湿式静电除尘器在裂解气除尘中的应用

2017-10-18 13:48:06 山东保蓝湿电除尘



湿式静电除尘器在裂解气除尘中的应用


唐复兴
 
(新疆天业(集团)化工研究院,新疆,石河子832000)



 目录

一、基本参数 -----------------------------------------------1
1、粉尘的比电阻 -------------------------------------------1
2、气体的温度和湿度 --------------------------------------2
3、气体成分 -------------------------------------------------3
4、气体压力 -------------------------------------------------3
5、粉尘浓度和粒径分布 ------------------------------------4
二、选型计算 ------------------------------------------------4
三、工艺配置 ------------------------------------------------7
四、设备投运效果 -------------------------------------------7
五、总结 ------------------------------------------------------8
【参考文献】 -------------------------------------------------8


摘要本文主要从裂解气除尘设备的选型入手,通过对选型参数的落实,设备计算等过程,对湿式静电除尘器的选型和投用效果做了详细的论述。
关键词裂解气  电除尘  
       在煤裂解气的生产过程中,无论采用何种裂解方法,裂解气中均会有粉尘,这些粉尘在焦油和水汽的共同作用下,会粘结在设备和管道的内壁,堵塞通道,造成系统运行阻力增大,影响生产。本文将从一煤制裂解气除尘装置的选择和应用来展开。
       除尘工艺条件:运行温度在80~95℃,除尘设备压降小于5KPa,经预除尘后进口粉尘浓度1000mg/Nm3以下,裂解气流量3000Nm3/hr(不含水蒸气时),气体组成主要为氢气、一氧化碳、乙炔,焦油,硫化氢,饱和水蒸气等,出口粉尘浓度10mg/Nm3以下,设备操作弹性60%~120%。粉尘粒径分布较宽,平均粒径在40~65微米之间,且其中有约10%的粉尘粒径在5微米以下。
       从除尘工艺条件上可做初步判断,除尘效率要求在99%以上,且10%的粉尘在5微米以下,旋风分割粒径在10微米,一般的旋风除尘器无法达到这样的效率;由于气体含有焦油,容易堵塞滤袋微孔,含有90℃左右的饱和水蒸气,在焦油的同时作用下容易糊袋,尽管目前有不怕油和水汽的滤袋,但是仍不适用于含焦油的场合,因此,不适宜用除尘效率高的布袋除尘;采用高效的湿法除尘工艺,设备压降一般单级除尘设备压降在10Kpa左右,单级除尘效率在95%以上,至少需要两级湿法除尘,无法满足工艺上压降的要求。电除尘器压降一般在200~300Kpa,被广泛的用于除煤气除焦和除尘,除尘效率大于99%,一般允许进口含尘浓度小于50g/Nm3,考虑到裂解气虽然温度不高,但湿度大,且均为可燃易爆气体,因此,初步确定煤制裂解气除尘采用湿式静电除尘设备。
       湿式静电除尘器作为一种除尘效率高,压降低的除尘设备被广泛的应用于工艺气除尘,比如:钢厂高炉煤气除尘,炭黑生产,乙炔裂化气炭黑脱除等流程中。可否用于煤制裂解气的工艺气除尘,在选型和计算中需要落实以下几个参数。经与浙江大学、中国重型机械研究所上海分院的教授、专家们交流和关键数据检测,现将基本参数,设计选型和投运效果检测等叙述如下:

一、基本参数

1、粉尘的比电阻

       电除尘器对比电阻的要求区间为1×104Ω·cm~1×1012Ω·cm。比电阻低于1×104Ω·cm的粉尘,其导电性强,粉尘荷电后到达收尘板后会快速释放电荷,粉尘与收尘板同电性,在电场力的作用下重新返回气流,粉尘如此往复跳跃,最终有部分会被气流带出,所以除尘效果差;比电阻高于1×1012Ω·cm时,粉尘在到达收尘板时,不容易释放电荷,随着粉尘在极板上积累,形成电场,产生负电晕放电,阻碍粉尘向收尘极运动,使除尘效率下降。裂解气中的粉尘样品经过干燥后经实验室测定(60℃),原料煤粉的比电阻在1×1013Ω·cm左右,反应后残留粉尘比电阻在4×109Ω·cm以上,反应后粉尘比电阻较原料煤粉比电阻小。从图1粉尘比电阻与除尘效率的关系中可以看出反应后残留粉尘的比电阻对应除尘效率处于高点。

