合成氨造氣洗氣塔的技術改造總結

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，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，每套系統由2臺洗氣塔串聯。由于洗氣塔降溫效果差，夏季生產時氣柜出口半水煤氣溫度達48 ℃，嚴重影響后段產量。為此，2014年3月，在系統檢修期間對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，實現了裝置的長周期穩定運行，創造了良好的經濟效益。

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，其功能是讓流經噴頭的循環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]。由于造氣循環水質非常差，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。

第1次技改是蝸牛噴頭：這種噴頭由于材質為鑄鐵，且內部流通直徑小(僅10 mm)，煤泥和煤焦油易黏附在內壁上，進而造成噴頭堵塞嚴重；且安裝數量多，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比較受推崇的SX無填料噴淋洗氣塔技術，可根椐生產技術需要設計噴嘴的數量和孔徑。由于中能化工造氣崗位循環水經過洗氣塔換熱除塵后，經填料式冷卻塔換熱，造成循環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水中，其腐蝕性較強。即使循環水做了技改，如過濾、沉淀、加藥，也避免不了上述問題，噴頭經常堵塞，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點。此種技術發揮了前三者的優點，減少了其缺點，而且相較于其他塔型而言，既能長期穩定運行，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不能讓循環水中的雜質堵塞噴頭，故設計時采用內徑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，循環水被擊碎霧化，以達到均勻分布；③由于造氣循環水腐蝕性較強，因此噴頭在材質上采用不銹鋼管進行加工。噴頭設計示意見圖1(材質為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水，通過洗氣塔上水管進入塔內各噴頭支管，然后進入噴頭，通過噴嘴沖擊到噴頭的齒形折流板上，部分循環水被齒形均勻分布；另一部分循環水被折流到齒形反射板上，循環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，能與循環水充分接觸，發生熱的交換和除塵，最終煤氣溫度被降低。由于內孔設計較大(DN50 mm)，在高壓水的作用下根本不會發生堵塞，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下流的循環水落到角鋼的脊背上被擊碎散射，增加了循環水在塔內的霧化效果(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：洗氣塔內下流的循環水，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：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 經濟效益分析

3.1 經濟效益

供氣車間西廠造氣20臺煤氣爐生產的半水煤氣供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 ℃時的生產能力為39.35 t/h，壓縮機一段進口在40 ℃時的生產能力為37.85 t/h，增加生產能力1.50 t/h，生產能力提高了5.56%。按全年生產天數為350 d計，則全年增加總氨產量為12 600 t。此增加的產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件有噴淋、角鋼穿流塔盤、瓷環填料、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(表中數據基于同等的氣量、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化，工藝流程更加合理，裝置能實現長周期穩定運行，提高了裝置的經濟性。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計劃將該技術在化工車間推廣和應用，使后續崗位的換熱效果得到大幅改善，優化生產條件，對節能減排起到積極的推動和示范作用，社會、環境效益顯著。