摘要

1  含塵熱解煤氣特點

2  煤熱解氣除塵技術(shù)

2.1  靜電除塵

采用靜電除塵器作用在細顆粒物(粒徑<30 μm)上的靜電力是重力的100倍以上,，因而,，靜電除塵器可以高效除去氣流中的顆粒物。靜電除塵器處理含塵氣體壓降低,，氣體處理量大,，設(shè)備構(gòu)造簡單,，除塵效率高,，廣泛應(yīng)用于燃煤電廠煙氣除塵,，除塵溫度一般為200 ℃。目前,，靜電除塵器主要從溫度,、氣氛、放電極性質(zhì)及材料,、顆粒性質(zhì)等方面展開研究,。

高溫下靜電除塵的性能易發(fā)生變化，主要是由于溫度對靜電除塵器運行環(huán)境基本特性(如密度,、黏度和電阻率)產(chǎn)生影響,。溫度增加，氣體黏度增加,，靜電力不受影響,，導(dǎo)致氣體中粉塵阻力增加，容易被氣流帶出除塵器,，造成除塵效率下降,。

不同氣氛對靜電除塵器的除塵效率影響較大。顆粒的電阻率對靜電除塵器運行也有很大影響,，低電阻率粒子在到達收集電極時,，電荷消散太快，使其獲得與收集電極相同的電荷,，并被排斥回氣流中,，高電阻率的粒子電荷消散太慢，可能導(dǎo)致過量電荷積聚,，造成危險的“反電暈”現(xiàn)象,，溫度增加，水分從粉塵表面蒸發(fā),，會增加比電阻,，當(dāng)溫度超過150 ℃時，通過增加導(dǎo)電率來降低電阻率,，提高過濾效率,，然而，粒子電阻率的過度降低將增加電荷耗散率,，并可能導(dǎo)致粉塵粒子被夾帶,。

高壓是解決溫度引起的靜電除塵效率下降的方法。較高的壓力會增加氣體密度,，并允許在發(fā)生電擊穿前施加較高電壓,。雖然，壓力增加也會增加密度和提高起振電壓,，但較高的溫度會減小這種影響,，其結(jié)果是靜電除塵器工作電壓范圍更大,。研究表明，與環(huán)境條件下相比,，高溫高壓使得靜電除塵器運行效率更高,。

2.2  金屬微孔過濾除塵技術(shù)

金屬微孔材料按結(jié)構(gòu)形式進行分類主要有金屬燒結(jié)絲網(wǎng)、金屬纖維氈和燒結(jié)金屬粉末等,。燒結(jié)金屬網(wǎng)一般采用多層金屬編織絲網(wǎng),經(jīng)過特殊的疊層壓制并在真空條件下經(jīng)過燒結(jié)等工藝制造而成,。金屬絲網(wǎng)的網(wǎng)孔呈交錯分布，網(wǎng)孔均一,，因而,，空隙分布均勻。金屬絲網(wǎng)具有較高的機械強度,，良好的耐磨性,、耐熱性。因而,，可以在高過濾速度下,，保持較高的過濾效率。

采用金屬粉末燒結(jié)過濾器結(jié)構(gòu)簡單,，通常采用一定粒度分布的金屬化合物顆粒在磨具內(nèi)加熱到熔點制成,，孔隙率為20%～40%，金屬粉末燒結(jié)過濾器能抵抗除塵過程中常發(fā)生的熱沖擊,，由于采用耐腐蝕性合金制成,，因此，不易受腐蝕性氣體成分的影響,，但金屬粉末燒結(jié)過濾器使用過程中過濾壓降較大,。

燒結(jié)金屬纖維介質(zhì)是由直徑2～40 μm短細金屬纖維形成的非織物結(jié)構(gòu)。金屬纖維是在真空或氫氣氣氛下燒結(jié)而成,，孔隙率可以達到90%左右,。金屬纖維過濾器與金屬粉末燒結(jié)過濾器相比，兩者強度接近,，過濾過程中金屬纖維過濾器的流動阻力較小,，但金屬纖維過濾器的可靠性較差，使用周期短,。

金屬過濾器的操作溫度可以達到1 000 ℃,，具體使用溫度受合金和燒結(jié)過程中所產(chǎn)生孔徑的影響。溫度超過400 ℃下運行時,，小于 100 μm的粉塵通過金屬微孔過濾器的除塵效率達到99.99%,，過濾后的粉塵濃度低于10 mg/m3。

