水煤浆气化文丘里管压降的计算分析

2015-04-07杨泽芳杜晓杰

四川水泥 2015年10期

关键词：洗涤器喉管气速

杨泽芳王凯杜晓杰

（西安建筑科技大学材料与矿资学院，陕西西安 710055）

水煤浆气化文丘里管压降的计算分析

杨泽芳王凯杜晓杰

（西安建筑科技大学材料与矿资学院，陕西西安 710055）

本文介绍了水煤浆气化文丘里管压降的组成部分和计算方法，并结合工程实例计算分析了文丘里管各部分压降的比重，得出了主要压降为液滴加速压降、喉管两相流动摩擦压降和收缩管扩张管的局部压降。

水煤浆气化文丘里管；压力损失；两相流计算

1. 前言

文丘里洗涤器是一种高效湿式洗涤器，具有结构简单、造价低廉操作方便、净化效率高等优点，在捕集被污染气体中的细小粉尘以及吸收气态污染物方面具有独特的优越性，故在化工领域中应用广泛。

GE水煤浆气化装置的文丘里管就是典型的文丘里洗涤器。从气化炉激冷室出来的合成气首先经过文丘里管，使其中的细灰颗粒被充分润湿，并附着在液滴表面。合成气进入碳洗塔后，大部分细灰进入到塔釜的灰水中。含有少量细灰的合成气进入上部塔板进行二次洗涤，合成气和自变换工段的凝液在碳洗塔的塔盘上接触，使出碳洗塔的合成气的灰含量降低到1ppm以下，以满足下游工段进气的要求。

假如合成气中的细灰在文丘里管内没有被有效捕集，那么进入碳洗塔塔盘的合成气含灰量会显著增高，随着时间的推移，大量的灰堆积在塔盘上，堵塞板孔，导致板压降升高，并且出碳洗塔的合成气严重带灰带水，无法继续送往下游工段。因此合理设计文丘里管，对生产合格的合成气影响甚大。

2 文丘里管的洗涤原理

将气体中的固体颗粒分离出来，必须具备几个基本条件：首先是有分离界面，可以让颗粒附着在这个界面上，如容器壁面，其他固体表面，织物、纤维表面，液膜和液滴表面等。其二是有能使颗粒运动轨迹与气体流线不同的作用力，如重力，离心力，惯性力，扩散力，静电力和直接拦截形成的阻力等。其三是有足够的时间使颗粒移动到分界面上。最后是能使已附着在界面上的颗粒不断被除去，或有新的界面产生，使颗粒不再返回混入的气体中。

文丘里管的结构图如图1所示。整个文丘里管由入口弯头、洗涤水喷嘴、收缩管，喉管，扩张管和出口直管段组成。洗涤水经N3口进入，在N3口端头开有若干φ10的小孔，洗涤水经过喷嘴的初次雾化，首先形成大颗粒液滴，后进入喉管，被高速气流破碎成更小的雾滴，形成大量气固接触的界面。在喉管的前端，液滴流速远低于气体流速，高速气体夹带着固体颗粒冲击液滴表面，使固体颗粒被润湿，或附着在液滴表面。浸润的固体颗粒和附有固体颗粒的液滴进入碳洗塔，在重力作用下，从合成气主体中分离出来。

影响文丘里管洗涤效果的因素主要有：喉管直径，喉管长度，洗涤水用量和喷嘴形式等。

喉管直径是洗涤器设计的关键。只有达到一定的气速，才能形成液滴和固体颗粒之间强烈的相对运动。固体颗粒不断冲击液滴表面，液滴不断被破碎。气速越高，液滴的雾化效果越好，产生的固液接触界面越大，更多灰颗粒被液滴润湿包裹、洗涤效果越好。而另一方面，气速越高产生的压降也越大。权衡两者，对于除尘要求不高的情况，喉管的气速一般控制在40～60m/s，而对于除尘要求较高的情况，气速可取到80～120m/s。

喉管段提供了气液充分混合的空间。在喉管入口处，由于气体和液滴存在较大的流速差，液滴在气体的拖曳下被不断加速，直至达到气速，此时气液达到充分混合。因此当喉管有足够的长度，使得出口处的气液达到充分混合时，除尘效果最好。但喉管长度越长压降也越大。通常喉管长度为10倍的喉管直径。

洗涤水量对洗涤效果也有重要影响。液气比越大，气体流动越到的液滴越多，洗涤效果越好。

喷嘴的形式：开孔大小，喷入的角度，开孔数直接影响液体的雾化效果，因此对洗涤效果也有重要影响。