王苗 王毅（西安交通大學(xué)城市學(xué)院，陜西 西安710018）

煤熱解是在常壓下進行熱加工，可以產(chǎn)生焦油、煤氣和半焦，熱解產(chǎn)生的煤氣熱值較高，可供民用或工業(yè)使用，焦油和半焦可以作為工業(yè)原料或燃料。近年來，煤低溫?zé)峤庵瓢虢辜夹g(shù)有了較迅速的發(fā)展，如何提高副產(chǎn)品焦油的產(chǎn)率，成為煤熱解工藝的重點。隨著采煤機械化的大范圍使用，塊煤產(chǎn)率由52%～60%降低至20%～38%，據(jù)估計全世界2300 個煤礦中每年約產(chǎn)生粉煤0.5Gt，造成粉煤的大量累積。為減少環(huán)境污染，合理利用粉煤，研究粉煤低溫?zé)峤庵瓢虢辜夹g(shù)，是粉煤利用的有效途徑之一。

國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)出多種熱解工藝流程，最具代表性的是Garrett 熱解工藝、LR 熱解工藝和DG 熱解工藝。以上三種煤熱解工藝，半焦顆粒均容易被熱解后的揮發(fā)分帶出，使熱解產(chǎn)物焦油中含有大量的粉狀半焦，當(dāng)焦油冷卻到常溫時，液態(tài)焦油中會含有大量的粉塵，造成焦油的流動性較差，焦油和粉塵黏附于旋風(fēng)分離器內(nèi)壁，同時部分未被分離的細粉塵附著在焦油冷卻管路的內(nèi)壁造成堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)難以長期運行，并且收集的焦油由于粉塵含量較大而無法使用。因此研究粉煤低溫?zé)峤獾耐瑫r，如何降低焦油中的粉塵含量顯得尤為重要。

1 煤熱解工藝中除塵技術(shù)的特點

粉煤熱解產(chǎn)生的含塵干餾氣特點：（1）粉塵粒徑和密度較小，在管道及設(shè)備中的運動軌跡不確定，容易隨氣流流動；（2）顆粒形狀不規(guī)則，密度與熱解氣接近；（3）干餾氣中含有大分子芳香類物質(zhì)，黏結(jié)性較強，容易與熱解氣中冷凝后的焦油一同附著在容器或管道壁面，造成設(shè)備堵塞[1]。

因此，粉煤熱解干餾氣分離對除塵設(shè)備的要求較高，主要有：（1）耐高溫，具有良好的抗腐蝕性。保證除塵設(shè)備能夠在450℃以上的高溫環(huán)境中持續(xù)穩(wěn)定運行。（2）含塵氣體在除塵設(shè)備中的停留時間較短，為保證較高的焦油產(chǎn)率，防止焦油發(fā)生二次裂解，應(yīng)使含塵干餾氣迅速通過除塵設(shè)備。（3）高溫條件下，設(shè)備的使用壽命較長，濾料容易再生，具有較高的除塵效率。

2 粉煤熱解干餾氣除塵技術(shù)現(xiàn)狀

目前能用于高溫狀態(tài)下氣固分離技術(shù)主要有高溫旋風(fēng)除塵、高溫靜電除塵、金屬燒結(jié)網(wǎng)過濾除塵、高溫陶瓷過濾除塵、顆粒層過濾除塵。各種除塵技術(shù)有其自身的特點及適用范圍，現(xiàn)針對粉煤干餾過程的除塵需求進行分析。

2.1 高溫旋風(fēng)除塵

旋風(fēng)除塵器在除塵領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，旋風(fēng)除塵器的機理性研究及結(jié)構(gòu)化設(shè)計已經(jīng)趨于成熟。在高溫除塵領(lǐng)域，一般是將旋風(fēng)除塵器串聯(lián)或并聯(lián)，以組合的形式運行。其工作原理是含塵氣體進入除塵器內(nèi)部進行高速旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生較大的離心力，由于粉塵顆粒的質(zhì)量較大，因此其慣性比氣體大得多，顆粒在離心力的作用下甩向筒壁而失去動能，并沿壁面滑下，進而實現(xiàn)與氣體的分離。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價較低、維修方便且運行簡單；對于10～20μm 的粉塵，除塵效率可以達到95%～98%；耐高溫，可以在1000℃下運行，適用于含塵濃度高和強腐蝕性環(huán)境，在工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。

缺點：對于小于10μm 的粉塵，除塵效率只能達到60%～80%，分離效率較低，且除塵效率隨含塵氣體流量的變化而變化，因此只能作為高溫除塵的預(yù)處理。

2.2 高溫靜電除塵

高溫靜電除塵是利用高溫含塵氣體本身的熱量，使復(fù)合材料發(fā)射頭發(fā)射出熱電子，形成靜電場，當(dāng)氣體中的粉塵接觸到該電子時，會使粉塵本身帶電，粉塵在電場的作用下被補集。對于平均粒徑為5μm的粉塵，除塵效率達到99.6%。

