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2.2 格栅填料的组装
大直径的脱硫塔根据人孔的大小来确定格栅填料分装块的宽度,一般为<450mm,长度由塔径和塑料板的规格来确定,分块由人孔装入塔内。填料支撑栅板与格栅填料的排列方向为90°,上下两层之间格栅填料排列方向旋转45°。GS型格栅填料开发有10个规格,GS-1型至GS-10型;GSL型格栅填料(金属)开发有6个规格,GSL-1型至GSL-6型。
以GS-2型塑料格栅填料为例,其板间距为42mm,堆积重度151Kg/m3,比有面积46.7m2/m3,空隙率92%,它是常压脱硫装置最常用的填料之一,是常压脱硫装置中较为理想的填料。当喷淋密度为46.7 m3/h m2时,该填料压降约70Pa/米。每米填料理论板数约为0.8块,气相传质单元高度约为1.25m,液相传质高度约为0.6m。经破坏试验,开始变形,承受压力为165吨/米2。
3、格栅填料气液两相传质机理分析
塑料格栅填料,它是以塑料板片作为主要传质构件,塑料板片垂直于塔截面,与气流和液流方向平行,上下两层呈45°旋转,整体塔内气流和液流逆向旋转,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,在塑料或金属板片表面呈膜状向下流动,气体作为连续相自下而上流动,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。
格栅填料板片之间距离较大(一般为16∽51mm),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,气液两相间的作用增强,但是持液量很小,塔的阻力很小,液泛速度很高,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倍,大大提高了生产能力,对新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的冲刷接触,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。因此塑料格栅填料是一种高效,大通量、压降低、不会堵塔的新型规整填料。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80%,比Φ50鲍尔环高50%。
4、格栅填料在脱硫塔和造气洗涤塔节能减排的效果
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和工业煤气,均需要煤气冷却、除尘、脱除煤气中的H2S。由于煤气中含有粉尘和焦油,大部份厂采用空塔喷淋,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≥65-70℃。降低了气柜的利用率,增加了系统阻力。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,呈六边蜂窝状形,其结构形式与塑料格栅料的结构形式不同,但气液两相传质和传热的机理相同,填料的表面和气体、液体方向平行,由于在气流和液流的冲刷下,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℃。与传统空塔喷淋相比,出口气体温度相差20-25℃,一般氮肥厂生产,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,减少了罗茨机和压缩机的打气量,另外原空塔喷淋是一台煤气炉一台洗涤塔,一般150秒钟一个循环,其中吹风阶段40-50秒没有煤气经过,但冷却水是不停的,多增加了30%冷却水和造气废水的排放量。而选用了金属格栅填料,一般4台煤气炉对一台洗涤塔,有的氮肥有几台煤气炉合用1台洗涤塔,冷却水量300米3/h,原空塔喷淋,冷却水量至少400-500米3/h,金属格栅填料气液直接接触换热,传热系数高冷却效果好,因此出口气体温度低。其优越性增加了罗茨机和压缩机打气量和降低电耗,增加了气柜的有效容积。进洗涤塔取消水封,降低了水封阻力150-200mmH2O,因此合计降低系统阻力400mmH2O。由于系统阻力降低,提高煤气炉发气量6%。因此提高全年的产量,根据浙江桐乡化肥厂,实际测定只改造了造气的冷却塔,该月产量提高6%。
以煤为原料的煤气,均需要脱除煤气中的H2S,所采用的脱硫方法无论是PDS、ADA、DDS、栲胶脱硫等等,煤气中H2S与脱硫液接触,化学反应速度很快,其反应影响不是主要矛盾。采用散堆填料,由于散堆填料阻力不均匀,易产生偏流,气流分布不均匀,当硫膏沉积在填料的表面后,阻力会越来越大,堵塔会更加严重,造成恶性循环,最后造成停车清理。不仅清洗工作量大,甚至不能维持正常生产。尤其是当前煤炭供应价格上涨,为了降低生产成本,部份工厂采用含硫量较高的煤种,堵塔现象更为严重。某些氮肥厂平均三个月堵塔停车清理,而且生产规模比较大(20万吨/年,30万吨/年规模),每停一次车损失在500万元以上,因此选用了聚丙烯格栅填料,根本上解决了堵塔问题,8年来我公司改造了145台脱硫塔,到目前为止,只有3台塔不是格栅填料本身的问题而造成了填料倒蹋,其他均运行正常,没有发生堵塔。最长运行时间杭州龙山化工厂,脱硫塔运行了二十年没有堵塔,每次大修溶液冲洗几个循环,一直正常运行至今。
格栅填料有固定的气、液通道,没有持液量,所以塔阻力很低,一般填料高18米,塔阻力≤1KPa,一般散堆填料塔阻力≥5KPa,降低了阻力,提高了一段压缩机的打气量和降低电耗。经计算和实际测定,每吨氨可节能13度/吨氨,以30万吨/年规模合成氨厂一年可节电390万度电。我公司近年来改造部分氮肥厂,其工艺参数列表如下: