何鋼（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司焦化廠，河北省涉縣056404）

電捕焦油器的改造

何鋼（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司焦化廠，河北省涉縣056404）

針對電捕焦油器在運(yùn)行過程中存在著電暈級(jí)部件單點(diǎn)懸掛，內(nèi)部支撐受力差，正負(fù)極間易發(fā)生短路；供電系統(tǒng)存在不穩(wěn)定因素，二次電壓和電流偏低、影響焦油捕集效率等問題,通過技術(shù)改造將原單點(diǎn)懸掛方式改為四點(diǎn)懸掛支撐，將可控硅整流供電方式改為恒流源，顯著提高了電捕的運(yùn)行效果，為后工序化產(chǎn)回收工作奠定了基礎(chǔ)。

煉焦油霧電捕焦油器捕集恒流源改造

1 前言

天鐵集團(tuán)焦化廠現(xiàn)有4.3 m 42孔焦?fàn)t4座，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為112萬t焦炭，同時(shí)產(chǎn)生50 000 m3/h的焦?fàn)t煤氣，并通過鼓冷、脫硫、硫銨、粗苯等工序回收化產(chǎn)品。從焦?fàn)t集氣管、吸氣主管來的荒煤氣，進(jìn)入氣液分離器后，通過橫管冷卻器冷卻至25℃以下。在煤氣冷卻過程中，其中焦油以氣泡狀態(tài)或極細(xì)小的霧滴（?1～17μm）存在于煤氣中，由于焦油霧又輕又小，其沉降速度小于煤氣流速，因而浮于煤氣中并被煤氣帶走。電捕焦油器的作用就是在煤氣進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)前捕集大部分的焦油霧。

2 捕集焦油霧工藝

工藝過程如圖1所示。

圖1 捕集焦油霧工藝示意圖

3 電捕焦油器工作原理及構(gòu)造

3.1 工作原理

3.1.1 我廠使用的是蜂窩式電捕焦油器，在電捕焦油器中沉降管為正極，沉降管由正六邊形組成，中心懸掛的電暈導(dǎo)線作為負(fù)極，當(dāng)兩級(jí)間通入高壓直流電時(shí)，便形成了不均勻電場，兩極間的中性煤氣分子電離為帶正電的離子和帶負(fù)電的電子。電子因能量很小，很快被煤氣分子俘獲而煤氣分子成為負(fù)離子。在電暈級(jí)附近的電場強(qiáng)度大，此處的離子以高速運(yùn)動(dòng)使煤氣分子發(fā)生碰撞電離，而離電暈導(dǎo)線較遠(yuǎn)處，電場強(qiáng)度小，離子的速度和動(dòng)能不能使相遇的分子離子化，所以在正常的情況下整個(gè)不均勻電場不會(huì)被擊穿，只是在電暈級(jí)附近形成了大量的正離子和負(fù)離子。負(fù)離子的速度比正離子的大，它便很快向正極管壁處移動(dòng)，而使絕大部分焦油霧滴帶負(fù)電荷。荷載負(fù)電的焦油滴到達(dá)管壁即可放電而沉積于壁上，在電暈級(jí)附近由于正負(fù)離子的中和作用，正離子數(shù)量少，荷載正電的焦油霧滴沉積在電暈級(jí)上的量也少。煤氣離子經(jīng)在兩級(jí)放電后，重新轉(zhuǎn)變成煤氣分子，從電捕焦油器中逸出[1]。

3.1.2 電捕焦油器的工作電壓與工藝流程、工藝參數(shù)、整流器性能和安裝精度有關(guān)。如入口煤氣中焦油霧含量高，工作電流偏小，為了保證捕集焦油效率，工作電壓會(huì)高一些。反之，入口煤氣中焦油霧含量低，工作電流偏大，出口煤氣中焦油霧含量容易達(dá)到要求，相應(yīng)的工作電壓就會(huì)低一些。

3.2 構(gòu)造

3.2.1 電捕焦油器的外殼為圓柱形，DN5 200 mm蜂窩管數(shù)276個(gè)。底部為帶有蒸汽夾套的凹形底。在每根沉降管的中心懸掛著電暈級(jí)導(dǎo)線，由上部吊架和下部吊架拉緊，并保持偏心度不大于3 mm。沉淀級(jí)由許多正六邊形組成，整個(gè)蜂窩體內(nèi)沒有電場空穴，有效空間利用率高，凈化效果好。電暈級(jí)采用高強(qiáng)度的碳素鋼絲制作。煤氣自底部進(jìn)入，通過氣體分布篩板均勻分布到各沉降管中，凈化后的煤氣從頂部逸出。從沉降管捕集下來的焦油于器底排出，因焦油黏度大，故底部設(shè)有蒸汽夾套，以利于排放。

