水煤漿氣化裝置混合器改造總結(jié)

王德勝，丁盼盼

(寧波中金石化有限公司 浙江寧波 315203)

寧波中金石化有限公司氣化裝置以石油焦為氣化原料，氣化產(chǎn)生的水煤氣經(jīng)洗滌單元后進(jìn)入廢熱鍋爐回收余熱，再通過(guò)換熱器降溫、降濕后進(jìn)入MDEA脫硫裝置，最終生產(chǎn)出合格的合成氣供后工序使用。隨著氣化裝置的投運(yùn)，出現(xiàn)了合成氣含塵量高的問(wèn)題。停車拆檢洗滌單元的混合器，發(fā)現(xiàn)其管道壁面有明顯的結(jié)垢現(xiàn)象；調(diào)閱DCS運(yùn)行記錄，發(fā)現(xiàn)混合器進(jìn)出口壓差以1.5 kPa/d的速率增長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)此狀況，對(duì)混合器進(jìn)行了改造。

1 洗滌單元簡(jiǎn)介

來(lái)自氣化爐激冷室的飽和水煤氣與來(lái)自黑水循環(huán)泵的黑水在混合器內(nèi)混合，使水煤氣中夾帶的固體顆粒完全潤(rùn)濕并被除去，然后水與水煤氣的混合物進(jìn)入旋風(fēng)分離器。在旋風(fēng)分離器內(nèi)，氣相中的大部分細(xì)灰進(jìn)入液相(31 m3/h，173 ℃，1.4 MPa)，黑水送黑水處理工段。出旋風(fēng)分離器的水煤氣進(jìn)入水洗塔的塔板下部，水煤氣向上穿過(guò)塔板，與塔中部來(lái)自蒸發(fā)熱水塔的高溫灰水、塔上部加入的鍋爐水和來(lái)自熱回收裝置的冷凝液逆流直接接觸，洗滌剩余的固體顆粒，同時(shí)伴隨著水煤氣降濕、相變及灰水升溫等過(guò)程。水煤氣在水洗塔頂部經(jīng)旋流板除沫器除去夾帶的霧沫，使水氣比達(dá)到約0.92、含塵質(zhì)量濃度<1 mg/m3(標(biāo)態(tài))。水煤氣洗滌單元工藝流程如圖1所示。

2 混合器的改造

2.1 改造前混合器簡(jiǎn)介

圖1 水煤氣洗滌單元工藝流程

圖2 改造前混合器結(jié)構(gòu)

圖3 洗滌水噴頭

改造前混合器結(jié)構(gòu)如圖2所示。洗滌水流入混合器內(nèi)的噴頭(圖3)后，在噴頭內(nèi)形成水膜，由于洗滌水管及套管的存在，濕煤氣被加速并與旋轉(zhuǎn)水膜進(jìn)行動(dòng)量交換，洗滌水被霧化，再由噴頭霧化噴出。在套管段中，煤氣保持高速流動(dòng)，液滴與液滴之間、液滴與灰粒之間劇烈碰撞，此時(shí)凝并大于分裂，液滴得以長(zhǎng)大，為獲得下游良好的旋風(fēng)分離效果奠定了基礎(chǔ)。

2.2 改造后混合器簡(jiǎn)介

改造后混合器(圖4)主要由收縮段、喉管和擴(kuò)散段3部分組成，除塵過(guò)程分為霧化、凝聚和除霧3個(gè)階段，其中霧化和凝聚在文丘里管內(nèi)進(jìn)行，除霧在旋風(fēng)分離器內(nèi)完成[1]。

在文丘里管中，捕塵體均為液滴和液膜，氣液兩相接觸表面是液滴和液膜表面。用液滴捕集含塵氣體中的粉塵粒子涉及到慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散力、離心力、重力等沉降捕塵機(jī)理，但對(duì)于粒徑大于0.5 μm的粉塵粒子，在沒(méi)有強(qiáng)電場(chǎng)力作用下，主要捕塵機(jī)理是慣性碰撞[2]。含塵氣體進(jìn)入收縮段后流速增大，進(jìn)入喉管時(shí)流速達(dá)到最大值；洗滌液在收縮段和喉管中被霧化為細(xì)小的液滴后進(jìn)入洗滌水噴頭，氣液兩相間相對(duì)流速很大，氣體完全被液體所飽和，塵粒表面附著的氣膜被沖破，使塵粒被液體潤(rùn)濕，因此在塵粒與液滴或塵粒之間發(fā)生劇烈的碰撞、凝聚。在擴(kuò)散段，氣體速度逐漸降低，壓力逐漸回升；由于慣性影響，液滴速度可能高于氣速，使這種以塵粒為凝結(jié)核的凝聚作用發(fā)生得更快，并形成直徑較大的含塵液滴。

圖4 改造后混合器結(jié)構(gòu)

2.3 混合器改造前后說(shuō)明

與改造前相比，改造后的混合器有以下幾點(diǎn)不同。

(1) 內(nèi)部管件改成了文丘里管，相當(dāng)于增加了擴(kuò)散段。由于改造前混合器內(nèi)沒(méi)有擴(kuò)散管，一方面氣流保持著高流速，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，聚集的塵粒和液滴也逐漸變大，從而導(dǎo)致摩擦力增大，影響了聚集物的速度(與文丘里管不同，聚集物的速度可能會(huì)低于氣流速度)，造成聚集效率下降；另一方面，氣流夾帶著聚集物流出內(nèi)部管件后，管徑的突然增大導(dǎo)致氣流速度急劇下降，聚集物由于質(zhì)量大，故慣性也比較大，依然保持著較高速度且方向有一定的隨意性，這就容易造成管壁結(jié)垢，這與檢修混合器發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)垢的現(xiàn)象相吻合。

