大型塔器应用旋流板除雾器的有效型式

王志雅

（上海互联环保工程技术中心，上海 200086）

大型塔器应用旋流板除雾器的有效型式

王志雅

（上海互联环保工程技术中心，上海 200086）

对大型塔器应用塔顶旋流板除雾器，推荐并列组合旋流板除雾器形式，并列举工程实例说明。

大型塔器； 旋流板除雾器； 并列组合

1 分离效率对旋流除雾板直径的限制

自20世纪70年代初浙江大学谭天恩先生等发明旋流板以来，旋流板技术得到广泛的推广应用。旋流板起初多用于直径较小的塔器，多数用作气液传质塔板，一般为内向板，称为吸收板（或称旋流塔板）；也有用在塔顶对出塔气体截留雾沫的，一般为外向板，称为除雾板（或称除沫板）。随着旋流板应用领域的不断扩大，尤其是煤化工、石油化工日益大型化，许多塔器直径都在4 m以上，旋流板技术如何在大型塔器中使用成为需要研究的课题。限于结构方面的原因，单块旋流板的直径不宜做得太大，为此，在本世纪初就已经出现研究旋流板大型化的文献。例如文献[1]就提出一种“分层法”的结构设计思路，将大直径旋流板按同心圆规则设计成若干层盲板直径、罩筒直径及罩筒高度各不相同的旋流板，中心为小直径旋流板，其外为若干层环形旋流板，以此解决旋流板大型化在结构方面的课题。文献[2]提出“双程旋流板”结构，并且经过深入分析得出了结构参数方面的一些设计准则。文献[2]的“程”同文献[1]的“层”其实是同一个意思。文献[2]虽然只对“双程旋流板”作了分析，但是依其思路推而广之，也可以得到“三程”或者“多程”的结果。笔者并不认为上述文献的研究是完善的，但是，它们提供了解决旋流塔板大型化结构课题的一种可行途径。

旋流除雾板具有分离效率高、阻力小、不易堵塞等优点，因此常常被安装在塔器顶部作为出塔气体的除雾器。然而，如果在大型塔器要使用旋流板除雾器，将不仅遇到大型化结构方面的问题，同时还将遇到大直径旋流板分离效率远低于小直径旋流板的问题。如果采用多层旋流板的结构方案，只能解决前一个问题而不能解决后一个问题。笔者在文献[3]中，比照重力场中斯托克斯沉降规律，推导了颗粒在离心力场中的沉降规律，进而建立了螺旋分离器的计算方法。旋流板除雾器同样属于离心分离，同样遵循液粒在离心力场中的沉降规律。分析文献[3]的系列计算式可以看出，在其他条件相同时，离心力场对于给定粒径液粒分离的效率，大体上同半径成反比例关系。更直观地看，旋流板是利用气液之间巨大的密度差，通过气流旋转产生的离心力造成液粒从气流中分离的，离心力的计算公式显示，质量一定的液粒所受离心力的大小同旋转半径成反比例，半径越大则离心力越小，分离效果越差。也就是说，直径小的旋流板比直径大的旋流板分离效率高。所以，从分离效果考虑，旋流板除雾器直径不宜过大。依据同样的道理，旋风分离器的直径也不宜过大，公认其直径上限为2 m。虽然旋流板除雾器还没有公认的直径上限之说，但笔者认为最好在2 m之内，不应超过3 m。

2 大型塔器高效使用旋流板除雾器的有效方案

现在大型塔器越来越多，大型化工塔器直径多在4 m以上，尤其近年大量建设烟气脱硫工程，一般烟气湿法脱硫吸收塔的直径至少在4 m以上，甚至达到20 m以上，设计和制造这么大直径的旋流板显然是不现实的。另一方面，严重的雾霾污染促使人们对大气污染固体颗粒物PM 2.5指标的高度重视，但目前湿法烟气脱硫排放的大量烟气，绝大多数在出吸收塔前用折流板除雾器截留雾沫，烟气残留液粒排放指标一般为75 mg/m3，由于烟气量巨大，这些液粒中的水气化后，余下的固体成分将造成大量的PM2.5。随着社会对环境保护意识的提高，必然要求采用分离效率更高的除雾器替代目前常用的折流板之类的惯性除雾器，旋流板除雾器就是一种比较理想的替代形式。而塔顶气液分离采用效率更高的旋流板除雾器，显然必须解决旋流板直径不宜过大的问题。

笔者采用并列组合的方案，解决了大直径塔器高效使用旋流板除雾器的问题，详细可见文献[4]。简而言之，就是采用多个小直径旋流板除雾器并列组合成大型塔器的塔顶除雾器，其结构如图1所示。由于化工塔器空塔气速通常都在1 m/s以下，用于烟气脱硫的喷淋吸收塔的空塔气速一般也在3.5 m/s以下，而旋流除雾板要求通过旋流板的气速则要大得多，所以，采用多个小直径旋流板除雾器并列组合的方案，在塔截面的空间布置方面是有余地的。

图1 并列组合旋流板除雾器示意Fig.1 The diagram of parallel combination whirlwind fogremoval device

