【摘 要】本文簡要介紹了煤氣除塵設(shè)備的類型，分析了不同設(shè)備的基本工作原理，對煤氣化工業(yè)中的分級除塵工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)論述。

【關(guān)鍵詞】除塵器 工作原理 分級除塵

一、前言

煤炭氣化是以煤為原料，以氧氣、水蒸氣等為氣化劑，在高溫條件下經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)生成可燃?xì)怏w的工藝過程[1-2]。粗煤氣中含有大量的灰塵粒子，容易阻塞輸氣管道，磨損儀表管件，增加輸送能耗，影響后期脫硫工藝，必須采取措施進(jìn)行除塵。

二、除塵設(shè)備及工作原理

工業(yè)上一般使含塵氣體通過除塵器來實(shí)現(xiàn)氣塵分離。粗煤氣含塵的粒徑范圍是0.001～500um。由于煤氣溫度高，流量大，易燃易爆，限制了除塵器的選擇范圍。常用的煤氣除塵器有：旋風(fēng)除塵器、陶瓷除塵器、文丘里除塵器，塔式除塵器和靜電除塵器等。

（一）旋風(fēng)除塵器

旋風(fēng)除塵器又稱旋風(fēng)分離器，是利用旋轉(zhuǎn)的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將塵粒從氣流中分離出來的一種氣、固分離裝置。適用于凈化粒徑大于5～10um的非粘性非纖維性的干燥粉塵。這類除塵器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價(jià)格低廉，除塵效率較高，最高可以達(dá)99.99%。

（二）陶瓷除塵器

陶瓷除塵器以陶瓷過濾為除塵方式，濾管為晶體結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷，過濾效率高達(dá)99.9%。可用于工作壓力1.6MPa，溫度800～1000℃條件下，每小時(shí)處理量最高可達(dá)20000m3以上[3]。缺點(diǎn)是濾料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，煤氣溫度過高會(huì)導(dǎo)致陶瓷管斷裂，壓降較大，整體投資高。

（三）文丘里除塵器

常規(guī)的文丘里除塵器由引水裝置、文丘里管和脫水器組成，其中文丘里管分為漸縮管、喉管和漸擴(kuò)管三部分。其除塵過程主要分為霧化、凝聚和脫水三個(gè)步驟。含塵氣體進(jìn)入漸縮管后氣速增大，在喉管達(dá)到最大值。洗滌水在收縮段與喉管變徑處加入，在高速氣流的沖擊下，洗滌水發(fā)生霧化。霧化效果和噴嘴的結(jié)構(gòu)有關(guān)，絕大部分水滴粒徑在500um左右。氣液兩相在喉管內(nèi)充分混合，塵粒和液滴凝聚成更大顆粒，在漸擴(kuò)管段氣速下降，最終進(jìn)入脫水器，在重力作用下實(shí)現(xiàn)氣體與塵粒的分離。

文丘里除塵器的效率較高、一般效率在95%以上，對粒徑在1um以下的微細(xì)塵粒也有較高的脫除效率。相對于其它除塵設(shè)備體積較小、相應(yīng)地投資也較少，在煤氣化工藝中具有廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是耗水量較大，壓力損失大。

（四）塔式除塵器

塔式除塵器又稱水洗塔，按照塔內(nèi)件的類型分為板式塔和填料塔兩類。洗滌水自上而下與煤氣錯(cuò)流接觸，可以洗去煤氣中的塵粒。水洗塔一方面對煤氣除塵，另一方面還起到對煤氣降溫的作用。洗滌塔設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，占地面積小，在煤氣化工業(yè)中應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是耗水量大，黑水含灰多，容易堵塞管道。

（五）靜電除塵器

靜電除塵器由本體和高壓靜電發(fā)生器組成。含塵氣體在接有高壓直流電的陰極線和接地的陽極板之間所形成的高壓電場通過，由于陰極發(fā)生電暈放電，氣體被電離帶負(fù)電荷，在電場力的作用下向陽極運(yùn)動(dòng)，途中與粉塵顆粒相碰使其帶負(fù)電。帶負(fù)電塵粒向陽極運(yùn)動(dòng)，沉積在陽極板上失去電荷，凈化的氣體排出除塵器。

靜電除塵器的效率高，阻力小，消耗電能少。一般除塵效率可達(dá)90%～98%，能補(bǔ)集0.1um以上的細(xì)顆粒粉塵。阻力不超過200Pa，每處理1000m3煤氣消耗0.4～0.5kWh，工作電壓在35kV以上。適用于煤氣流量大，溫度不太高，粒徑較小的環(huán)境。缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，制造、安裝和維護(hù)管理水平要求高，整體投資大。

三、分級除塵工藝流程

由于單獨(dú)應(yīng)用一種除塵方式難以達(dá)到工藝要求，工業(yè)上通常采用兩種以上除塵設(shè)備分級除塵。工藝流程方案為五種不同除塵設(shè)備串聯(lián)操作（如圖1）。

除塵方案的設(shè)計(jì)思路如下：旋風(fēng)分離器一般緊靠在煤氣發(fā)生器即氣化爐之后設(shè)置，此處煤氣中含有大量含碳顆粒，需要收集回爐進(jìn)行二次氣化，故旋風(fēng)分離器處在除塵流程最前。陶瓷除塵器需要定時(shí)進(jìn)行反吹清灰操作，為了防止陶瓷管受熱斷裂，常使煤氣先經(jīng)過熱量回收后再除塵，過濾出的細(xì)灰一般不回爐反燒，故布置位置靠后。文丘里除塵器和塔式除塵器耗水量大，工業(yè)上常將文丘里管和水洗塔連續(xù)布置，文丘里管在前，水洗塔在后，用塔身代替文丘里除塵器的脫水器，既能實(shí)現(xiàn)連續(xù)除塵，又節(jié)省了空間。靜電除塵器處理煤氣的溫度不宜過高，故布置在塔式除塵器之后。

除塵工藝流程常常根據(jù)煤氣生產(chǎn)工藝和最終用途有所差別。對比各類除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，陶瓷除塵器和靜電除塵器都屬于定型設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，后期維護(hù)管理水平要求高，整體投資高。前者的除塵能力完全可以通過連續(xù)設(shè)置旋風(fēng)分離器進(jìn)行多級分離來彌補(bǔ)，后者以精除塵為目的，如果出水洗塔后的煤氣含塵量滿足后繼工藝要求可以不設(shè)。綜合以上論述，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，煤氣的除塵工藝方案通常由旋風(fēng)分離器、文丘里、水洗塔三種即可滿足需求。

四、結(jié)語

煤氣除塵不但可以提高煤氣質(zhì)量，改善后期應(yīng)用，還有利于對粉塵中的碳收集進(jìn)行二次氣化，從而提高整體的碳磚化率，減少粉塵排放，改善環(huán)境衛(wèi)生。隨著國內(nèi)煤氣化技術(shù)的發(fā)展，煤氣除塵技術(shù)將越來越受到重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳啟文，李聰敏.煤化工工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：124.

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[3]徐振剛，步學(xué)朋.煤碳?xì)饣R(shí)問答[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：162～164.