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新型塔内件技术——金属格栅填料开发及其在造汽洗涤塔的应用_江西省萍乡市环星化工填料塔内件上海快3走势图

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新型塔内件技术——金属格栅填料开发及其在造汽洗涤塔的应用

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  填料塔作为一种传统的气、液传质设备,近年来有很大的发展。由于填料结构的不断改进,在许多生产过程中填料塔已替代了传统的板式塔。填料主要有散堆填料和规整填料2类。散堆填料有拉西环、鲍尔环、阶梯环、矩鞍环、海尔环、泰勒花环等,其主要优点在于安装方便,具有通用性,但是能量较小,流体分布性能较差,阻力较大,如果有沉淀物生成,易造成填料塔堵塞等缺点。随着化学工业的发展,对塔设备不断提出新要求:有的要求分离热敏性物系,有的要求通过技术改造提高生产能力以求节能;有的因环保要求,在三度处理时必须进一步提高效率,以达到国家有关标准等。随着塔器的大型化,散堆填料难以满足这种要求。因而结构与排列整齐、有效传质面积大、阻力小的规整填料应运而生,得到广泛应用。

  我国大多数合成氨厂、煤气厂在气体净化过程中,半水煤气冷却除尘,采用空塔喷淋或板式塔(旋流板塔)和采用散堆填料塔,中型合成氨厂、焦化厂煤气洗涤采用木格子填料。因此,煤气冷却降尘效果不好,使后工序净化增加了难度。并且采用散堆填料(如用海尔环等),阻力大、易堵塔使用周期短,往往生产一段时间后需停车清理,影响工厂的正常生厂。

  中型合成氨厂和焦化厂煤气洗涤一直采用木格子填料,经用东北红松脱脂处理后使用。由于生产过程中气液频繁窜动,使得塔内填料容易破损,使用寿命短。木板较厚,比表面积小,空隙率小,传热效果不理想。加上木格子两面粗糙,煤灰容易沉积在填料表面造成堵塔,使得塔内气液分布不均,产生偏流,致使系统阻力不断上升,系统被迫停车检修,严重影响系统的正常稳定生产。因此云南角化集团上海快3走势图、山西寿阳化燃上海快3走势图和浙江平阳平氮化工上海快3走势图分别于2001年9月、2002年5月和2004年7月委托杭州华纳环保科技上海快3走势图设计并制造气集中洗涤塔及新型塔内件金属格栅填料,并2001年10月、2002年于9月和2004年8月投入使用,冷却和除尘效果非常好。解化集团上海快3走势图增强了洗涤塔除去煤气中的重焦油和粉尘能力,山西寿阳出口体平均温度比原来空塔喷淋低50~70℃,浙江平阳比原来低25~30℃,煤气中基本不含粉尘(检测不出),取得较好的节能和经济效果。该项目科技成果于2005年8月12日通过了中国石油和化学工业协会的技术鉴定。

  1 结构与组装方式

  金属格栅填料是由金属薄板(板厚度0.2~0.8mm)经过一定的加工工艺,最后根据塔径、人孔的大小制作成块片,在塔内组装而成。每盘填料高由塔径而定,一般为100~150mm。由于金属格栅填料板片与塔面是垂直的,与冷却水和气流是是平行的。在气流和水的冲刷下,基本消除了煤粉尘和焦油在填料表面的沉积,并消除了散堆填料和其他结构填料共有的壁流现象。每层填料通道相同,实质上金属格栅本身就是分布器,即使塔内冷却塔水初始分布不是很均匀,通过几层后会自然分布均匀,所以塔内不需要再设液体再分布装置。这使得格栅填料的设计、制造更简单,并提高了塔的利用空间和降低了塔的高度。  


  金属格栅填料在塔内上下2层呈90°(或45°)安装,气流(煤气)和液流(冷却水)逆向接触,冷却水靠重力沿填料表面下降。在金属薄片表面呈膜状向下流动,由于金属薄片很薄(0。2~0。8mm),破液能力很强,液滴很细,液滴自上而下流动。气体连续相自下而上流动,与液膜和液滴接触传热,传热效率大提高。

  金属格栅填料呈蜂窝状,空隙率高,气体和液体有固定走向,层板之间非常非常均匀,随着气量的增加或者冷却水加大,气液两相间的作用增强,但持液量很小,塔的阻力很小,液泛速度很高。金属格栅填料塔内不存在填料床内充满液体,气体不会以气泡的通过液体,金属格栅蜂窝状通道间矩较大。板片表面光滑,气体和液体有固定的通道,流体在板片之间不断冲刷接触,使得含尘及焦油的煤气和冷却水不会在填料表面停滞、沉积、淤积和堵塞,因此金属格栅填料是一种高效、大通量、低压降、不会堵塔的新型规整填料。

  2 金属格栅填料气液两相传质机理分析

  金属格栅填料以金属板片作为主要传质构件,金属板片垂直于塔截面,与气流和液流方向平行,上下2层呈90°旋转,整体塔内气流和液流逆向接触,旋流流动接触,液体靠重力沿填料表面下降,与上升的气体接触,在金属板片表面呈膜状向下流动,气体作为连续相自下而上的流动,与液膜接触传质,气液之间形成滴状或膜状接触。随着气速增加,液体自上而下液滴变细,当气速达到喷射时,则呈喷射状态接触,喷射点对应气体的动能因子作为该填料操作负荷,此时已不是液气控制而是雾夹带控制。