3.2.2 電捕焦油器頂部設(shè)有絕緣箱，高壓電源由此引入。為了防止煤氣中的焦油，萘及水汽等在絕緣子上冷凝沉積。

（1）將壓力略高于煤氣壓力的氮?dú)獬淙虢^緣箱內(nèi)，使煤氣不能接觸絕緣子表面。

（2）絕緣箱內(nèi)設(shè)有蒸汽加熱器或電加熱器，使絕緣箱內(nèi)空間溫度保持在90℃～110℃之間[2]。

3.2.3 對電捕焦油器來說，在爆炸三要素中，已經(jīng)具備了可燃物（焦?fàn)t煤氣）和火源（電暈放電），因此必須禁止空氣混入。在運(yùn)行中要經(jīng)常檢查煤氣含氧量。設(shè)置了煤氣含氧量自動(dòng)檢測裝置，用以保護(hù)電捕焦油器的安全運(yùn)行，并將煤氣含氧量設(shè)定在1.0%以下。

3.3 煤氣中焦油的危害

橫管冷卻器出來的煤氣的焦油含量一般在1.0g/m3～2.5g/m3，煤氣凈化工藝要求煤氣中焦油霧含量低于0.02 g/m3,否則對煤氣凈化操作將有嚴(yán)重影響。焦油霧如在飽和器中凝結(jié)下來，將使酸焦油量增多，并可能使母液變色起泡沫，密度減小，有使煤氣從飽和器滿流槽沖出的危險(xiǎn)，可能使硫銨產(chǎn)品雜質(zhì)含量超標(biāo)，并有使產(chǎn)品變色的的危險(xiǎn)。焦油霧在管道設(shè)備中沉積下來，會(huì)使管道設(shè)備發(fā)生堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加，嚴(yán)重時(shí)可能使煤氣無法正常輸送。焦油霧進(jìn)入洗苯塔內(nèi)，會(huì)使洗油黏度增大，質(zhì)量變壞，洗苯效率降低，粗苯產(chǎn)量將會(huì)受到影響。焦油霧進(jìn)入脫硫塔會(huì)引起脫硫塔堵塞，催化劑中毒，吸收效率降低，硫磺產(chǎn)量減少，并使硫磺變色發(fā)黑。

4 存在問題

4.1 電暈級(jí)部件單點(diǎn)懸掛，受力不夠穩(wěn)定

我廠1#、2#電捕于2004年投入使用，設(shè)計(jì)上使用中間單點(diǎn)吊架懸掛的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)存在著受力不穩(wěn)定，吊架及其上固定的電暈線穩(wěn)定性較差。在受到煤氣高速流動(dòng)沖擊下電暈線發(fā)生左右搖擺，使電暈線的偏心度大于3 mm，造成電捕內(nèi)部局部發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)使正負(fù)極間發(fā)生短路，電捕停止工作。自投用以來頻繁發(fā)生電暈線短路掉下事件，每次都需要人工打開電捕人孔進(jìn)行檢修，造成了人力物力的嚴(yán)重浪費(fèi)。

4.2 二次電壓偏低捕集焦油效率低

電捕在投用以來，一直存在著二次電壓偏低，而且升壓困難，二次電流偏低而且波動(dòng)，焦油捕集效率偏低的問題。以致后續(xù)脫硫工序硫磺產(chǎn)量一直偏低，硫磺產(chǎn)品顏色發(fā)黑，硫銨飽和器加熱器堵塞嚴(yán)重，完全可以判斷出電捕捕集焦油的效果不好。

4.3 硅整流供電，電流不穩(wěn)定

電捕焦油器投用時(shí)使用硅整流變壓系統(tǒng)供電，這種供電系統(tǒng)存在著電流波動(dòng)較大，供電系統(tǒng)存在不穩(wěn)定的因素，在煤氣物理性質(zhì)發(fā)生突然變化時(shí)，供電系統(tǒng)容易發(fā)生故障。

4.4 絕緣箱保溫不好，絕緣箱溫度波動(dòng)較大

電捕在投用時(shí)使用單高壓進(jìn)線箱供電，絕緣箱外直接設(shè)置保溫材料，當(dāng)大氣溫度變化較大時(shí)，尤其在遇到雨雪天氣時(shí)，絕緣箱溫度波動(dòng)更大，給調(diào)節(jié)帶來很多不便。

因此，我廠決定對1#、2#電捕焦油器進(jìn)行改造，以提高其運(yùn)行效率。

5 改造方案

在1#電捕單電捕運(yùn)行的條件下，先對2#電捕進(jìn)行了改造，在2#電捕改造完畢投入運(yùn)行后再對1#電捕進(jìn)行了改造。

5.1 單點(diǎn)吊架懸掛改為四點(diǎn)懸掛內(nèi)部部件穩(wěn)定性增強(qiáng)

對原來的由電捕中央一根鋼吊柱懸掛整個(gè)電暈級(jí)重量，單絕緣箱為電暈級(jí)給電改造為呈正方形四角上四根鋼吊柱共同懸掛電暈級(jí)重量，四個(gè)絕緣箱共同分擔(dān)供電的平面穩(wěn)定供電支撐結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性大大提高。針對使用過程中電暈絲在不斷地經(jīng)受電腐蝕和化學(xué)腐蝕，根據(jù)電暈絲的強(qiáng)度不同程度的下降的情況我們對所有電暈絲進(jìn)行了更換，更換為強(qiáng)度更高的?2.5 mm的軟態(tài)錳鋼絲，提高了電暈絲的強(qiáng)度。

