煤氣化技術中粗煤氣洗滌塔的工藝優(yōu)化

郭盼春 陳海全 劉 軍 張 波

(新疆天智辰業(yè)化工有限公司,新疆 石河子832000)

眾所周知,“貧油、富煤、少氣”是我國能源結構的基本特征。隨著經濟的快速發(fā)展及深化改革,在貧油富煤的能源格局下,通過發(fā)展煤化工替代石油化工產品成為化解石油不足的轉型戰(zhàn)略。煤氣化是煤炭清潔高效轉化的核心,也是發(fā)展煤化工產品的基礎。煤氣化生產的煤氣可用于電力、合成油、煤基化學品、氫氣等的生產,但這些產品的生產對煤氣質量有嚴格的要求,因此為滿足下游工藝的需求,對粗煤氣進行洗滌凈化、除去粗煤氣中的灰分是必要的,也是必然的。

煤氣化技術中粗煤氣洗滌工藝大致可分為兩種:一種是以殼牌Shell 爐為代表的干法除塵,即粗煤氣冷卻器；另一種是以德士古為代表的水洗除塵,即文丘里+洗滌塔組合方式[1]。更多的煤氣化用戶選擇了洗滌塔的除塵工藝,以德士古、航天爐、清華爐為代表的爐型使用洗滌塔內部均為下降管、分布器、塔盤、除沫器,此類結構,在粗煤氣進洗滌塔之前安裝有文丘里洗滌器,普遍使用洗滌塔上清液作為文丘里增濕除塵水,個別使用分離洗滌塔,進行上端除塵洗滌凈化,下端氣液分離。其工藝更穩(wěn)定可靠,操作簡單,但仍然存在某些不足和缺點:(1)洗滌塔灰水上清液含固量較高,容易造成文丘里噴頭堵塞,長時間運行洗滌效果下降,粗煤氣帶灰嚴重,后工序無法繼續(xù)運行。(2)文丘里喉管處由于噴水管的存在,增加了粗煤氣經過文丘里的阻力,夾帶的灰塵凝結造成喉管堵塞,合成氣管線堵,氣化爐至洗滌塔系統(tǒng)壓差高,氣化爐燃燒室壓力高。(3)由于粗煤氣帶灰嚴重,洗滌塔分布器堵塞嚴重,洗滌塔壓差增加不利于氣化爐長周期運行,停車檢修時疏通分布器困難。(4)洗滌塔出口粗煤氣固含量高,汽氣比高,不能達到后工段使用要求,且設備檢修頻繁。(5)外置文丘里壓力等級高、材質特殊、造價高、工藝復雜、占地面積大。

針對以上問題,本文提出了一種設備簡單、成本低、洗滌效果良好、運行穩(wěn)定的煤氣化粗煤氣洗滌塔。

1 粗煤氣洗滌塔的工作流程及原理

來自氣化爐的粗煤氣從粗煤氣入口通過導氣管進入文丘里,文丘里豎直安裝,文丘里喉管的外側設有一個水夾套,在文丘里喉管上設有若干沿圓周均勻分布的噴淋孔,后工段送來的冷凝液作為沖洗水,從文丘里噴淋水進口切向進入水夾套,噴淋水在水夾套內旋流,從噴淋孔噴出,在文丘里喉管處與粗煤氣接觸；增濕后的粗煤氣在壓差和重力作用下進入分布器,粗煤氣中固體顆粒通過分布器主管排渣管和分布器支管排渣孔進入水浴,從洗滌塔黑水出口流出洗滌塔；氣相部分從分布器主管和支管的出氣孔溢出,經過水浴后到達塔盤,在塔盤上與塔盤洗滌水進口的粗煤氣冷凝液接觸,增濕降溫后,大部分細灰隨塔盤洗滌水溢流進入水浴,氣相繼續(xù)上升遇到旋流板除霧器時,在旋流板除霧器葉片的碰撞下,損失動能的液體和少部分細灰在重力作用下落在塔盤上,干凈的水煤氣從洗滌塔頂部的水煤氣出口進入后工段。

2 粗煤氣洗滌塔的結構及各部件說明

2.1 粗煤氣洗滌塔的結構

粗煤氣洗滌塔主要由以下幾部分組成:旋流板除霧器、塔盤洗滌水進口、塔盤、文丘里噴淋水進口、粗煤氣導氣管、文丘里、高壓灰水進口、分布器、分布器主管排渣管、洗滌塔黑水出口、分布器進氣管、文丘里沖洗水出口、文丘里粗煤氣進口、干凈的水煤氣出口。其結構見圖1。