金屬絲網(wǎng)除塵器的壓降一般受進口氣流流量,、氣流含塵濃度,、氣流入口溫度等因素影響,。由于熱解氣含塵量高，容易在金屬絲網(wǎng)表面沉積,，導(dǎo)致金屬網(wǎng)除塵壓降大，金屬絲網(wǎng)過濾器與其他過濾器相結(jié)合進行除塵時,，可以減少金屬絲網(wǎng)除塵壓降,，增加除塵效率。

2.3  顆粒床除塵技術(shù)

由于顆粒床本身具有耐高溫且除塵效率高的特點,，被認為是最有可能解決熱解氣高溫除塵的技術(shù)之一,。顆粒床除塵器濾料的材質(zhì)要求性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨,、耐高溫不易被腐燭,、價格便宜、來源廣泛,。通常顆粒床濾料的選擇根據(jù)濾料顆粒在床層內(nèi)部的運動狀態(tài)不同存在差異,，固定床一般采用流化清灰，要求床料密度小,，便于流化,，以降低再生的壓力，較常用的為珍珠巖,、半焦等輕質(zhì)床料,。移動床要求床料顆粒密度適中，流動性良好,，常用床料為陶瓷球,、石英砂、半焦等,。床料粒徑對過濾效率和壓降影響較大,，一般情況下，粒徑越小,，過濾效率越高,，但床層過濾壓降越大。

過濾過程中,，顆粒床性能受溫度的影響較大,。一般情況下，高溫能夠增加氣體黏度,，加劇分子擴散作用,，有利于1 μm以下微細粉塵的脫除。熱解氣在熱解溫度下,，易導(dǎo)致熱解氣在床料表面發(fā)生二次反應(yīng),，床料積碳增加,，焦油收率下降。熱解氣除塵溫度下降過多,，容易使熱解氣的重質(zhì)組分發(fā)生冷凝,，床料表面的重質(zhì)組分如瀝青等組分黏性較大，減少捕集到的粉塵被二次夾帶,，提高過濾效率,。但溫度過低，大量焦油組分冷凝床料結(jié)塊,，降低空隙率,，導(dǎo)致過濾阻力快速增加。因此,，熱解氣顆粒床溫度控制在450～600 ℃,。

2.3.1 固定床除塵技術(shù)

固定床除塵過程一般包括過濾和反吹2個階段，工業(yè)上一般采用雙床切換,，保證除塵的連續(xù)操作,。

圖3 固定床顆粒過濾器

固定床過濾過程中，隨時間增加,，粉塵逐步在濾料顆粒之間沉積,，造成床層壓降增加。為了增加床層的容塵量,，增加過濾時間,，雙層或多層濾料配置成為近年來固定床研究的重要方向。通常在上層配置粒徑大,、密度小的輕質(zhì)濾料,，下層配置粒徑小、密度大的重質(zhì)濾料,，上層粗濾料可以增加床層容塵量,，下層細濾料實現(xiàn)精細除塵。在450 ℃高溫條件下,，利用固定床對模擬熱解氣除塵,，與無焦油環(huán)境相比，焦油存在可使顆粒床過濾效率由83.8%提高到96.39%,，由此可見,，熱解氣中焦油存在能夠在一定程度上提高過濾效率。

固定顆粒床用于熱解氣除塵具有耐高溫,、設(shè)備投資低,、濾料性能穩(wěn)定、除塵效率高等優(yōu)勢，但反吹產(chǎn)生的含塵氣體需要進一步處理,。

2.3.2 移動床除塵技術(shù)

移動床操作過程中床料不斷更新,，克服了固定床頻繁反吹的問題，操作過程壓降相對穩(wěn)定,。目前,，移動床除塵技術(shù)作為高溫氣體除塵的熱點之一，主要集中在結(jié)構(gòu)形式改進,。依據(jù)進入過濾器中的含塵氣體與濾料移動方向的不同,，移動床包括錯流移動床、順流移動床,、逆流移動床等,。