5.2 硅整流供電系統(tǒng)改造為恒流源

改造為恒流源后電路穩(wěn)定性增強(qiáng)，二次電壓穩(wěn)步提升。恒流高壓直流電源簡稱“恒流源”。該電源具備的優(yōu)點(diǎn)如下。

5.2.1 該電源供電特性呈“正反饋”工作，即電源輸出電功率大小與其所需電功率大小成正比關(guān)系；當(dāng)焦油霧濃度變大時(shí)，則恒流電源輸出電壓也同步增大，所反應(yīng)在捕霧器上即電源輸出電功率是同步增大。而正是由于恒流電源對捕霧器來說是正反饋工作，所以該電源適應(yīng)工況能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，且能長期保持高沉積效率。

5.2.2 該電源輸出波形無畸變，能提高捕霧器的運(yùn)行電壓、電流水平，提高捕霧器的工作效率。由于電捕焦油器機(jī)械特性（極間距、極線形式、極板形式等）是一定的，則對該電捕焦油器來說無論采用何種電源其擊穿電壓（峰值電壓）也是一定的，在同樣的峰值電壓下，輸出波形無畸變的電源相對于波形有畸變的電源來說其工作電壓（平均電壓）肯定要高些。其三是該電源由于是一種電流源，故能承受瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)的短路情況；且采用模塊式并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其可靠性更高，操作簡單、維修方便。

5.3 絕緣箱增設(shè)夾套蒸汽保溫，提高了絕緣箱溫度的穩(wěn)定性

四個(gè)絕緣箱（供電箱）外部均存在夾套層，夾套內(nèi)通入穩(wěn)定的蒸汽，并與退氣疏水器連接，在夾套的外面再加一定厚度的石棉保溫氈，以減少熱量向外界的散失。并在絕緣箱的頂部制作了防雨棚，以減輕雨雪天氣對絕緣箱溫度的影響。

6 效果

6.1 電捕運(yùn)行穩(wěn)定性明顯提高

在改造之前，從2008年5月份到9月份共發(fā)生因電暈絲短路而造成電捕停止運(yùn)行的事故5次，平均每月發(fā)生一次，嚴(yán)重影響了電捕的開工率，改造之后，從2009年5月份至今，再?zèng)]有發(fā)生過因電暈絲短路而發(fā)生的電捕停運(yùn)事故，運(yùn)行穩(wěn)定性明顯提高。

6.2 二次電壓明顯提高，焦油捕集效果明顯增加

6.2.1 電捕改造前后二次電壓的統(tǒng)計(jì)對比見表1。

由表1可見，改造后二次電壓明顯提高。

6.2.2 通過現(xiàn)場調(diào)查，改造完成后硫磺質(zhì)量明顯提高，純度由原來的80%提高到98%，顏色也由原來的黑色變成黃色；硫銨工序酸焦油的外排量也由原來的每天0.4 t降為現(xiàn)在的0.05 t，煤氣中焦油含量大幅度降低，效果明顯。

表1 統(tǒng)計(jì)對比表

6.3 絕緣箱溫度穩(wěn)定性提高

電捕改造前后2#電捕絕緣箱溫度的統(tǒng)計(jì)對比見圖2。由圖2可見，改造后溫度的穩(wěn)定性明顯提高。

圖2 溫度統(tǒng)計(jì)對比圖

7 結(jié)論

7.1 通過對電捕焦油器的改造，保證了電捕焦油器的運(yùn)行率。二次電壓明顯提高，焦油霧捕捉率明顯增強(qiáng)。

7.2 電捕焦油器的運(yùn)行率的提高，保證了脫硫、硫銨工序的順行；硫磺、硫銨產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量進(jìn)一步提高。

7.3 本次對電捕焦油器的改造還有不足之處，如電捕焦油器煤氣管道出口在其上側(cè)面，離氨水清掃噴頭裝置太近，清掃時(shí)煤氣管道進(jìn)水，造成鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流波動(dòng)，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

（收稿2010－03－20責(zé)編崔建華）

[1]楊建華，王永林，沈立嵩.焦?fàn)t煤氣凈化[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.163~169.

[2]何建平，李輝.煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.57~60.

Modification of Electrical Tar Precipitator

He Gang

There are many problems during the running of electrical tar precipitator:positive and negative poles are easy to short-circuit due to bad internal support force provided by single-point suspension of corona-class components;unstable factors exist in the power supply system;low secondary voltage and current affect tar catching effect.Technical modification is carried out to change the single-point suspension type into four-point support type and thyristor power supply into constant current power supply.The electrical catching effect is improved remarkably,laying a foundation for the recovery of subsequent process.

tar mist,electrical tar precipitator,catching,constant current power,modification

何鋼，工程師，1996年畢業(yè)于華北工學(xué)院精細(xì)化工專業(yè)，現(xiàn)在天鐵集團(tuán)焦化廠從事煤化工化產(chǎn)回收工作。