下面列举两个工程实例具体说明设计和计算的细节，这两个实例结构参数的计算公式均依据文献[5]。其中实例1早在1994年就已经实施，其详细使用情况总结于文献[6]。

3 工程实例

实例1 ：某焦炉煤气冷却除萘工序的核心设备预冷油洗萘塔，规格为DN 4 500×35 600，分成两段。下段为预冷段，塔型是弓形筛板塔，用氨水冷却煤气。上段为洗萘段，塔型是填料塔，用洗油吸收煤气中的萘。运行中，下段的氨水不允许被带到上段而破坏洗油，上段的洗油也不允许随煤气带出塔外。煤气自下段进入上段设置4个DN 1 000升气帽，每个升气帽中安置一块旋流除雾板分离煤气中夹带的氨水。煤气出塔前同样通过并列组合旋流板除雾器除去其中的洗油雾沫，由4个DN 1 000旋流板除雾器单元组成。上下共8个除雾器单元的旋流板规格相同。具体参数是：煤气重度为0.59 kg/m3、工况总气量为41 400 m3/h（空塔气速为0.72 m/s）、平均每个旋流板除雾器单元的气量为10 350 m3/h，选取气流穿孔强度因子为13 kg0.5/（m0.5·s），旋流板穿孔气速为16.92 m/s，由此计算得旋流板开孔面积为0.170 m2，进而确定旋流板几何参数：叶片外径（罩筒内径）为975 mm、盲板直径为595 mm、叶片数为18片、叶片厚度为4 mm、叶片仰角为25°、叶片径向角为-37.6 °（外向板取负值）。这台预冷油洗萘塔1994年投产，至2010年工厂关闭，一直处在长周期正常运行状态，其两段的旋流板除雾器分离效率及压降均达到预期要求。

实例2 ：某引进化工装置废气氨法脱硫吸收塔，空塔喷淋塔型，吸收塔规格为DN 4 400×31 000 mm，脱硫后排气温度为50 ℃，工况排气量为155 000 m3/h，换算空塔气速为2.83 m/s。气体离开塔顶前采用旋流板除雾，由于塔径过大，不宜采用单块旋流除雾板，使用由4个旋流板除雾器单元组成的并列组合旋流板除雾器，平均每个除雾器单元通过的气量为38 750 m3/h。考虑到此脱硫装置存在较低负荷工况，故选取气流穿孔强度因子偏于上限，为17 kg0.5/（m0.5·s），旋流板穿孔气速为16.67 m/s，由此计算得旋流板开孔面积为0.645 7 m2，进而确定旋流板几何参数：叶片外径（罩筒内径）为1 500 mm、盲板直径为630 mm、叶片数为30片、叶片厚度为4 mm、叶片仰角为30°、叶片径向角为-24.9°（外向板取负值）。这台吸收塔从2012年底投入使用以来，运行情况良好，其除雾器分离效果和压力降指标均符合预期要求。设计时对每一个除雾器单元均设置了清水定期冲洗装置，自2012年投入运行后，从除雾器压降判断从未出现过需要冲洗的情况，因此，冲洗装置没有投入使用过，说明该吸收塔的旋流板除雾器在实际运行中不会发生需要清洗的情况。

[1] 陈昭仪，谢珊，李丹.旋流板塔大型化的设计与研究[C].全国化工热工设计技术中心站年会论文集.2001：59-64.

[2] 张曼玲，刘柏谦.脱硫塔双程旋流板结构及其设计方法探讨[J].环境保护科学，2006，32（6）：7-9.

[3] 王志雅.螺旋分离器的设计计算[J].化工设备与管道，2005，42（3）：11-15

[4] 王志雅.并列组合旋流板除雾器[P].中国专利：201220723758.4.2013-6-12.

[5] 王志雅.旋流板几何参数的设计计算[J].化工设备设计，1996，33（1）：16-19.

[6] 王志雅.旋流除雾板在“氨苯回收”中的应用[J].上焦科技，1995，（5）：18-25.

国药奇贝德举办第二、第三期医药工程技术沙龙

国药奇贝德（上海）工程技术有限公司是中国医药集团联合工程有限公司旗下的独立法人企业，公司于2014年设立了国药奇贝德学院，专注于制药工程领域的技术咨询、技术交流、技术培训等内容。国药奇贝德学院举办沙龙活动的主旨是为了给制药企业的客户创造一个相互交流、扩充人脉、与专家面对面交流及探讨问题的平台。2015年6月和8月，国药奇贝德学院分别主办了第二、第三期医药工程技术沙龙。

第二期沙龙的报告主题为：

——医药工厂清洗用热水制备的节能解决方案（美国Super Klean 公司）；

——无菌生产中的优秀方法探讨（陈柏林）。第三期沙龙的报告主题为：

——新版GMP附录“计算机系统”的解读及实施（吴军）；

——“2015版药典”相关检查方法变化及技术要点（陈桂良）。

沙龙围绕目前行业高度关注的热点话题展开，出席人员均为医药行业及制药企业的高层管理领导和工程负责人，在报告人作主题演讲的过程中，参与者进行了热烈的交流。沙龙活动受到了普遍欢迎。

（虞巧先）

Effective Form of Whirlwind Plate Mist-remover in Large Tower

Wang Zhiya
（Shanghai Internet Environmental Technology Center Shanghai, 200086）

In this article, parallel combined whirlwind plate mist remover was recommended to be used in the top of large tower.The practical examples used in engineering were then demonstrated.

large tower; whirlwind plate mist remover; parallel combination

TQ 053.5

：A

：2095-817X（2015）04-0034-003

2015-04-16

王志雅（1946—），男，高级工程师，主要从事烟气脱硫等环保工程的设计及总承包管理。