楊澤芳 王 凱 杜曉杰

（西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院，陜西 西安 710055）

水煤漿氣化文丘里管壓降的計(jì)算分析

楊澤芳 王 凱 杜曉杰

（西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院，陜西 西安 710055）

本文介紹了水煤漿氣化文丘里管壓降的組成部分和計(jì)算方法，并結(jié)合工程實(shí)例計(jì)算分析了文丘里管各部分壓降的比重，得出了主要壓降為液滴加速壓降、喉管兩相流動(dòng)摩擦壓降和收縮管擴(kuò)張管的局部壓降。

水煤漿氣化文丘里管；壓力損失；兩相流計(jì)算

1. 前言

文丘里洗滌器是一種高效濕式洗滌器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉操作方便、凈化效率高等優(yōu)點(diǎn)，在捕集被污染氣體中的細(xì)小粉塵以及吸收氣態(tài)污染物方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性，故在化工領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。

GE水煤漿氣化裝置的文丘里管就是典型的文丘里洗滌器。從氣化爐激冷室出來(lái)的合成氣首先經(jīng)過(guò)文丘里管，使其中的細(xì)灰顆粒被充分潤(rùn)濕，并附著在液滴表面。合成氣進(jìn)入碳洗塔后，大部分細(xì)灰進(jìn)入到塔釜的灰水中。含有少量細(xì)灰的合成氣進(jìn)入上部塔板進(jìn)行二次洗滌，合成氣和自變換工段的凝液在碳洗塔的塔盤(pán)上接觸，使出碳洗塔的合成氣的灰含量降低到1ppm以下，以滿足下游工段進(jìn)氣的要求。

假如合成氣中的細(xì)灰在文丘里管內(nèi)沒(méi)有被有效捕集，那么進(jìn)入碳洗塔塔盤(pán)的合成氣含灰量會(huì)顯著增高，隨著時(shí)間的推移，大量的灰堆積在塔盤(pán)上，堵塞板孔，導(dǎo)致板壓降升高，并且出碳洗塔的合成氣嚴(yán)重帶灰?guī)?，無(wú)法繼續(xù)送往下游工段。因此合理設(shè)計(jì)文丘里管，對(duì)生產(chǎn)合格的合成氣影響甚大。

2 文丘里管的洗滌原理

將氣體中的固體顆粒分離出來(lái)，必須具備幾個(gè)基本條件：首先是有分離界面，可以讓顆粒附著在這個(gè)界面上，如容器壁面，其他固體表面，織物、纖維表面，液膜和液滴表面等。其二是有能使顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡與氣體流線不同的作用力，如重力，離心力，慣性力，擴(kuò)散力，靜電力和直接攔截形成的阻力等。其三是有足夠的時(shí)間使顆粒移動(dòng)到分界面上。最后是能使已附著在界面上的顆粒不斷被除去，或有新的界面產(chǎn)生，使顆粒不再返回混入的氣體中。

文丘里管的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。整個(gè)文丘里管由入口彎頭、洗滌水噴嘴、收縮管，喉管，擴(kuò)張管和出口直管段組成。洗滌水經(jīng)N3口進(jìn)入，在N3口端頭開(kāi)有若干φ10的小孔，洗滌水經(jīng)過(guò)噴嘴的初次霧化，首先形成大顆粒液滴，后進(jìn)入喉管，被高速氣流破碎成更小的霧滴，形成大量氣固接觸的界面。在喉管的前端，液滴流速遠(yuǎn)低于氣體流速，高速氣體夾帶著固體顆粒沖擊液滴表面，使固體顆粒被潤(rùn)濕，或附著在液滴表面。浸潤(rùn)的固體顆粒和附有固體顆粒的液滴進(jìn)入碳洗塔，在重力作用下，從合成氣主體中分離出來(lái)。

影響文丘里管洗滌效果的因素主要有：喉管直徑，喉管長(zhǎng)度，洗滌水用量和噴嘴形式等。

喉管直徑是洗滌器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。只有達(dá)到一定的氣速，才能形成液滴和固體顆粒之間強(qiáng)烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。固體顆粒不斷沖擊液滴表面，液滴不斷被破碎。氣速越高，液滴的霧化效果越好，產(chǎn)生的固液接觸界面越大，更多灰顆粒被液滴潤(rùn)濕包裹、洗滌效果越好。而另一方面，氣速越高產(chǎn)生的壓降也越大。權(quán)衡兩者，對(duì)于除塵要求不高的情況，喉管的氣速一般控制在40～60m/s，而對(duì)于除塵要求較高的情況，氣速可取到80～120m/s。

喉管段提供了氣液充分混合的空間。在喉管入口處，由于氣體和液滴存在較大的流速差，液滴在氣體的拖曳下被不斷加速，直至達(dá)到氣速，此時(shí)氣液達(dá)到充分混合。因此當(dāng)喉管有足夠的長(zhǎng)度，使得出口處的氣液達(dá)到充分混合時(shí)，除塵效果最好。但喉管長(zhǎng)度越長(zhǎng)壓降也越大。通常喉管長(zhǎng)度為10倍的喉管直徑。

洗滌水量對(duì)洗滌效果也有重要影響。液氣比越大，氣體流動(dòng)越到的液滴越多，洗滌效果越好。

噴嘴的形式：開(kāi)孔大小，噴入的角度，開(kāi)孔數(shù)直接影響液體的霧化效果，因此對(duì)洗滌效果也有重要影響。

3 結(jié)論

本文簡(jiǎn)要分析了水煤漿氣化文丘里管的洗滌原理及影響洗滌效果的因素。采用分段的方法分析了文丘里管的壓降，并給出了計(jì)算方法。結(jié)合工程實(shí)例計(jì)算了文丘里管的壓降，并比較了各部分壓降的比重，得出文丘里管的主要壓降為液滴加速壓降、喉管內(nèi)的兩相流摩擦壓降和收縮管擴(kuò)張管的局部壓降。

[1] 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版 化學(xué)工業(yè)出版社

[2] 噴嘴洗滌器運(yùn)行改造總結(jié) 黨孟海 1996.8

[3] 文丘里洗滌器壓力損失的計(jì)算 段振亞等 化學(xué)工業(yè)與工程 2006.3

G322

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1007-6344（2015）10-0067-01

楊澤芳（1986年6月），女，山西臨汾，碩士，助理工程師，西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院， 710055