圖1 粗煤氣洗滌塔結構圖

2.2 粗煤氣洗滌塔的結構及各部件說明

2.2.1 文丘里。本文所述的粗煤氣洗滌塔對常規(guī)的文丘里進行了工藝優(yōu)化,將文丘里豎直安裝在洗滌塔內部,在文丘里喉管的外側設有一個水夾套,在喉管上設有若干沿圓周均勻分布的噴淋孔,噴淋孔直徑5-10mm,噴淋孔的中心線與文丘里喉管的軸線有一定的夾角。冷凝液從文丘里噴淋水進口沿切向進入水夾套,噴淋水在水夾套內旋流,從噴淋孔噴出,在文丘里喉管處與粗煤氣接觸,增濕后的粗煤氣在壓差和重力作用下進入分布器。當系統(tǒng)長期運行水夾套結垢時,可以通過文丘里沖洗水出口將水排出,對水夾套進行沖洗,有效解決了文丘里洗滌器水夾套易堵塞的問題,可長期運行且不用將文丘里洗滌器拆開檢修清洗。優(yōu)化改造后的文丘里結構見圖2。

圖2 文丘里結構圖

2.2.2 分布器。文丘里的下端通過管道連接分布器,分布器設有一主管,主管底部設有直徑400-600mm 的排渣管,粗煤氣中較大的固體顆?？赏ㄟ^分布器主管排渣管導入洗滌塔底部,防止固體顆粒對水浴產生攪動；分布器主管兩側設有若干支管,支管底部均設有長度150-200mm、寬度10-20mm 的長條排渣孔,防止分布器堵塞,延長設備使用周期；分布器主管和支管上均設有兩排出氣孔；粗煤氣中固體顆粒通過分布器主管排渣管和分布器支管排渣孔進入水浴,從洗滌塔黑水出口流出洗滌塔；氣相部分從分布器主管和支管的出氣孔流出。分布器結構圖見圖3,其剖面圖見圖4。

圖3 分布器結構圖

圖4 分布器剖面圖

2.2.3 塔盤。粗煤氣洗滌塔中的塔盤選用固閥塔盤,設有四層。固閥塔盤也是目前煤氣化技術中使用較為廣泛、綜合性能較好的塔盤之一,該塔盤具有鼓泡均勻、液面梯度低、流動方向性好、阻力小、不易堵塞、操作彈性高、抗污垢強等優(yōu)點[2],且制造方便,成本較低。氣相部分從分布器主管和支管的出氣孔溢出,經過水浴后到達塔盤,在塔盤上與塔盤洗滌水進口的粗煤氣冷凝液接觸,增濕降溫后,大部分細灰隨塔盤洗滌水溢流進入水浴,氣相繼續(xù)上升。

2.2.4 旋流板除霧器。經過塔盤洗滌的氣相繼續(xù)上升遇到旋流板除霧器時,在旋流板除霧器葉片的碰撞下,損失動能的液體和少部分細灰在重力作用下落在塔盤上,干凈的水煤氣從洗滌塔頂部的水煤氣出口進入后工段。旋流板除霧器的主要作用是將粗煤氣中的水和少部分細灰旋出。

3 優(yōu)化改造后的有益效果

經過優(yōu)化改造后的粗煤氣洗滌塔具有以下優(yōu)點:(1)文丘里洗滌器旋流式設計有效解決了常規(guī)的文丘里洗滌器噴頭和喉管易堵塞的問題,可長期運行且不用拆開檢修清洗。(2)分布器增加排渣管和長條形排渣孔,有效防止分布器堵塞,延長運行周期。(3)改進后的文丘里洗滌器與分布器配合使用,消除了氣化爐和洗滌塔系統(tǒng)壓差高的隱患,降低了洗滌塔出口水煤氣的含固量,延長了設備使用周期,為后工段穩(wěn)定運行提供了有力保障。(4)文丘里洗滌器內置安裝,簡化了生產工藝,占地面積小,節(jié)約了生產成本。(5)實現(xiàn)了文丘里在線清洗,避免文丘里拆開檢修,降低了檢修勞動強度。

綜上所述,對粗煤氣洗滌塔進行工藝優(yōu)化,將文丘里安裝在洗滌塔內部,并將文丘里和分布器進行了技術改造,有效解決了常規(guī)的文丘里噴頭和喉管及分布器易堵塞的問題,結構簡單合理,投資少,達到了降本增效的目的；并且出洗滌塔的水煤氣含固量可控制在0.8mg/Nm3以下,以滿足下游系統(tǒng)的工藝需求,避免下游CO 變化催化劑因吸附細灰造成活性下降或失活[3],可廣泛應用于煤氣化技術中粗煤氣的初步洗滌工藝中。