劉天匯席章省賀瑞民郭永勝
（濮陽龍宇化工有限責任公司）
摘要： 對傳統的噴淋填料洗氣塔存在的問題進行分析，介紹一種無填料洗氣塔新技術，說明其在化工廠煤製氣洗氣裝置中的改造及應用效果
關鍵詞： 噴淋；填料；洗氣塔；旋流霧化噴頭；降溫；除塵
一、噴淋填料洗氣塔介紹
我公司是乙個大型化工企業，主要以天然氣、水煤氣為原料合成生產甲醇。在煤製氣工段中，洗氣塔是一套重要的裝置，它起著為煤氣發生爐產出的水煤氣降溫、除塵，同時去除部分焦油、硫份等雜質的作用，是氣體進入氣櫃前必不可少的工序。
公司現使用的洗氣塔是傳統的噴淋填料洗氣塔（左圖所示），塔高17公尺，水平截面直徑4.5公尺。氣體由塔底進入塔內，循塔向上，迴圈冷卻水由塔上部進入，噴淋而下，二者在塔中部填料層相遇，完成除塵和降溫過程。
而後氣體由上方出口進入管道，流向氣櫃，噴淋液在塔底集結，經出口進入迴圈水系統沉澱、冷卻。這種洗氣塔的核心部位是位於塔中部的填料層，主要採用ф100×100×10、ф50×50×5兩種規格的陶瓷環做填料。瓷環作為布水分布介質，水在其上形成水膜，水煤氣與水膜進行充分接觸，從而得到淨化和降溫。
二、裝置現狀與存在的問題
該套裝置在我公司已執行16年，存在以下主要問題：
（1）、水煤氣中的灰份、硫份和焦油等雜質易在瓷環填料上沉積，加上迴圈水長時間作用，在瓷環的表面形成鈣鹽為主的鈣垢；
（2）、瓷環填料長時間使用，期間反覆清理裝填，又受氣體、迴圈水的沖刷及硫、焦油等成分的腐蝕作用，而致部分破碎、粉化；
（3）、布水器噴頭口徑偏小（8—10mm），容易被灰份、硫及煤焦油等雜質堵塞；
瓷環結垢及破碎瓷環沉積造成洗氣塔內填料層堵塞、變形，通透性變差，從而布水不均，對上行氣體阻力逐漸公升高，高到一定程度時將洗氣塔前面造氣爐洗氣箱的水封衝破，使有毒煤氣溢位，造成一定的漏氣損失，同時存在較大安全隱患；而布水器噴頭堵塞造成的噴淋水量減少使出口煤氣溫度公升高，雜質含量超標，洗氣塔降溫除塵功能降低。
對洗氣塔存在的上述問題，在以前的檢修過程中，我們主要採取兩項措施，一是對洗氣塔內件進行**不停車化學清洗，二是裝置停車，更換全部填料層。這兩種方案實施多次，效果均不夠理想，主要原因是：化學清洗實施過程中不能用酸洗，因為它會對洗氣塔本體及前後裝置起很大的腐蝕、氧化作用，同時還會使易揮發酸等有害氣體進入下一道工序；而鹼洗則對鈣垢基本不起作用。
停車酸洗雖然能取得一定效果，但酸液對裝置本體的腐蝕難以避免，同時要求全套煤製氣裝置聯動停車，成本較高，對生產造成極大損失。更換陶瓷填料層的工作必須在全廠停車大修的前提下進行，需通過塔體人孔人工清理出廢舊瓷環120m3(約重70噸)，然後重新裝填、逐個擺放，工作量大且效率極低。
以上原因使洗氣塔成為我公司煤製氣工段連續高效生產的瓶頸，必須尋找新的技術手段，採用新的改造措施，從根本上解決問題。
三、一種新的無填料洗氣塔
為解決洗氣塔存在的上述問題，我公司成立了技術攻關小組，加強與科研院所和裝置生產廠家的合作，經反覆比較、測算、研討，確認成都市某應用技術研究所的wpx無填料噴淋洗氣塔技術比較適用於我公司填料洗氣塔的改造。其主要工作原理為：用射流元件——高效旋流霧化噴頭代替傳統的淋水塔板和填料，使洗氣塔內成為乙個無填料空塔，從而增大氣體與冷卻水接觸的表面積，降低塔內阻力，在同等條件下通過洗氣塔內的煤氣得到了充分的冷卻和淨化，確保系統長週期執行。
該無填料洗氣塔的核心裝置是一種新型的射流元件——wsp型旋流霧化噴頭，其結構如圖所示。
其工作原理為：
（1）、首先低壓水流通過進水管6切向進入球形旋流室1，水流在球形旋流室內產生旋流狀，然後經精心設計的水噴嘴2向外噴射。在其噴射過程中水流被撕碎成微小水體，出口後形成霧化狀，與煤氣接觸，從而對煤氣淨化、降溫。
（2）、水流噴射過程中噴出的旋轉射流為空心的薄膜流，因其對煤氣的引射作用，使煤氣通過進氣口5經整流套3流向噴射水流，與水流接觸，進一步對煤氣淨化、降溫。