  金属填料板片之间距离较大(一般为20~50mm),空隙率高,气体和液体有固定的走向,每层板的通道非常均匀,随着气量的增加或者液量加大,气液两相间的作用很高,格栅填料塔内不存在填料床内满液体,气体不会以气泡的形式通过液体。所以格栅填料对旧塔改造可以选用较高的空塔速度,是一般填料的1。5~3倍,大大提高了生产能力,对塔的设计可以降低塔的直径和高度。

  由于格栅填料板片之间距离较大,板片表面非常光滑,气体上升和液体下降阻力大大降低,气体和液体有固定的通道,流体在板片之间不断地冲刷接触,使得含尘气体和液体不会在填料表面停滞、沉积、淤积和堵塞。在正常操作条件下,其压降仅为阶梯环填料和鲍尔环填料的20%~30%,通量比板式塔高300%,比Φ50鲍尔环高200%。

  煤气在冷却塔中,洗涤过程刚开始时,煤气温度较高和粉尘较多,随着气体在塔中逐步上升,煤气温度降低,粉尘减少。开始推动力大,出口时推动力小,洗涤效果难度增加。因此,金属格栅的板间距随着煤气变化而变化,煤气温度高,板间距大。随着气体温度降低,板间距减少,即可最大限度降低温度,单塔阻力大大降低。这种动态洗涤,笔者以实测数万个数据整理建立了数学模型,形成了温度线最大限度一致。

  当前,应用在煤气洗涤塔和冷却的填料中,使用较多的有瓷质麻花砖等。其比较见表1.

表1    不同填料使用比较

                                                                      

填料名称        规格/mm      堆积比重/   比表面积/   空隙率

 (kg.m-3)    (m3.m-3)     (%)

                                                                       

瓷质麻花砖    50×50×5         550         71         72

拉西环        50×50×5         510         93         70

不锈钢格栅填料   GSL-1板间距离50   85.9       86.9      98.95

                                                                       

  在许多工厂煤气冷却中使用瓷质麻花砖洗涤效果,阻力大且粉尘易堵塔,因此在使用一段时间就要停产清理,影响了正常生产。

  3 金属格栅填料在造气洗涤塔中应用

  无论氮肥厂的半水煤气、焦化厂的焦炉气和以煤为原料的城市煤气或工业煤气,均需要冷却、降尘。由于煤气中含有粉尘和焦油,大部分厂采用空塔喷淋,中型氮肥厂一般采用木格子填料。气体冷却和除尘效果不好,一般煤气进气柜的温度为65~70℃。降低了气柜的利用率,增加了系统的阻力。降低罗茨鼓风机和压缩机的打气量,影响造气炉的发气量。金属格栅填料的表面和气体、液体方向平行,由于在气液和液流的冲刷下,粉尘和焦油不会在填料表面沉积。冷却和除尘效果好,一般出口气体与冷却水进口温度相差3~5℃。氮肥厂冬天的产量高,也比较容易操作,夏天产量低。其主要原因就是夏天煤气温度高,系统阻力增加,减少了压缩机的打气量。如果能将煤气温度降低,则可以提高全年的产量。山西寿阳燃化上海快3走势图和平阳平氮化工上海快3走势图只改造了造气的冷却塔,大修后该月产量提高5%。

  根据文献和查新报告,目前在国内外还有蜂窝状格栅填料。

  4 经济效益

  a) 半水煤气出口温度与冷却水进口温度,设计温度差为5~8℃,投入使用之初,调试阶段气体与冷却水温度差在10℃左右,正常生产后气体与冷却水温度差在3℃左右,冬天几乎为0,证明塔内冷却效果好。

  b) 金属格栅填料洗涤洗气塔比原来空塔喷淋出口气体温度可降低30℃左右,则系统阻力可降11%。经计算使造气发气量提高5%,系统阻力可降低2kPa,压缩机电耗可降低吨氨6.5kW.h,全年可节电20×104kW.h。

  c) 降尘效果好,减轻了电除焦油器负荷,延长了除焦油器的使用寿命。

  d) 金属格栅填料采用碳钢冷轧板,山西寿阳燃化上海快3走势图使用2年半,平阳平氮化工上海快3走势图使用4个月,解化集团公司使用3年打开洗气塔检查,填料完好,没有腐蚀。使用寿命可达6~8年。

  实践证明,造气洗涤塔应用金属格栅填料,具有通气量大、压降低、不会造成粉尘焦油堵塞,冷却效果好,可以使造气系统正常、稳定、长周期、高效运行、具有较高的节能经济和经济效益。


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工厂坐落于萍乡市安源经济开发区高新园公司主要生产塔内件,丝网除沫器,鲍尔环,阶梯环,分布器各种陶瓷填料、塑料填料、驼峰支撑、金属板波纹填料及设计生产.



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