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      合成氨造氣洗氣塔的技術改造總結

      2018-08-14 02:41:04
      氮肥與合成氣 2018年6期
      關鍵詞:造氣水煤氣齒形

      駱 青

      (安徽晉煤中能化工股份有限公司,安徽臨泉 236400)

      固定床間歇煤氣爐制取的半水煤氣進入氣柜前,溫度高、粉塵多,一般流程設計中會設置多個洗氣塔串聯(lián),以降低半水煤氣溫度并除塵,然后進入后段工序。洗氣塔的降溫效果是影響后段生產(chǎn)的一個重要因素。

      安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡稱中能化工)供氣車間造氣崗位共有3套造氣系統(tǒng),每套系統(tǒng)由2臺洗氣塔串聯(lián)。由于洗氣塔降溫效果差,夏季生產(chǎn)時氣柜出口半水煤氣溫度達48 ℃,嚴重影響后段產(chǎn)量。為此,2014年3月,在系統(tǒng)檢修期間對1#、3#造氣洗氣塔分別進行改造。從檢修的結果看,技改效果較理想,實現(xiàn)了裝置的長周期穩(wěn)定運行,創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

      1 主要改造措施

      1.1 洗氣塔的噴頭改造

      噴頭是空塔噴淋的主要部件,其功能是讓流經(jīng)噴頭的循環(huán)水均勻噴射并形成水霧,與上升半水煤氣充分接觸,從而起到降溫、除塵的效果[1-2]。由于造氣循環(huán)水質(zhì)非常差,解決噴頭堵塞是噴頭設計的一大難題。中能化工供氣車間造氣崗位洗氣塔先后經(jīng)歷了3次技改,但是降溫效果都不理想,嚴重制約著后段生產(chǎn)。

      第1次技改是蝸牛噴頭:這種噴頭由于材質(zhì)為鑄鐵,且內(nèi)部流通直徑小(僅10 mm),煤泥和煤焦油易黏附在內(nèi)壁上,進而造成噴頭堵塞嚴重;且安裝數(shù)量多,1臺Ф 3 200 mm造氣洗氣塔共安裝60個噴頭,檢修清理非常困難。

      第2次技改是角鋼穿流塔盤:這種設計雖效果尚可,噴頭不堵塞,但設計復雜、投資大、施工難度大、用水量很大、塔盤阻力大。

      第3次技改采用了目前化工行業(yè)比較受推崇的SX無填料噴淋洗氣塔技術,可根椐生產(chǎn)技術需要設計噴嘴的數(shù)量和孔徑。由于中能化工造氣崗位循環(huán)水經(jīng)過洗氣塔換熱除塵后,經(jīng)填料式冷卻塔換熱,造成循環(huán)水中帶有大顆粒塑料片、煤籽、煤泥、煤焦油,且脫硫廢液有時也排入循環(huán)水中,其腐蝕性較強。即使循環(huán)水做了技改,如過濾、沉淀、加藥,也避免不了上述問題,噴頭經(jīng)常堵塞,每年大修時就必須清理噴頭。

      目前,供氣車間結合上述幾種噴頭的設計原理和優(yōu)缺點,設計出一種通量大、無堵塞的齒形沖濺式噴頭,并在洗氣塔內(nèi)部做了技術改造,塔壁安裝氣體分布器,塔下部氣液的接觸充分,角鋼的邊緣設計成齒形,形成淋降的液流,增大了氣液的接觸機會與面積,提高了降溫、除塵的效果,它繼承了淋降式塔板的優(yōu)點。此種技術發(fā)揮了前三者的優(yōu)點,減少了其缺點,而且相較于其他塔型而言,既能長期穩(wěn)定運行,效率又高。從2014年1月大修技改,2臺洗氣塔運行至今效果明顯,洗氣塔未檢修過,洗氣塔的降溫效果和水量沒有改變,運行維修費用較低。

      1.2 噴頭設計

      噴頭在設計上主要從兩方面考慮:①不能讓循環(huán)水中的雜質(zhì)堵塞噴頭,故設計時采用內(nèi)徑DN50 mm的不銹鋼管作為噴頭的噴嘴,其流通直徑是原噴頭的2.5倍;②噴頭出水時要分布均勻,具有霧化效果,使其與氣體充分接觸換熱,故出水口設計成2道鋸齒分布,循環(huán)水被擊碎霧化,以達到均勻分布;③由于造氣循環(huán)水腐蝕性較強,因此噴頭在材質(zhì)上采用不銹鋼管進行加工。噴頭設計示意見圖1(材質(zhì)為304不銹鋼,鋸齒均勻分布)。

      圖1 噴頭設計示意

      設計原理是:具有一定壓力的循環(huán)水,通過洗氣塔上水管進入塔內(nèi)各噴頭支管,然后進入噴頭,通過噴嘴沖擊到噴頭的齒形折流板上,部分循環(huán)水被齒形均勻分布;另一部分循環(huán)水被折流到齒形反射板上,循環(huán)水再一次被均勻反射擊碎噴出,最終形成傘狀霧化水面。半水煤氣穿過傘狀霧化水面及下流的水霧形成水汽混合物,能與循環(huán)水充分接觸,發(fā)生熱的交換和除塵,最終煤氣溫度被降低。由于內(nèi)孔設計較大(DN50 mm),在高壓水的作用下根本不會發(fā)生堵塞,且安裝拆卸方便。

