水煤漿氣化文丘里管壓降的計算分析

楊澤芳 王 凱 杜曉杰

（西安建筑科技大學材料與礦資學院，陜西 西安 710055）

水煤漿氣化文丘里管壓降的計算分析

楊澤芳 王 凱 杜曉杰

（西安建筑科技大學材料與礦資學院，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算方法，并結合工程實例計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、喉管兩相流動摩擦壓降和收縮管擴張管的局部壓降。

水煤漿氣化文丘里管；壓力損失；兩相流計算

1. 前言

文丘里洗滌器是一種高效濕式洗滌器，具有結構簡單、造價低廉操作方便、凈化效率高等優點，在捕集被污染氣體中的細小粉塵以及吸收氣態污染物方面具有獨特的優越性，故在化工領域中應用廣泛。

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的合成氣首先經過文丘里管，使其中的細灰顆粒被充分潤濕，并附著在液滴表面。合成氣進入碳洗塔后，大部分細灰進入到塔釜的灰水中。含有少量細灰的合成氣進入上部塔板進行二次洗滌，合成氣和自變換工段的凝液在碳洗塔的塔盤上接觸，使出碳洗塔的合成氣的灰含量降低到1ppm以下，以滿足下游工段進氣的要求。

假如合成氣中的細灰在文丘里管內沒有被有效捕集，那么進入碳洗塔塔盤的合成氣含灰量會顯著增高，隨著時間的推移，大量的灰堆積在塔盤上，堵塞板孔，導致板壓降升高，并且出碳洗塔的合成氣嚴重帶灰帶水，無法繼續送往下游工段。因此合理設計文丘里管，對生產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，必須具備幾個基本條件：首先是有分離界面，可以讓顆粒附著在這個界面上，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動軌跡與氣體流線不同的作用力，如重力，離心力，慣性力，擴散力，靜電力和直接攔截形成的阻力等。其三是有足夠的時間使顆粒移動到分界面上。最后是能使已附著在界面上的顆粒不斷被除去，或有新的界面產生，使顆粒不再返回混入的氣體中。

文丘里管的結構圖如圖1所示。整個文丘里管由入口彎頭、洗滌水噴嘴、收縮管，喉管，擴張管和出口直管段組成。洗滌水經N3口進入，在N3口端頭開有若干φ10的小孔，洗滌水經過噴嘴的初次霧化，首先形成大顆粒液滴，后進入喉管，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，使固體顆粒被潤濕，或附著在液滴表面。浸潤的固體顆粒和附有固體顆粒的液滴進入碳洗塔，在重力作用下，從合成氣主體中分離出來。

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

喉管直徑是洗滌器設計的關鍵。只有達到一定的氣速，才能形成液滴和固體顆粒之間強烈的相對運動。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，產生的固液接觸界面越大，更多灰顆粒被液滴潤濕包裹、洗滌效果越好。而另一方面，氣速越高產生的壓降也越大。權衡兩者，對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，直至達到氣速，此時氣液達到充分混合。因此當喉管有足夠的長度，使得出口處的氣液達到充分混合時，除塵效果最好。但喉管長度越長壓降也越大。通常喉管長度為10倍的喉管直徑。

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

噴嘴的形式：開孔大小，噴入的角度，開孔數直接影響液體的霧化效果，因此對洗滌效果也有重要影響。

3 結論

本文簡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，并給出了計算方法。結合工程實例計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、喉管內的兩相流摩擦壓降和收縮管擴張管的局部壓降。

[1] 《化工工藝設計手冊》第三版 化學工業出版社

[2] 噴嘴洗滌器運行改造總結 黨孟海 1996.8

[3] 文丘里洗滌器壓力損失的計算 段振亞等 化學工業與工程 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，西安建筑科技大學材料與礦資學院， 710055