的换热器层出不穷，为环境保护做出了巨大贡献，提高了经济效益。换热器的作用就是交换两种流体的热量，可以是回收热量或者余热利用。所以换热器是一种非常重要的节能设备，在当今这个追求新能源和能源高效利用的时代具有重要的研究意义^[3]。

1.2煤的清洁高效利用

近年来环境问题的加剧、气候的异常变化，对传统化石能源怎样才能做到更高效更清洁的利用也成为各个国家争相研究的课题。因为能源的利用直接影响到国家的整体经济和未来的发展道路。我国在应对世界问题上一直体现着大国担当。特别是在环保方面，我们国家更是承担着重任。我国现阶段还是处于发展阶段，对于传统能源的需求和消费仍然比较大。而煤炭也会长期成为我国使用的能源。天然气、甲醇、可燃冰等一些新兴能源的使用率相对来说还是比较低^[4]。因此能不能对能源做到清洁利用、高效利用、循环利用直接关乎到人类的生活和国家的发展。所以必须大力发展清洁能源，降低煤炭利用污染物排放。

将煤炭直接燃烧这种利用方式仍然占绝大多数。而且这种利用方式会浪费掉许多可利用的热量，这部分热量还可以被再次利用到其他工业中去^[5]。用煤炭发电可以说是最常见的利用方式，但这也对资源的浪费最严重而且污染很严重。在建材行业中也会用到煤，特别是在水泥行业中煤作为一种不可或缺的原料被加入到水泥中。另外燃煤锅炉也是一种人们常见的利用方式。南方绝大多数地区用空调取暖，而北方地区则使用的是暖气。基本就要靠燃煤锅炉来加热供暖水，输送到家庭中去。这种利用方式会产生大量的SO₂、氮氧化物以及烟尘等^[6]。产生的煤焦油里面含有很多有毒物质，如果不能及时净化处理掉排到大气或者水里将对环境造成极大的破坏。煤的气化是一种非常有效的利用方式。气化后的煤可以用来加工生产氢气、烯烃等其他化学产品^[7-9]。