集气管冷却原理是什么？为何必须采用循环氨水

煤气在集气管内冷却的机理

1．冷却的传热、传质机理
煤气在桥管和集气管内的冷却，是用表压为1.5~2.0公斤/cm³的循环氨水通过喷头强烈喷洒。当细雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高而湿度又很低，所以煤气放出大量显热，氨水大量蒸发，快速进行着传热和传质过程。

传热过程取决于煤气与氨水的温度差。因煤气的温度高于循环氨水的温度，所以热量就从煤气传给氨水，从而使煤气冷却。
传质过程的推动力是循环氨水液面上的水汽分压与煤气重水汽分压之差。因为循环氨水液面上的水汽分压大于煤气中的水汽分压，所以氨水就部分蒸发，同时煤气温度急剧降低，以供给氨水蒸发所需的潜热。

煤气在集气管中冷却时所放出的大部分热量用于蒸发氨水（约占75~80%），其余的其余的热量消耗于使氨水升温（约占10～15%）和集气管的散热损失（约占10%左右）。
通过上述冷却过程，煤气温度由650～700℃降至82～86℃，同时有60％左右的焦油汽冷凝下来。在实际生产上，煤气温度可冷却至高于其最后达到的露点温度1～3℃。
2．冷却的影响因素
煤气的冷却及所达到的露点温度同下列因素有关：煤料的水分、进集气管前煤气的温度、循环氨水量和进口温度、氨水喷洒效果等。其中以煤料水分的影响最大。如一生产条件下，煤料水分每降低1％，露点温度可降低0.6～0.7℃。显然，降低煤料水分对煤气在集气管和初冷器中的冷却都很重要。
由于煤气的冷却主要是靠氨水的蒸发，所以氨水喷洒的雾化程度较高，循环氨水的温度较高，氨水蒸发量较大，就能使煤气冷却的较好；反之则差。
3．集气管的操作指标
集气管技术操作的主要数据如下：
集气管前的煤气温度，℃ 650～700
离开集气管的煤气温度，℃ 82~86
循环氨水温度，℃ 72～78
离开集气管氨水温度，℃ 74~80
煤气露点，℃ 80～83
循环氨水量，米3／吨干煤 5～6
蒸发的氨水量，％（占循环氨水量）2～3
冷凝焦油量，％（占煤气中焦油量）～60
由上述数据可见，煤气虽然已显著地冷却，但离开集气管的煤气仍未被水汽所饱和。
4．冷却介质的选择
集气管在正常操作过程中不用冷水喷洒，因冷水不易蒸发，冷却效果不好，且带入的矿物杂质会增加沥青的灰分。此外由于水温很低，使集气管底部剧烈冷却，冷凝的焦油粘度增大，易使集气管堵塞。
进入集气管前的煤气露点温度同装入煤的水分含量有关，当装入煤总水分为8～11％肘，露点温度约为65～70℃。为保证氨水蒸发的推动力，进口水温应高于煤气露点温度5～10℃。所以采用72～78℃的循环氨水喷洒煤气。这样能克服用冷水喷洒的缺点，并且由于氨水是碱性的，能中和焦油酸，保护煤气管道。氨水又有润滑性，便于焦油流动，可以防止焦油因积聚而堵塞煤气管道。
5．循环氨水量
不同型式的炼焦炉所需的循环氨水量也有所不同，按经验确定的定额数值为：对单集气管的焦炉，每吨干煤需5m³循环氨水；对双集气管的焦炉，需6m³循环氨水。循环氨水量可通过对集气管进行物料平衡和热量恒算求得。
近年来，有些焦化厂采用高压循环氨水代替蒸汽喷射进行无烟装煤。有些厂在采用预热煤炼焦时，设置了独立的氨水循环系统，用于专设的装炉集气管的喷洒，则它们的循环氨水量又各有不同