      1.3 氣體分布器設計

      圖2 角鋼齒形分布器示意

      洗氣塔能達到降溫除塵目的,主要是保證噴頭的噴水量和噴水效果,其次是保證半水煤氣均勻分布不偏流,使上升的氣流與下降的水霧充分接觸換熱,因此洗氣塔在解決噴頭問題后,進一步要解決氣流均勻分布。即在洗氣塔的中下部安裝3層角鋼齒形氣體分布器(材料為Q235角鋼,齒形為等邊三角形均勻分布),其作用是:①下流的循環(huán)水落到角鋼的脊背上被擊碎散射,增加了循環(huán)水在塔內(nèi)的霧化效果(見圖2);②上升的半水煤氣穿過均勻分散的角鋼分布器被均勻分散,不會發(fā)生氣體偏流,保證水與氣的充分接觸[3-4]。

      其工作原理:洗氣塔內(nèi)下流的循環(huán)水,落到齒形角鋼的脊背上被擊碎散射(見圖3);上升的半水煤氣穿過分散的齒形角鋼分布器被均勻分散,與霧化狀的循環(huán)水充分混合換熱,半水煤氣攜帶粉塵與被加熱的水流下降到塔底,達到半水煤氣降溫除塵的效果[5]。

      圖3 氣體分布器工作原理示意

      1.4 洗氣塔的技術改造

      2014年3月,供氣車間在檢修期間對1#、2#造氣洗氣塔分別進行改造,從檢修的結果看,達到了良好的預期效果。

      1#、2#造氣洗氣塔技改參數(shù):塔體Φ3 600 mm×17 400 mm,氣量60 000 m3/h(溫度150~75 ℃,壓力0.004 MPa),液量900 m3/h(溫度≤32 ℃,壓力≥0.39 MPa)。設置3層噴頭,每層5只,共15只,上噴、空塔噴淋。洗氣塔中、下部設置3層齒形角鋼分布器,間隔300 mm。氣體進、出口DN1 500 mm;液體進口3個 DN250 mm,液體出口DN500 mm。

      2 改造后的運行效果

      洗氣塔技改前、后降溫效果的對比見表1。

      表1 洗氣塔技改前、后降溫效果的對比

      由表1可知:技改后,1#洗氣塔出口煤氣溫度降低了17 ℃,2#洗氣塔出口煤氣溫度降低27 ℃,氣柜出口煤氣溫度降低了6 ℃,降溫效果較為明顯。

      3 經(jīng)濟效益分析

      3.1 經(jīng)濟效益

      供氣車間西廠造氣20臺煤氣爐生產(chǎn)的半水煤氣供3臺6M50、4臺4M50、2臺MH、1臺H12壓縮機,一段進氣壓力38 kPa,34 ℃水蒸氣分壓為5 319 Pa, 40 ℃水蒸氣分壓為73 814 Pa,則計算出壓縮機一段進口在34 ℃時的生產(chǎn)能力為39.35 t/h,壓縮機一段進口在40 ℃時的生產(chǎn)能力為37.85 t/h,增加生產(chǎn)能力1.50 t/h,生產(chǎn)能力提高了5.56%。按全年生產(chǎn)天數(shù)為350 d計,則全年增加總氨產(chǎn)量為12 600 t。此增加的產(chǎn)量主要是降低半水煤氣溫度、增加壓縮機打氣量獲得的,在成本計算上除消耗半水煤氣外,其余消耗成本基本不增加。按合成氨效益100元/t計,則全年直接效益約為126萬元。

      3.2 投資效益對比

      目前,多見的半水煤氣洗氣塔內(nèi)件有噴淋、角鋼穿流塔盤、瓷環(huán)填料、不銹鋼格柵填料等幾種,以常見的Φ3 600 mm洗氣塔為例,不同結構性能及費用對比見表2(表中數(shù)據(jù)基于同等的氣量、水量和進氣溫度)。

      表2 洗氣塔不同結構性能及費用對比

      由表2可知;采用該技術改造后,不僅從成本上可直接降低9萬元左右,而且由于安裝方便,人工安裝費也降低0.5萬元。

      4 結語

      通過此次對造氣洗氣塔的改造優(yōu)化,工藝流程更加合理,裝置能實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行,提高了裝置的經(jīng)濟性。由于該技術在實踐中取得了良好的效果,2015年11月在設備大修時,對3#、5#造氣洗氣塔也進行了技改,達到了預期的效果:洗氣塔出口半水煤氣溫度同期條件下降低了10 ℃,煤氣溫度的降低提高了羅茨鼓風機、壓縮機等動力設備的機械效率?,F(xiàn)計劃將該技術在化工車間推廣和應用,使后續(xù)崗位的換熱效果得到大幅改善,優(yōu)化生產(chǎn)條件,對節(jié)能減排起到積極的推動和示范作用,社會、環(huán)境效益顯著。

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