旋流板除沫器的应用

景永峰(山西晋丰煤化工有限责任公司 山西高平048400)

旋流板除沫器的应用

景永峰
(山西晋丰煤化工有限责任公司 山西高平048400)

山西晋丰煤化工有限责任公司有2套“18·30”装置，第2套装置半水煤气脱硫系统处理气量为105 000 m3/h(标态)。由于半脱循环水为闭路循环且水质较差，成为制约生产的瓶颈问题。

1 运行中存在的问题

半水煤气脱硫系统部分工艺流程见图1。从造气系统来的半水煤气经湿式电除尘器后进入罗茨鼓风机加压，再进入冷却清洗塔降温然后依次进入脱硫塔A和脱硫塔B，半水煤气除去H2S后，经冷却清洗塔、静电除焦器，最后去氮氢压缩机一段入口。冷却清洗塔规格为Φ5 200 mm×

图1 半水煤气脱硫系统部分工艺流程

30 000 mm，上段清洗塔内装Φ50 mm聚丙烯海尔环5 m，下段冷却塔内装Φ50 mm聚丙烯海尔环4 m。

运行中发现脱硫溶液系统液位上涨较快，而循环水液位下降较快，判断为冷却塔存在带液现象。分析原因如下：①因半水煤气脱碳系统循环水基本上是闭路循环，静电除尘器、除焦器的冲洗水及导淋排污均进入半水煤气脱碳系统循环水，随着时间的推延，半水煤气脱碳系统循环水中的焦油、泡沫等物质富集；加之冷却塔空塔气速偏高造成半水煤气雾沫夹带严重。根据冷却塔直径Φ5 200 mm、半水煤气气量105 000 m3/h(标态)、冷却塔进口压力36 kPa、半水煤气温度65 ℃，通过计算得出冷却塔空塔气速为1.082 m/s。②因冷却塔上方无除沫装置，造成半水煤气雾沫夹带严重。③脱硫溶液系统制液采用脱盐水，经分析，脱硫溶液的总硬度在2 000 mg/L以上，进一步验证了冷却塔带液现象。为了维持正常生产，只能通过减少进冷却塔的水量来控制冷却塔带液现象，同时置换一部分造气循环水，导致进脱硫塔半水煤气温度偏高，进而造成溶液温度偏高、副盐生成量增大、喷射器喉管堵塞严重等一系列问题，为此，在大修时对冷却清洗塔进行了改造。

2 脱硫系统改造方案2.1 改造思路

改造思路即在冷却塔上方安装除沫装置以减少雾沫夹带量。常用的除沫装置有折流板式除沫器、丝网除沫器、多孔材料或玻璃纤维除沫器及旋流板除沫器等。通过分析各种除沫装置的除沫性能及实际运用工况，决定采用具有离心分离作用的旋流板除沫器，并自行制作。

2.2 自制旋流板除沫器方案

自制旋流板除沫器结构示意见图2。

图2 自制旋流板除沫器结构示意

(1)除雾板盲板直径Dm：除雾板盲板直径大一些，可以使雾滴易于甩至塔壁。本设计取Dm=3 000 mm。

(2)除雾板旋流叶片外径Dx：D=(1.1～1.4)Dx，D=5 200 mm，本设计取Dx=D/1.3=4 000 mm。

(3)除雾板旋流叶片数m：本设计取m=24。

(4)径向角β：用作除雾板的塔板要求叶片外端的钝角翘起，本设计取β=arcsin(Dm/Dx) ≈ 41.4°。

(5)叶片仰角α：其选择范围在22.5°～ 30.0°。本设计取α=25.0°。

(6)穿孔面积Ao：Ao=(π/4)(Dx2-Dm2){sinα-2mδ/[π(Dx+Dm)]}，其中δ为叶片厚度，本设计制作时选用δ=0.003 m，根据计算求出穿孔面积Ao=2.286 m2。

(7)核算穿孔动能因子Fo：Fo=VsρG0.5/Ao，其中Vs为工况下气体流量，ρG为工况下气体密度，根据计算求出Fo=10.945 kg0.5/(m0.5·s)。

(8)外沿处叶片间距e：e=(πDxsinα)/m-δ，根据计算求出e=0.218 m。

(9)罩桶高度初定值Hz：Hz=(πDxsinα)/m+δcosα，根据计算求出Hz=0.224 m。为了改善气液分离效果，当要求外沿处2片相近的叶片与罩筒相交线的水平投影相接或部分重叠时，罩筒高需在Hz的基础上加一增量Δ；外沿处(罩筒)叶片间的距离e仍不改变，只是叶片的宽度略有增加。当要求外沿处2片相近的叶片与罩筒相交线的水平投影相接时，Δ=πDxtanα/m-e-δ；当要求外沿处2片相近的叶片与罩筒相交线的水平投影有部分重叠时，Δ>πDxtanα/m-e-δ。设计时，按外沿处2片相近的叶片与罩筒相交线的水平投影相接考虑，故Δ=0.022 6 m。罩桶高度实际值Hz=0.224+Δ=0.246 6 m，取Hz=245 mm。

(10)溢流口总面积Ay：Ay=Ls/Us，其中Ls为液体流量，Us为溢流管内降液速度(一般选经验值0.2 m/s)。因增加的溶液量在12～13 m3/h，则Ls=0.003 5 m3/s，根据计算得出溢流口总面积Ay=0.105 m2。

(11)溢流管直径b：本设计采用6个圆形溢流口圆周分布，使用Φ57 mm×4 mm无缝钢管作为溢流管，圆形溢流管下半部采用U形液封，有效液封高度约50 mm，溢流管底部出口与水平方向呈30°角且靠近塔壁，以便于液体沿塔壁流下。受液槽底板到溢流管底的距离H取400 mm。

(12)压力降ΔP：按半经验公式ΔP≈19.615Fo2/2g+17.655FoUs+19.615求解，其中g为重力加速度，根据计算求出ΔP≈178.02 Pa。

(13)塔顶气液分离空间高度Hy取800 mm。为了防止塔壁液膜上爬到塔顶，在塔顶段分离空间内壁增加了4条Φ6 mm圆钢弯成的螺旋线，使沿壁螺旋上爬的液膜折为螺旋下行。

3 改造后运行效果

改造后，脱硫溶液中的总硬度均在5 mg/L以下，喷射器喉管径疏通后能维持很长的运行时间。现场通过水银玻璃管压差计实测旋流板除沫器阻力在0.27 kPa左右，基本与理论计算相符，解决了因半脱循环水水质差造成的脱硫溶液污染问题，进而保证了系统长周期稳定运行。

2014- 05- 08)