气化炉水洗塔塔板改造与应用研究

徐开峰

（兖矿鲁南化工有限公司，山东 滕州 277500）

水洗塔是四喷嘴对置式水煤浆气化炉装置中的重要设备，担负着合成气洗涤的作用，其效果如何直接影响到后工序变换废锅、变换炉等装置的运行周期，随着运行周期的延长，水洗塔塔板会出现堵塞现象，塔板压差逐渐升高，洗涤液下行困难，出现液泛带水现象，本文主要总结了水洗塔塔板改造方面的一些要点。

1 水洗塔流程简介

气化炉产生的饱和水煤气经混合器的喷淋润湿后，进入旋风分离器分离，气相进入水洗塔进一步洗涤，合成气含尘量降至＜1mg/m³后进入甲醇变换工段。进入水洗塔塔盘的洗涤水有两种：变换高温冷凝液和高温热水，两种工艺水分别配有进入塔板上部和塔板下部的流程，底部含固量较大的黑水进入闪蒸系统进一步处理，水洗塔下部含固量较低的灰水，经黑水循环泵加压后作为气化炉激冷水和混合器的润湿水。水洗塔的正常运行既保证了合成气的洗涤效果，又维持了水系统的平衡。图1为工艺流程简图。

图1 工艺流程简图

2 水洗塔运行中出现的问题

我公司水洗塔原选用的是6层泡罩塔板，塔板上气液两相成错流流动，为两相提供了大量的传质界面，所以泡罩塔具有洗涤效果好的优点；但因气体流径曲折，塔板压降大，容易造成塔板积灰，引起液泛带水现象。

水洗塔出现带水现象以后，外围的工艺调整，很难使系统恢复正常。洗涤液大量返混，降低了煤气的洗涤效果，同时合成气带水，造成净化工序高温冷凝液量大幅增加，威胁到变换炉催化剂的安全运行。

此时为了降低水洗塔带水量，只能将水洗塔塔板补水，部分转移至塔板下部，这样就降低了煤气的洗涤效果，长时间运行会加重甲醇净化工段废锅列管的堵塞，引起变换炉催化剂积灰。

水洗塔带水导致塔板洗涤液下行困难，直接影响到气化水系统的平衡。水洗塔液位低，需降低激冷水量，将进而导致气化炉激冷环水分布不均匀，引起下降管局部高温变形或挂渣等衍生问题。

3 水洗塔塔板改造

泡罩塔板介质的流径复杂，增加了合成气的停留时间，易造成泡罩齿缝和升气管积灰，结合实际运行情况，该处积灰形成后，在运行过程中，无法清理掉，只能降低系统运行负荷或因塔板被吹翻，压差降低，消除带水现象，见图2。

图2 泡罩升气管及齿缝堵塞

针对泡罩塔板的缺点，重点优化塔板的结构形式，目前舌型塔板（见图4）和固阀塔板（见图3）比较流行。最下部2层为了增大流通面积，我公司选用舌型塔板，中间2层用固阀塔板，最上面2层保留泡罩塔板，但对泡罩尺寸进行调整。

塔板的开孔率需经计算，开孔率过大，塔板洗涤液分布不均匀，会造成部分合成气短路，降低了洗涤效果；塔板开孔率过小，在塔板积灰情况下，易造成塔板压差过大，出现积液带水现象，根据运行情况，我们建议最下部2层塔板取消溢流堰，以保证洗涤液顺畅的将积灰带出，延长塔板的使用周期。

图3 固阀塔板

图4 舌型塔板

中间两层塔板采用固阀塔，塔板安装时固阀的倾斜方向与洗涤液的流向一致，保证洗涤液在塔板上的均匀分布。

最上面2层保留泡罩塔板（见图5），为消除水洗塔带水问题，下面4层塔板的开孔率一般都按操作上限来测算，在运行负荷较低时，将影响到塔板的洗涤效果，此时泡罩塔板可以进行补位，为了提高泡罩的抗积灰能力，提高检修时的清洗质量，我们对泡罩的细节进行了优化。

图5 泡罩结构简图

泡罩下口直径100mm，齿缝的尺寸是4mm×30mm×32个，安装时保证泡罩下檐距离塔板10mm，这个尺寸相当于全部齿缝的流通面积。当泡罩齿缝堵塞后，泡罩下檐处间隙可以作为气体通道，这样在保证泡罩洗涤效果的同时，有效的降低了泡罩阻力。另外合适的间隙，可以确保泡罩内部的灰垢在检修时清理彻底；泡罩固定螺栓的托台要有足够的强度，以承受人工清理时的敲击力，另外螺纹长度适中，以带满螺帽为限，以便拆卸。

水洗塔是气化装置的一个重要设备，离不开前后工序的稳定运行，气化煤种合理的粘温特性和操作炉温，可以减少飞灰的产生，延长塔板的使用周期；气化水系统的的稳定运行和药剂的有效添加，也会减缓水洗塔塔板的结垢速率，当然水洗塔的高效运行，也直接影响到气化装置的运行周期。

4 应用效果

该塔板改造完成后，在气化炉高负荷下，水洗塔连续运行7个月未出现带水现象，期间高温冷凝液水质良好，特别是2017年6月份一次水系统大范围的调整，更验证了改造后的水洗塔具有良好操作弹性：当时C#气化炉运行期间，高温热水泵双泵故障退出运行，车间紧急投用辅助激冷水泵，但该泵根据流程设计只能向水洗塔下塔补水，这样虽然可以维持水系统的运行，但造成合成气温度明显下降，更重要的是水洗塔塔板洗涤水减少150m³/h以上，此时上塔板的变换高温冷凝液由50m³/h调整至100m³/h，水洗塔依靠100m³/h的补水进行合成气的洗涤，但经过监控发现，净化工段回流至气化的高温冷凝液的水质良好，说明了水洗塔塔板的设计合理，操作弹性大，达到了良好的效果。

5 结语

（1）泡罩塔板具有洗涤效果好的优点，对水洗塔部分塔板进行改造后，可以有效减低塔板压差，延长水洗塔运行周期。

（2）塔板的开孔率需贴近实际生产负荷，以保证洗涤效果。

（3）最上部2层塔板建议保留泡罩模式，并对泡罩的安装细节进行优化，可以兼顾水洗塔的运行周期和洗涤效果。

（4）工艺操作方面的优化，可以降低水洗塔塔板结垢速率，延长运行周期。