摘要：對淨化變換氣脫硫液的高塔再生改造為自吸空氣噴射再生的工作原理、噴射器和噴射再生槽的設計計算作了較詳細的說明，並對改造應用效果做出了評價。

關鍵詞：變脫，脫硫，再生，高塔，噴射，噴射器

1問題的提出

我公司年產8萬t合成氨、13萬t尿素擴建工程投入正常生產後，合成氨氣體淨化系統的脫硫及脫硫液的再生大致情況是：老系統半水煤氣的加壓脫硫改為常壓脫硫（新系統設計為常壓脫硫）；變換氣脫硫（以下簡稱變脫）仍採用加壓脫硫，需同時開3臺變脫塔；變脫後變脫液的再生仍然採用高塔再生。兩臺變脫液再生塔從原始開車到現在，一直沒有進行大的改造，不但裝置老化，腐蝕嚴重，而且操作檢修極不方便；更重要的是能耗高，影響系統高負荷生產。

為綜合解決變脫液再生塔存在的問題，經過考察調研，我公司決定將變脫液高塔再生改為噴射自吸空氣再生，這樣可大大降低空氣消耗，達到降低能耗和減少裝置維修費用的目的。

2噴射再生改造方案

2。1改造內容

改造時，在原2#脫硫迴圈槽位置上新建一個變脫液噴射再生槽，以取代原來的兩個變脫液再生塔；原1#、3#脫硫迴圈槽分別改為1#、2#貧液槽；原變脫塔分離器改為硫泡沫槽，以節省投資。

2。2工藝流程及工作原理

噴射再生改造後工藝流程示意見圖1。

變脫液噴射再生的工作原理為：變脫脫硫液（富液）利用餘壓從～1。8MPa減壓到～0。4MPa進入噴射再生槽上部的噴射器，脫硫液高速透過噴射器的噴嘴形成射流，併產生區域性負壓將空氣吸入，這樣脫硫液透過噴射器自動吸入空氣進行氧化反應；此時，兩相流體立即被高速分散而處於高速湍動狀態，射流變成泡沫流，空氣呈氣泡狀態分散於液體中，氣液接觸介面大而且不斷更新，使脫硫液的吸氧速度大為增加，傳質過程極為迅速，再生時間非常短（5～8min即可）；然後進入再生槽，透過篩板將硫泡沫進行浮選，溢位的硫泡沫進入硫泡沫槽，定時用壓縮空氣壓入硫泡沫高位槽，進入硫回收系統；再生後的脫硫液（貧液）透過液位調節器進入貧液槽，用貧液泵送至變脫塔，返回變脫系統迴圈使用。

2。3關鍵裝置噴射再生槽的設計計算

2。3。1噴射器的引數計算

噴射器結構示意圖見圖2。噴射器是噴射再生的關鍵，它直接影響到吸入空氣量的多少。本改造設計參考有關文獻資料和兄弟廠家的成功經驗，對噴射器的設計進行了最佳化。其主要引數選擇及計算如下。

2。3。1。1噴嘴計算

①噴嘴個數。按照文獻，噴射器噴嘴個數按公式（2-1）計算：

n=L

T

/L

i

（2-1）

式中，

n——噴射器噴嘴個數，個；

L

T

——脫硫液的迴圈量，m

3

/h。根據現有的生產實際情況，脫硫液的迴圈量L

T

按400m

3

/h計；

L

i

——每個噴射器溶液處理量，m

3

/h。取L

i

=50m

3

/h。

故，

n=400/50=8（個）

②噴嘴孔徑。噴嘴孔徑的計算可按公式（2-2）：

d

i

=（L

i

/（0。785×3600×v

i

））

0。5

（2-2）

式中，

d

i

——噴嘴孔徑，m；

L

i

——每個噴射器溶液處理量，m

3

/h。已取L

i

=50m

3

/h；

v

i

——噴嘴流速v

i

，m/s。現按20m/s設計（一般為17～20m/s）；

故，

d

i

=（50/（0。785×3600×20））

0。5

=0。0297（m）

實際選取d

i

=0。030m。

③噴嘴孔長度。為減少液體阻力，增加流量係數，噴嘴採用整體流線型結構。為加工方便，直接鑽孔，噴孔為短圓柱管嘴，噴孔為噴嘴孔徑的2～2。5倍，根據生產實際經驗取L=0。050m。