(2) 洗滌水噴頭前管壁上增設(shè)了2圈螺旋狀金屬擋板，其目的是為了提高洗滌水的湍流程度，再配合洗滌水噴頭，有利于水的霧化。

(3) 在原混合器的基礎(chǔ)上增設(shè)了2 m長(zhǎng)的延長(zhǎng)管，便于以塵粒為凝結(jié)核的凝聚作用時(shí)間延長(zhǎng)，以便充分凝聚成直徑較大的含塵液滴，同時(shí)也減輕了旋風(fēng)分離器的負(fù)荷，特別在負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)起到了很好的緩沖作用。

2.4 混合器的工藝改造

改造前，混合器洗滌水由水洗塔下部的黑水通過(guò)黑水循環(huán)泵補(bǔ)給，因此洗滌水本身較臟、細(xì)渣較多，影響了混合器的除塵效果。由于混合器洗滌水水質(zhì)較差、高溫灰水至洗滌塔儀表閥的開(kāi)度較小、高溫灰水泵出口壓力高，僅運(yùn)行1個(gè)月就造成儀表閥后管壁嚴(yán)重磨損，為此將混合器補(bǔ)水改為高溫灰水。由于高溫灰水壓力高、湍流程度大，利于霧化，而且解決了儀表閥后管壁磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，同時(shí)滿足了混合氣使用清潔水的要求。此外，再配置1路鍋爐水(2.2 MPa，120 ℃)至混合器的管路作為備選措施，若出界區(qū)的合成氣帶灰仍較嚴(yán)重時(shí)，可使用更為清潔的鍋爐水。

3 混合器至旋風(fēng)分離器入口下傾角度的調(diào)整

旋風(fēng)分離器為加壓設(shè)備，如采用切向進(jìn)口則投資巨大。為使氣流沿分離器筒體旋轉(zhuǎn)，將濕煤氣進(jìn)口管伸入旋風(fēng)分離器內(nèi)(圖5)，以達(dá)到進(jìn)氣作切向運(yùn)動(dòng)的目的。

圖5 旋風(fēng)分離器進(jìn)口管布置

濕煤氣進(jìn)口管設(shè)有端部法蘭并與旋風(fēng)分離器進(jìn)口法蘭連接，進(jìn)口管自器壁到端部的距離為450 mm，沿管道母線剖去一半。其端部用柱面圓形蓋焊封，該封件應(yīng)能從入口移出以便于維修，其厚度為30 mm。因其受氣流中固體沖刷而易損壞，檢修時(shí)應(yīng)予以更換。為了使旋風(fēng)分離器內(nèi)氣體穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，該封件應(yīng)保證周邊光滑，防止毛刺干擾流場(chǎng)。為使氣流相對(duì)水平面產(chǎn)生向下傾角，進(jìn)氣管剖去半柱面所得矩形法線與水平面夾角呈60°且向下。水煤氣沿旋風(fēng)分離器筒壁旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液滴及其包裹的細(xì)灰被甩至筒壁，而筒壁內(nèi)側(cè)已被水潤(rùn)濕，易于捕獲液滴，在重力的作用下液膜沿壁流至分離器下部的儲(chǔ)液槽。氣體不斷旋轉(zhuǎn)，先是自上而下，探底后折返向上旋轉(zhuǎn)，經(jīng)排氣管逸出旋風(fēng)分離器，因液體密度遠(yuǎn)大于氣體密度，所以在上述旋轉(zhuǎn)過(guò)程中均有分離效果。正常操作時(shí)，由于氣流旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)地拉動(dòng)儲(chǔ)液槽內(nèi)液體旋轉(zhuǎn)，細(xì)灰相對(duì)集中于旋風(fēng)分離器中心線附近并自灰水出口排出。

旋風(fēng)分離器入口下傾角對(duì)改善旋風(fēng)分離器的分離性能、降低能耗并有效減輕“上灰環(huán)”現(xiàn)象的發(fā)生具有重要的作用。入口下傾角也不是越大越好，隨著入口下傾角的增大，旋風(fēng)分離器的壓力損失降低，分離效率先升高后降低[3]。根據(jù)計(jì)算，將旋風(fēng)分離器入口下傾角由60°調(diào)整至45°。旋風(fēng)分離器入口下傾角調(diào)整前后示意見(jiàn)圖6。

圖6 旋風(fēng)分離器入口下傾角調(diào)整前后示意

4 結(jié)語(yǔ)

混合器改造完成后，合成氣帶灰現(xiàn)象有了較大的改觀，旋風(fēng)分離器底部黑水含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1.5%提高至2.0%，說(shuō)明混合器和旋風(fēng)分離器除塵效果有了較大提高，但與設(shè)計(jì)指標(biāo)含塵質(zhì)量濃度<1 mg/m3(標(biāo)態(tài))仍存在一定差距。石油焦霧

化效果不好等因素造成系統(tǒng)灰渣較多，這與水煤氣含塵量高有較大關(guān)系。為此，還應(yīng)該繼續(xù)探索，以便徹底解決水煤氣含塵量高的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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