煤氣化技術(shù)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(guó)能源結(jié)構(gòu)的基本特征。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及深化改革,在貧油富煤的能源格局下,通過(guò)發(fā)展煤化工替代石油化工產(chǎn)品成為化解石油不足的轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。煤氣化是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的核心,也是發(fā)展煤化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)。煤氣化生產(chǎn)的煤氣可用于電力、合成油、煤基化學(xué)品、氫氣等的生產(chǎn),但這些產(chǎn)品的生產(chǎn)對(duì)煤氣質(zhì)量有嚴(yán)格的要求,因此為滿足下游工藝的需求,對(duì)粗煤氣進(jìn)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(shù)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(nèi)部均為下降管、分布器、塔盤(pán)、除沫器,此類結(jié)構(gòu),在粗煤氣進(jìn)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(gè)別使用分離洗滌塔,進(jìn)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(jiǎn)單,但仍然存在某些不足和缺點(diǎn):(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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行洗滌效果下降,粗煤氣帶灰嚴(yán)重,后工序無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。(2)文丘里喉管處由于噴水管的存在,增加了粗煤氣經(jīng)過(guò)文丘里的阻力,夾帶的灰塵凝結(jié)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(yán)重,洗滌塔分布器堵塞嚴(yán)重,洗滌塔壓差增加不利于氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行,停車(chē)檢修時(shí)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(dá)到后工段使用要求,且設(shè)備檢修頻繁。(5)外置文丘里壓力等級(jí)高、材質(zhì)特殊、造價(jià)高、工藝復(fù)雜、占地面積大。

針對(duì)以上問(wèn)題,本文提出了一種設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、洗滌效果良好、運(yùn)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(lái)自氣化爐的粗煤氣從粗煤氣入口通過(guò)導(dǎo)氣管進(jìn)入文丘里,文丘里豎直安裝,文丘里喉管的外側(cè)設(shè)有一個(gè)水夾套,在文丘里喉管上設(shè)有若干沿圓周均勻分布的噴淋孔,后工段送來(lái)的冷凝液作為沖洗水,從文丘里噴淋水進(jìn)口切向進(jìn)入水夾套,噴淋水在水夾套內(nèi)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(jìn)入分布器,粗煤氣中固體顆粒通過(guò)分布器主管排渣管和分布器支管排渣孔進(jìn)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(jīng)過(guò)水浴后到達(dá)塔盤(pán),在塔盤(pán)上與塔盤(pán)洗滌水進(jìn)口的粗煤氣冷凝液接觸,增濕降溫后,大部分細(xì)灰隨塔盤(pán)洗滌水溢流進(jìn)入水浴,氣相繼續(xù)上升遇到旋流板除霧器時(shí),在旋流板除霧器葉片的碰撞下,損失動(dòng)能的液體和少部分細(xì)灰在重力作用下落在塔盤(pán)上,干凈的水煤氣從洗滌塔頂部的水煤氣出口進(jìn)入后工段。

2 粗煤氣洗滌塔的結(jié)構(gòu)及各部件說(shuō)明

2.1 粗煤氣洗滌塔的結(jié)構(gòu)

粗煤氣洗滌塔主要由以下幾部分組成:旋流板除霧器、塔盤(pán)洗滌水進(jìn)口、塔盤(pán)、文丘里噴淋水進(jìn)口、粗煤氣導(dǎo)氣管、文丘里、高壓灰水進(jìn)口、分布器、分布器主管排渣管、洗滌塔黑水出口、分布器進(jìn)氣管、文丘里沖洗水出口、文丘里粗煤氣進(jìn)口、干凈的水煤氣出口。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 粗煤氣洗滌塔結(jié)構(gòu)圖