④脫硫液入口管直徑。按照文獻，脫硫液入口管直徑d

L

通常取3倍噴嘴孔徑d

i

。故，

d

L

=3d

i

=3×0。030=0。090（m）

實際選取Φ108管。

2。3。1。2混合管（喉管）計算

①喉管直徑。根據有關資料介紹，噴嘴截面與喉管截面之比約為0。11～0。13。現取比值為0。11，則喉管截面d

m

計算為：

d

m

=（d

i

2

/0。11）

0。5

=0。090m

實際選取Φ108管。

②喉管長度。喉管長度L

m

可按L

m

=1。8～2。1m選取，現取Lm=2m。

2。3。1。3擴散管計算

文獻規定，擴散管截面與喉管截面之比為3。4～4。0，擴散管角度α=2。5°。

由此可計算得出擴散管尺寸d

e

=0。2m，實際選取Φ219管。

設計時取擴散管長度為1m。

2。3。2噴射再生槽計算

噴射再生槽的結構示意見圖3。其相關特性引數計算選取如下。

2。3。2。1噴射再生槽直徑

噴射再生槽直徑相關計算公式如（2-3）、（2-4）：

D

1

=（G

A

/0。785A

i

）

0。5

（2-3）

G

A

=L

T

·C

i

（2-4）

上述式中，

D

1

——槽體直徑，m；

G

A

——吸氣量，m

3

/h ；

A

i

——再生槽吹風強度，m

3

/（m

2

·h）。A

i

一般為70～120m

3

/（m

2

。h），這裡取100m

3

/（m

2

。h）；

C

i

——噴射器抽吸係數，m

3

/m

3

。設Ci=4。0m

3

/m

3

；

L

T

——脫硫液的迴圈量，已知按400m

3

/h計。

故，

D

1

=（400×4/（0。785×100））

0。5

=4。51（m）

實際選取D

1

=4。5m

2。3。2。2擴大部分直徑

按照文獻，擴大部分直徑D

2

按D

2

=1。0+D

1

計算。故，

D

2

=1。0+D

1

=1。0+4。5=5。5（m）

2。3。2。3再生槽高度

再生槽高度H

T

的相關計算公式為：

H

T

=H

1

+H

2

+H

3

（2-5）

H

1

=L

T

×τ/（0。785D

1

2

×60）（2-6）

上公式中，

H

1

——再生槽有效高度，m；

L

T

——脫硫液的迴圈量，已知按400m

3

/h計；

τ——溶液在再生槽內停留時間，min。一般為5～10min，這裡取8min；

H

2

——噴射器出口到槽底距離，m。本次H

2

取0。9m；

H

3

——擴大部分高度，m。現取1。7m。

故，

H

1

=400×8/（0。785×4。5

2

×60）=3。36（m）

H

T

=H

1

+H

2

+H

3

=3。36+0。9+1。7=5。96（m）

實際選取H

T

=6。0 m

3改造效果及經濟評價

3。1改造效果

我公司按照噴射再生改造方案改造後，經過實際生產執行，摸索出最佳操作條件，已穩定運行了多年，效果甚佳。表現在以下幾個方面。

①與採用高塔再生相比，可大大降低投資費用；

②方便了操作，降低了勞動強度，減少了操作人數；

③裝置便於檢修，減少了裝置的維修費用；

④基本上杜絕了脫硫液的氣沫夾帶，提高了生產穩定性，也減少了損失，降低了消耗；

⑤停開兩臺空壓機，節約了能源；

⑥脫硫液迴圈量由改造前的560m

3

/h減少到400～460m

3

/h，大大降低了能耗；

⑦再生效果提高後使脫硫效果得到了提高，變脫氣出口H

2

S含量由改造前的22mg/m

3

降低到15mg/m

3

以下；

⑧為變脫脫硫液實現從ADA改栲膠脫硫創造了條件，同時也避免了生產過程中需要停車清洗塔內填料。

3。2經濟評價

①停開兩臺空壓機，兩臺空壓機功率為130kW，一年按8000h計，則一年可節約電量為：

130×0。85×8000=884000（kW。h）

②脫硫液迴圈量由改造前的560m

3

/h減少到400～460m

3

/h，泵電流由原來的42A減少到35A（電壓為6000V），一年可節約電量為：

6×（42-35）×8000=336000（kW。h）

③每班可減少操作人數1個；

④據車間保守估計，每年可減少各種維修費用5～10萬元；

⑤同時兩臺再生塔（規格為Φ3000×10×42800，單重約40t），可進行修舊利廢，價值可觀。

4總結

淨化變脫脫硫液的再生由高塔再生改為自吸空氣噴射再生，既節省了投資，又提高了再生效果，並且降低了能耗。實踐證明改造設計取得了成功。它對於中小氮肥行業尤其是有加壓變換流程的廠家，具有借鑑意義。