景永峰(山西晉豐煤化工有限責(zé)任公司 山西高平048400)

旋流板除沫器的應(yīng)用

景永峰
(山西晉豐煤化工有限責(zé)任公司 山西高平048400)

山西晉豐煤化工有限責(zé)任公司有2套“18·30”裝置，第2套裝置半水煤氣脫硫系統(tǒng)處理氣量為105 000 m3/h(標(biāo)態(tài))。由于半脫循環(huán)水為閉路循環(huán)且水質(zhì)較差，成為制約生產(chǎn)的瓶頸問題。

1 運(yùn)行中存在的問題

半水煤氣脫硫系統(tǒng)部分工藝流程見圖1。從造氣系統(tǒng)來的半水煤氣經(jīng)濕式電除塵器后進(jìn)入羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓，再進(jìn)入冷卻清洗塔降溫然后依次進(jìn)入脫硫塔A和脫硫塔B，半水煤氣除去H2S后，經(jīng)冷卻清洗塔、靜電除焦器，最后去氮?dú)鋲嚎s機(jī)一段入口。冷卻清洗塔規(guī)格為Φ5 200 mm×

圖1 半水煤氣脫硫系統(tǒng)部分工藝流程

30 000 mm，上段清洗塔內(nèi)裝Φ50 mm聚丙烯海爾環(huán)5 m，下段冷卻塔內(nèi)裝Φ50 mm聚丙烯海爾環(huán)4 m。

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)脫硫溶液系統(tǒng)液位上漲較快，而循環(huán)水液位下降較快，判斷為冷卻塔存在帶液現(xiàn)象。分析原因如下：①因半水煤氣脫碳系統(tǒng)循環(huán)水基本上是閉路循環(huán)，靜電除塵器、除焦器的沖洗水及導(dǎo)淋排污均進(jìn)入半水煤氣脫碳系統(tǒng)循環(huán)水，隨著時(shí)間的推延，半水煤氣脫碳系統(tǒng)循環(huán)水中的焦油、泡沫等物質(zhì)富集；加之冷卻塔空塔氣速偏高造成半水煤氣霧沫夾帶嚴(yán)重。根據(jù)冷卻塔直徑Φ5 200 mm、半水煤氣氣量105 000 m3/h(標(biāo)態(tài))、冷卻塔進(jìn)口壓力36 kPa、半水煤氣溫度65 ℃，通過計(jì)算得出冷卻塔空塔氣速為1.082 m/s。②因冷卻塔上方無除沫裝置，造成半水煤氣霧沫夾帶嚴(yán)重。③脫硫溶液系統(tǒng)制液采用脫鹽水，經(jīng)分析，脫硫溶液的總硬度在2 000 mg/L以上，進(jìn)一步驗(yàn)證了冷卻塔帶液現(xiàn)象。為了維持正常生產(chǎn)，只能通過減少進(jìn)冷卻塔的水量來控制冷卻塔帶液現(xiàn)象，同時(shí)置換一部分造氣循環(huán)水，導(dǎo)致進(jìn)脫硫塔半水煤氣溫度偏高，進(jìn)而造成溶液溫度偏高、副鹽生成量增大、噴射器喉管堵塞嚴(yán)重等一系列問題，為此，在大修時(shí)對冷卻清洗塔進(jìn)行了改造。

2 脫硫系統(tǒng)改造方案2.1 改造思路

改造思路即在冷卻塔上方安裝除沫裝置以減少霧沫夾帶量。常用的除沫裝置有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器、多孔材料或玻璃纖維除沫器及旋流板除沫器等。通過分析各種除沫裝置的除沫性能及實(shí)際運(yùn)用工況，決定采用具有離心分離作用的旋流板除沫器，并自行制作。

2.2 自制旋流板除沫器方案

自制旋流板除沫器結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖2 自制旋流板除沫器結(jié)構(gòu)示意