2.2 粗煤氣洗滌塔的結(jié)構(gòu)及各部件說(shuō)明

2.2.1 文丘里。本文所述的粗煤氣洗滌塔對(duì)常規(guī)的文丘里進(jìn)行了工藝優(yōu)化,將文丘里豎直安裝在洗滌塔內(nèi)部,在文丘里喉管的外側(cè)設(shè)有一個(gè)水夾套,在喉管上設(shè)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(jìn)口沿切向進(jìn)入水夾套,噴淋水在水夾套內(nèi)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(jìn)入分布器。當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行水夾套結(jié)垢時(shí),可以通過(guò)文丘里沖洗水出口將水排出,對(duì)水夾套進(jìn)行沖洗,有效解決了文丘里洗滌器水夾套易堵塞的問(wèn)題,可長(zhǎng)期運(yùn)行且不用將文丘里洗滌器拆開(kāi)檢修清洗。優(yōu)化改造后的文丘里結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 文丘里結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 分布器。文丘里的下端通過(guò)管道連接分布器,分布器設(shè)有一主管,主管底部設(shè)有直徑400-600mm 的排渣管,粗煤氣中較大的固體顆粒可通過(guò)分布器主管排渣管導(dǎo)入洗滌塔底部,防止固體顆粒對(duì)水浴產(chǎn)生攪動(dòng)；分布器主管兩側(cè)設(shè)有若干支管,支管底部均設(shè)有長(zhǎng)度150-200mm、寬度10-20mm 的長(zhǎng)條排渣孔,防止分布器堵塞,延長(zhǎng)設(shè)備使用周期；分布器主管和支管上均設(shè)有兩排出氣孔；粗煤氣中固體顆粒通過(guò)分布器主管排渣管和分布器支管排渣孔進(jìn)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(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3,其剖面圖見(jiàn)圖4。

圖3 分布器結(jié)構(gòu)圖

圖4 分布器剖面圖

2.2.3 塔盤(pán)。粗煤氣洗滌塔中的塔盤(pán)選用固閥塔盤(pán),設(shè)有四層。固閥塔盤(pán)也是目前煤氣化技術(shù)中使用較為廣泛、綜合性能較好的塔盤(pán)之一,該塔盤(pán)具有鼓泡均勻、液面梯度低、流動(dòng)方向性好、阻力小、不易堵塞、操作彈性高、抗污垢強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[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(jīng)過(guò)水浴后到達(dá)塔盤(pán),在塔盤(pán)上與塔盤(pán)洗滌水進(jìn)口的粗煤氣冷凝液接觸,增濕降溫后,大部分細(xì)灰隨塔盤(pán)洗滌水溢流進(jìn)入水浴,氣相繼續(xù)上升。

2.2.4 旋流板除霧器。經(jīng)過(guò)塔盤(pán)洗滌的氣相繼續(xù)上升遇到旋流板除霧器時(shí),在旋流板除霧器葉片的碰撞下,損失動(dòng)能的液體和少部分細(xì)灰在重力作用下落在塔盤(pán)上,干凈的水煤氣從洗滌塔頂部的水煤氣出口進(jìn)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(xì)灰旋出。

3 優(yōu)化改造后的有益效果

經(jīng)過(guò)優(yōu)化改造后的粗煤氣洗滌塔具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)文丘里洗滌器旋流式設(shè)計(jì)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(wèn)題,可長(zhǎng)期運(yùn)行且不用拆開(kāi)檢修清洗。(2)分布器增加排渣管和長(zhǎng)條形排渣孔,有效防止分布器堵塞,延長(zhǎng)運(yùn)行周期。(3)改進(jìn)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(zhǎng)了設(shè)備使用周期,為后工段穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。(4)文丘里洗滌器內(nèi)置安裝,簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝,占地面積小,節(jié)約了生產(chǎn)成本。(5)實(shí)現(xiàn)了文丘里在線清洗,避免文丘里拆開(kāi)檢修,降低了檢修勞動(dòng)強(qiáng)度。

綜上所述,對(duì)粗煤氣洗滌塔進(jìn)行工藝優(yōu)化,將文丘里安裝在洗滌塔內(nèi)部,并將文丘里和分布器進(jìn)行了技術(shù)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(wèn)題,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理,投資少,達(dá)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(xì)灰造成活性下降或失活[3],可廣泛應(yīng)用于煤氣化技術(shù)中粗煤氣的初步洗滌工藝中。