合成氨造氣洗氣塔的技術(shù)改造總結(jié)

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(jìn)入氣柜前，溫度高、粉塵多，一般流程設(shè)計(jì)中會(huì)設(shè)置多個(gè)洗氣塔串聯(lián)，以降低半水煤氣溫度并除塵，然后進(jìn)入后段工序。洗氣塔的降溫效果是影響后段生產(chǎn)的一個(gè)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(tái)洗氣塔串聯(lián)。由于洗氣塔降溫效果差，夏季生產(chǎn)時(shí)氣柜出口半水煤氣溫度達(dá)48 ℃，嚴(yán)重影響后段產(chǎn)量。為此，2014年3月，在系統(tǒng)檢修期間對(duì)1#、3#造氣洗氣塔分別進(jìn)行改造。從檢修的結(jié)果看，技改效果較理想，實(shí)現(xiàn)了裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)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(yán)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(jìn)而造成噴頭堵塞嚴(yán)重；且安裝數(shù)量多，1臺(tái)Ф 3 200 mm造氣洗氣塔共安裝60個(gè)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(shè)計(jì)雖效果尚可，噴頭不堵塞，但設(shè)計(jì)復(fù)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(shù)，可根椐生產(chǎn)技術(shù)需要設(shè)計(jì)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(shí)也排入循環(huán)水中，其腐蝕性較強(qiáng)。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(shí)就必須清理噴頭。

目前，供氣車間結(jié)合上述幾種噴頭的設(shè)計(jì)原理和優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shù)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(shè)計(jì)成齒形，形成淋降的液流，增大了氣液的接觸機(jī)會(huì)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(diǎn)。此種技術(shù)發(fā)揮了前三者的優(yōu)點(diǎn)，減少了其缺點(diǎn)，而且相較于其他塔型而言，既能長期穩(wěn)定運(yùn)行，效率又高。從2014年1月大修技改，2臺(tái)洗氣塔運(yùn)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(yùn)行維修費(fèi)用較低。

1.2 噴頭設(shè)計(jì)

噴頭在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)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(shí)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(shè)計(jì)成2道鋸齒分布，循環(huán)水被擊碎霧化，以達(dá)到均勻分布；③由于造氣循環(huán)水腐蝕性較強(qiáng)，因此噴頭在材質(zhì)上采用不銹鋼管進(jìn)行加工。噴頭設(shè)計(jì)示意見圖1(材質(zhì)為304不銹鋼，鋸齒均勻分布)。

圖1 噴頭設(shè)計(jì)示意

設(shè)計(jì)原理是：具有一定壓力的循環(huán)水，通過洗氣塔上水管進(jìn)入塔內(nèi)各噴頭支管，然后進(jìn)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(shè)計(jì)較大(DN50 mm)，在高壓水的作用下根本不會(huì)發(fā)生堵塞，且安裝拆卸方便。

1.3 氣體分布器設(shè)計(jì)

圖2 角鋼齒形分布器示意

洗氣塔能達(dá)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(jìn)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(huì)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(dá)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(shù)改造

2014年3月，供氣車間在檢修期間對(duì)1#、2#造氣洗氣塔分別進(jìn)行改造，從檢修的結(jié)果看，達(dá)到了良好的預(yù)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(shè)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(shè)置3層齒形角鋼分布器，間隔300 mm。氣體進(jìn)、出口DN1 500 mm；液體進(jìn)口3個(gè) DN250 mm，液體出口DN500 mm。

2 改造后的運(yùn)行效果

洗氣塔技改前、后降溫效果的對(duì)比見表1。

表1 洗氣塔技改前、后降溫效果的對(duì)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(jì)效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

供氣車間西廠造氣20臺(tái)煤氣爐生產(chǎn)的半水煤氣供3臺(tái)6M50、4臺(tái)4M50、2臺(tái)MH、1臺(tái)H12壓縮機(jī)，一段進(jìn)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(jì)算出壓縮機(jī)一段進(jìn)口在34 ℃時(shí)的生產(chǎn)能力為39.35 t/h，壓縮機(jī)一段進(jìn)口在40 ℃時(shí)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(jì)，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(jī)打氣量獲得的，在成本計(jì)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(jì)，則全年直接效益約為126萬元。

3.2 投資效益對(duì)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(jié)構(gòu)性能及費(fèi)用對(duì)比見表2(表中數(shù)據(jù)基于同等的氣量、水量和進(jìn)氣溫度)。

表2 洗氣塔不同結(jié)構(gòu)性能及費(fèi)用對(duì)比

由表2可知；采用該技術(shù)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(fèi)也降低0.5萬元。

4 結(jié)語

通過此次對(duì)造氣洗氣塔的改造優(yōu)化，工藝流程更加合理，裝置能實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行，提高了裝置的經(jīng)濟(jì)性。由于該技術(shù)在實(shí)踐中取得了良好的效果，2015年11月在設(shè)備大修時(shí)，對(duì)3#、5#造氣洗氣塔也進(jìn)行了技改，達(dá)到了預(yù)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(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等動(dòng)力設(shè)備的機(jī)械效率。現(xiàn)計(jì)劃將該技術(shù)在化工車間推廣和應(yīng)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(duì)節(jié)能減排起到積極的推動(dòng)和示范作用，社會(huì)、環(huán)境效益顯著。