高溫靜電除塵器具有壓降低，無阻塞的優(yōu)點，但高溫下電暈現(xiàn)象難以維持，易發(fā)生電極腐蝕現(xiàn)象且電能消耗比較大。靜電除塵器成本較且占地面積較大，不易大規(guī)模使用。

2.3 高溫金屬絲網(wǎng)除塵

金屬絲網(wǎng)過濾器元件易于加工，具有耐機械沖擊和除塵效率高的優(yōu)點，但其主要由特殊的金屬纖維組成，在高溫下運行的時間較短，耐腐蝕性較差，且金屬纖維物的價格較高，因此不宜在煤熱解含塵干餾尾氣除塵工藝中使用。

2.4 高溫陶瓷過濾除塵

高溫陶瓷過濾器是使含塵氣體從過濾元件的外表面，穿過多孔結(jié)構(gòu)的陶瓷管壁，實現(xiàn)氣體中粉塵的分離。對于粒徑大于5μm的粉塵，除塵效率達到99.9%。運行一段時間后，過濾管由于受到氣流的沖擊及熱應(yīng)力，會出現(xiàn)斷裂、破損現(xiàn)象，此時過濾元件失效。因此剛性陶瓷過濾器目前僅限于實驗研究階段，耐久性和抗沖擊性實驗仍需要進一步完成，離商業(yè)化還較遠。

2.5 顆粒層過濾除塵

顆粒層過濾器具有良好的耐高溫和耐高壓性能，過濾介質(zhì)不存在腐蝕問題，對氣體和灰塵性質(zhì)不敏感，過濾效率較高[2]，發(fā)展前景較好。顆粒層過濾器按床層形式，可分為移動床和固定床。移動床既可連續(xù)運行，又能保證較高的過濾效率，但在濾料介質(zhì)循環(huán)時易發(fā)生管路堵塞且清灰效率不高；固定床不僅除塵效率高，而且當(dāng)過濾介質(zhì)采用產(chǎn)物時，不存在過濾介質(zhì)再生問題。我國國家電力公司國電熱工研究院，研究開發(fā)了無篩移動逆流式顆粒層過濾器，對其進行了高溫、常壓除塵實驗，并開發(fā)了濾料再生系統(tǒng)，研究了粉塵帶電之后在顆粒層中的運動情況，提出了采用使粉塵帶電方法來提高粉塵在顆粒床中的除塵效率，理論上證明在一定條件下該方法是可行的，但還沒有在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

盡管目前已經(jīng)開發(fā)出了多種高溫氣固分離技術(shù)，但其廣泛的工業(yè)化應(yīng)用仍需要更多的基礎(chǔ)研究成果支撐。目前需要解決的主要問題是提升高溫下設(shè)備的壽命、提高細微粉塵的分離效率、優(yōu)化過濾填料的再生技術(shù)?；ゎI(lǐng)域高溫氣體介質(zhì)與粉塵的多樣性導(dǎo)致氣固兩相物化性質(zhì)呈現(xiàn)多樣性，進而使得開發(fā)通用的高溫分離技術(shù)幾乎不可能。將各種分離技術(shù)進行優(yōu)化組合以滿足特定工藝的分離需求是一種可行的方案。在組合過程中綜合考慮阻力特性及分離效率，利用各分離技術(shù)實現(xiàn)粉塵的分級分離將會進一步提升系統(tǒng)的分離效率。

2.6 電袋復(fù)合除塵技術(shù)

該除塵技術(shù)是將高溫靜電除塵技術(shù)和袋式除塵技術(shù)有機結(jié)合的一種除塵技術(shù)。粉塵通過電場時大部分被除去，極細顆粒凝聚為大粒徑顆粒[3]，并在袋式除塵器中被除去。

電袋除塵技術(shù)包括一體式電袋除塵技術(shù)和分體式電袋除塵技術(shù)[4]。一體式電袋除塵技術(shù)占地面積較小，但不能在滿負荷下進行在線檢修。共同優(yōu)點：適用性較廣，不受煤種及飛灰成分的限制，粉塵出口濃度較低。共同缺點：總壓降損失較大，對氣體成分及溫度較敏感，設(shè)備費用及年均運行費用較高。

2.7 旋風(fēng)-顆粒床除塵技術(shù)

利用旋風(fēng)分離技術(shù)將含塵干餾氣進行初步分離，然后將氣體繼續(xù)通入顆粒床過濾器實現(xiàn)細粉塵（粒徑＜1mm）的分離。既可以解決旋風(fēng)除塵技術(shù)除塵效率低的問題，又可以解決顆粒層除塵裝置由于粉塵含量大，負荷重，運行時間短的問題。旋風(fēng)—顆粒床兩級除塵技術(shù)，可以提高熱解產(chǎn)物焦油的品質(zhì)，降低尾氣中粉塵的濃度。

3 結(jié)語

鑒于粉煤熱解工藝中粉塵含量大、熱解氣成分復(fù)雜、氣體溫度高等特點，對干餾氣分離的除塵設(shè)備提出要求。比較了現(xiàn)階段各高溫除塵設(shè)備的特點，并提出可以采用多種除塵設(shè)備組合的方式進行除塵，該技術(shù)也是粉煤熱解干餾氣除塵的重要研究方向。