(1)除霧板盲板直徑Dm：除霧板盲板直徑大一些，可以使霧滴易于甩至塔壁。本設(shè)計(jì)取Dm=3 000 mm。

(2)除霧板旋流葉片外徑Dx：D=(1.1～1.4)Dx，D=5 200 mm，本設(shè)計(jì)取Dx=D/1.3=4 000 mm。

(3)除霧板旋流葉片數(shù)m：本設(shè)計(jì)取m=24。

(4)徑向角β：用作除霧板的塔板要求葉片外端的鈍角翹起，本設(shè)計(jì)取β=arcsin(Dm/Dx) ≈ 41.4°。

(5)葉片仰角α：其選擇范圍在22.5°～ 30.0°。本設(shè)計(jì)取α=25.0°。

(6)穿孔面積Ao：Ao=(π/4)(Dx2-Dm2){sinα-2mδ/[π(Dx+Dm)]}，其中δ為葉片厚度，本設(shè)計(jì)制作時(shí)選用δ=0.003 m，根據(jù)計(jì)算求出穿孔面積Ao=2.286 m2。

(7)核算穿孔動(dòng)能因子Fo：Fo=VsρG0.5/Ao，其中Vs為工況下氣體流量，ρG為工況下氣體密度，根據(jù)計(jì)算求出Fo=10.945 kg0.5/(m0.5·s)。

(8)外沿處葉片間距e：e=(πDxsinα)/m-δ，根據(jù)計(jì)算求出e=0.218 m。

(9)罩桶高度初定值Hz：Hz=(πDxsinα)/m+δcosα，根據(jù)計(jì)算求出Hz=0.224 m。為了改善氣液分離效果，當(dāng)要求外沿處2片相近的葉片與罩筒相交線的水平投影相接或部分重疊時(shí)，罩筒高需在Hz的基礎(chǔ)上加一增量Δ；外沿處(罩筒)葉片間的距離e仍不改變，只是葉片的寬度略有增加。當(dāng)要求外沿處2片相近的葉片與罩筒相交線的水平投影相接時(shí)，Δ=πDxtanα/m-e-δ；當(dāng)要求外沿處2片相近的葉片與罩筒相交線的水平投影有部分重疊時(shí)，Δ>πDxtanα/m-e-δ。設(shè)計(jì)時(shí)，按外沿處2片相近的葉片與罩筒相交線的水平投影相接考慮，故Δ=0.022 6 m。罩桶高度實(shí)際值Hz=0.224+Δ=0.246 6 m，取Hz=245 mm。

(10)溢流口總面積Ay：Ay=Ls/Us，其中Ls為液體流量，Us為溢流管內(nèi)降液速度(一般選經(jīng)驗(yàn)值0.2 m/s)。因增加的溶液量在12～13 m3/h，則Ls=0.003 5 m3/s，根據(jù)計(jì)算得出溢流口總面積Ay=0.105 m2。

(11)溢流管直徑b：本設(shè)計(jì)采用6個(gè)圓形溢流口圓周分布，使用Φ57 mm×4 mm無縫鋼管作為溢流管，圓形溢流管下半部采用U形液封，有效液封高度約50 mm，溢流管底部出口與水平方向呈30°角且靠近塔壁，以便于液體沿塔壁流下。受液槽底板到溢流管底的距離H取400 mm。

(12)壓力降ΔP：按半經(jīng)驗(yàn)公式ΔP≈19.615Fo2/2g+17.655FoUs+19.615求解，其中g(shù)為重力加速度，根據(jù)計(jì)算求出ΔP≈178.02 Pa。

(13)塔頂氣液分離空間高度Hy取800 mm。為了防止塔壁液膜上爬到塔頂，在塔頂段分離空間內(nèi)壁增加了4條Φ6 mm圓鋼彎成的螺旋線，使沿壁螺旋上爬的液膜折為螺旋下行。

3 改造后運(yùn)行效果

改造后，脫硫溶液中的總硬度均在5 mg/L以下，噴射器喉管徑疏通后能維持很長的運(yùn)行時(shí)間。現(xiàn)場通過水銀玻璃管壓差計(jì)實(shí)測旋流板除沫器阻力在0.27 kPa左右，基本與理論計(jì)算相符，解決了因半脫循環(huán)水水質(zhì)差造成的脫硫溶液污染問題，進(jìn)而保證了系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2014- 05- 08)