图1    粉尘比电阻与除尘效率的关系

2、气体的温度和湿度

        研究表明,粉尘比电阻是两种独立的导电机理的综合,一种是通过粉尘内部的体积导电,它与粉尘的化学成分有关,体积比电阻与工作温度成反比;另一种是沿着粒子表面进行的表面导电,它与粉尘及烟气成分都有关,表面比电阻与工作温度成正比。哪一种导电机理占主导地位, 主要取决于烟气温度。温度与粉尘比电阻关系如图 2 所示。由此可以得出在裂解气除尘温度95℃以下时,粉尘的导电主要受表面比电阻影响。
       烟气湿度也可以改变粉尘的比电阻,湿度越大比电阻越小,电除尘就允许在更高的电场电压下运行,电场电压的提高,可使除尘的效果显著的增强。当烟气温度低于150℃左右时,其中的水分就被吸附到尘粒表面;如果烟气温度很低,而其中的水分含量又很高,则此水分能把粉尘比电阻降低到适宜于电除尘器工作的数值;当烟气温度较高时,水分的含量对比电阻的影响就不显著,因为表面导电所需的条件已不存在。由于在煤裂解气需要通过高压水淬冷,将温度冷却到95℃以下,此时裂解气中水汽已接近饱和,为了进一步增大除尘效率,防止粉尘在设备进口管道发生堵塞,在设计时,增加几处管道冲洗喷头进行清堵和预饱和,来增强除尘效率。
湿电除尘器
图2  温度与比电阻关系曲线

3、气体成分 

       烟气成分对负电晕放电特性影响很大,烟气成分不同,在电晕放电中电荷载体的迁移不同。在电场中,电子与中性气体分子相撞形成负离子的概率很大程度上取决于烟气成分。如:氦、氢气分子不产生负电晕,而氯、二氧化硫、三氧化硫等气体由于气体分子具有很强的负电性(得电子能力),很容易吸附自由电子形成负离子,而负离子的运动速度远小于电子,使气体中带电质点减少,因而放电的形成和发展比较困难,其次是这些气体的分子量和分子直径都较大,使电子在其中的自由程缩短,不易积聚能量,因而减少了电子碰撞电离的能力。自由电子大量在这些负电性强的分子上聚集,发生火花放电,产生较强的负电晕,在电控柜电压便会降低或归零,影响除尘效果。总而言之,不同的气体对电除尘器的伏安特性和火花放电电压影响很大,除尘效率也有差别。
       从工艺条件上看,裂解气中氢气,氮气,一氧化碳,硫化氢等气体其负电性,均小于水蒸气;乙炔的电负性较大,但其在裂解气中含量不到10%,影响表现的并不突出。因此,在该装置中主要负电的集团为,表面被水浸润过的粉尘、焦油和水雾。

4、气体压力

        在电除尘器运行过程中,操作电场电压,会随裂解气的操作压力波动而波动,一般呈正比关系,若单纯考虑压力对除尘的影响,则,在温度和流量一定的情况下,操作压力越高,气体放电电压越高,电场可操作电压越高,除尘效率越高。从工艺条件上,裂解气除尘系统运行压力条件类似于中低压煤气压力,经查阅在中低压条件下湿式电捕除尘效率一般均在95%以上,即当进口含尘在1000 mg/Nm3时,可保证出口含尘在50mg/Nm3,由此可见,在电除尘进口需要增加预除尘装置,或采取其它方式降低入口含尘。

(来源:新疆天业(集团)化工研究院  唐复兴)

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