這種噴頭利用了旋流霧化，將氣液兩相流體內外混合及碰撞機理融為一體，利用液態霧流引射氣體，強化霧化效果，並將噴霧引射器設計在臨界狀態，因此具有霧化效果好、引射風量大、工作水壓低、水流量大、流道大不易堵塞、工作穩定、安裝拆卸方便等一系列優點。與普通氣動霧化噴頭相比，該噴頭無需外加氣源，依靠本身的自吸氣體即能形成良好的水霧；與壓力離心噴頭相比，它又具有工作水壓低的優點。由於不需要外加壓縮空氣和高的工作水壓，同時兼具大流量條件下霧化、結構簡單、造價低廉的優點，該噴頭為噴霧技術開拓了新的應用領域，使某些傳熱裝置面目一新，可廣泛應用於噴霧冷卻、蒸發、氣液反應、濕式除塵、除氣等裝置系統中。
與傳統的填料洗氣塔相比，這種無填料水噴淋塔的區別在於：
1、結構：該洗氣塔去掉塔頂的液體分布器和塔內的填料，在塔內布設wpx分水裝置（為低壓高效兩級水分裝置，能把水分散成ф0.5mm微小水體），把塔基本上變成了乙個空塔。
2、冷卻方式：該洗氣塔取消布水裝置和填料，利用wpx裝置將冷卻水分散成霧狀顆粒，均勻分布在塔中，冷卻水經過順流、逆流及懸浮三個過程與氣體充分接觸後，帶走氣體熱量和煤塵、硫份等雜質，達到冷卻、除塵效果。
3、噴嘴：傳統洗氣塔布水器的噴嘴口徑在8—10mm左右，經常發生堵塞和噴灑不均勻的現象，該洗氣塔則採用低壓高效兩級水分裝置，能把水分散成ф0.5mm微小水體，它是通過根據工藝要求，經理論計算後設計出相匹配的口徑和角度的噴嘴來實現的。
wpx裝置噴嘴的口徑一般大於16mm，需要根據每台洗氣塔的不同工況要求來獨立設計製作。下面圖表給出常用的d型噴頭的選用標準。這種新型噴嘴能將水分散均勻，又沒有堵塞現象。
四、洗氣塔的改造及效果
2023年8月下旬，我公司停車大修，對煤製氣系統洗氣塔進行了技術改造（如右圖所示）。
主要步驟如下：
（1）、將原塔內的布水噴淋裝置全部拆除，瓷環填料全部掏空；
（2）、在塔外壁由上至下焊接四層布水環管（布水環管需先預製好），並將環管分組與入塔主水管相連線；
（3）、對塔體割孔，安裝連線法蘭，將進塔布水直管的塔外端與環管連線；
（4）、將水分散裝置—噴頭安裝在布水器直管的塔內端；
（5）、對安裝後的塔內進行清理，並對安裝部件和塔內壁進行防腐處理。
這次改造安裝的wsp旋流霧化噴頭水嘴採用不鏽鋼材質，其餘部位為全鋼結構，耐磨、耐蝕。該霧化噴頭最小直徑為15mm，為保證不被迴圈冷卻水中直徑大於15mm的雜物堵塞，，我們在系統中加裝了兩個簡易過濾器。
以上改造歷時七天，裝置重新開車後執行良好，塔內結垢現象消除，氣體阻力大大降低（塔前、塔後水封均能正常工作），出口氣體溫度顯著下降，完全達到設計要求的降溫和除塵目的。經過一年的連續記錄、檢測，改造後的主要技術指標與原塔發生了以下變化：
1、改造前工況條件：
洗氣塔過氣量：19000m3/h
使用迴圈水量：150 m3/h
氣體進口溫度：90℃左右
氣體出口溫度：60℃左右
2、改造後達到的主要技術指標：
洗氣塔過氣量：23000--26000m3/h
氣體溫度：
（1）、當迴圈冷卻水溫在20—30℃、水量≥150 m3/h時，出口溫度≤40℃；
（2）、當迴圈冷卻水溫在38℃左右、水量≥200 m3/h時，出口溫度≤50℃。
本次技改一勞永逸地解決了原洗氣塔存在的各種問題，保證了整套煤製氣裝置的安全、穩定、連續生產。改造總投資6.8萬元，而原洗氣塔每隔一年就要進行清洗或更換瓷球填料，材料、人工花費約20萬元左右 ，兩相比較，經濟效益相當可觀。
該無填料噴淋洗氣塔把「膜理論」和「分散理論」相結合，是一種嶄新的思維和全新的技術。實踐證明，該套裝置具有冷卻溫差大、耗水量小、除塵效果好、穩定執行時間長，同時投資、執行費用低廉等特點，是一種先進可靠、環保節能、值得大力推廣的新型化工裝置。
作者簡介：
劉天匯，男，2023年5月出生。畢業於武漢水運工程學院（現武漢理工大學）。工作單位：
濮陽龍宇化工有限責任公司，裝置管理部工程師。專業領域：機械裝置。
聯絡位址：濮陽龍宇化工有限責任公司裝置管理部。郵編：
457000 **：130郵箱：
席章省，男，工作單位： 濮陽龍宇化工有限責任公司，裝置部管理工程師。
賀瑞民，男，工作單位： 濮陽龍宇化工有限責任公司，裝置管理部部長。
郭永勝，男，工作單位： 濮陽龍宇化工有限責任公司，裝置管理部部長。
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