錯流式顆粒層除塵器中含塵氣體與過濾介質(zhì)流動方向互相交叉,，過濾介質(zhì)在2層或多層濾網(wǎng)(百葉柵)中流動,。過濾時，過濾介質(zhì)在重力作用下緩慢向下流動,，含塵氣流經(jīng)百葉窗后進入過濾介質(zhì),，固體粉塵被過濾介質(zhì)截留，帶有粉塵的過濾介質(zhì)從除塵器下方不斷流出,。錯流過濾器進行過濾時,，顆粒層向下移動，易受百葉窗布置結(jié)構(gòu)和床料顆粒間相互作用力的影響,，在兩側(cè)百葉窗位置過濾介質(zhì)受阻力較大導(dǎo)致移動速率比中心區(qū)域的床料移動速度慢,，隨過濾時間增加，粉塵易在百葉窗附近堆積,，從而形成滯留區(qū) ,。滯留區(qū)的存在導(dǎo)致床層壓降逐步上升、熱解氣中腐蝕性物質(zhì)將破壞百葉窗結(jié)構(gòu),、過濾介質(zhì)易結(jié)塊等問題,。目前，對錯流式移動床如何減小滯留區(qū)進行了大量研究,，但未徹底解決,，仍需進一步研究。順流式顆粒床除塵器過濾階段,，含塵氣流的流動方向與顆粒層移動方向一致,。含塵氣體與顆粒平行流動有利于促進含塵氣流與濾料顆粒接觸，由于床料夾帶粉塵移動,，低氣速下除塵效率較高,，但存在粉塵被干凈氣體夾帶問題。逆流式顆粒床除塵器中，含塵氣流流動方向與濾料顆粒移動方向相反,。含塵氣體與濾料顆粒逆向接觸,，在多種力作用下，粉塵被濾料捕集并帶出顆粒床,，潔凈氣流從干凈濾料的表面流出,。逆流除塵雖然緩解了順流移動床粉塵被干凈氣體夾帶的問題，但要求過濾氣速不能過大,，防止床料流化,。移動顆粒床用于熱解氣除塵過濾效率高、壓降穩(wěn)定,，但需要增加床料與粉塵分離設(shè)備,。

圖4 不同形式的移動床顆粒過濾器示意

2.3.3 高溫?zé)峤鈿忸w粒床中試試驗

中國科學(xué)院過程工程研究所基于前期顆粒床除塵研究，在3 000 t/a下行床“煤拔頭”工藝中試車間進行了顆粒床除塵中試試驗,，除塵系統(tǒng)由旋風(fēng)分離器和顆粒床除塵器組成,。顆粒床除塵器采用粒徑2～5 mm膨脹珍珠巖作為床料，過濾時間為5 min,。采用過熱蒸汽作為反吹氣,，反吹時間為30 s。經(jīng)過72 h連續(xù)運行,，可使焦油含塵率由12%降低至1%(質(zhì)量分數(shù))左右,，整個除塵過程中，過濾壓降低于500 Pa,，反吹壓降低于200 Pa,。經(jīng)過改進，過濾后焦油中粉塵含量為0.67%,。

新疆廣匯煤炭清潔煉化有限公司利用自行設(shè)計的多層固定顆粒床除塵裝置進行了中試試驗,。中試裝置設(shè)計氣量為800 m3/h，過濾流速為2 m/s,，反吹風(fēng)速為0.5 m/s,。中試采用模擬干餾煤氣(0.074 mm煤粉和煤焦油組成)進行，干餾煤氣進入多級除塵濾盤組成的顆粒床除塵器,，凈化后的煤氣通過引風(fēng)機送至下游工序,。反吹過程，由預(yù)熱至620 ℃的熱煤氣將床層中的粉塵帶至顆粒床底部,，模擬干餾煤氣進行連續(xù)84 h除塵試驗,。試驗中，過濾和反吹溫度均在600 ℃左右,，床層壓差2 500 Pa,，可將100 g/Nm3 干餾煤氣凈化至50 mg/Nm3以下。

大連理工大學(xué)與神木富油能源科技有限公司合作在60萬t/a煤固體熱載體熱解示范裝置用固定床對高溫?zé)峤鈿膺M行中試試驗，固定床設(shè)計4組,，每組配置4個過濾單元,，共16個床層(15個床層過濾，1個床層反吹),，單個床層處理量3 600 m3/h,，運行時反吹時間25 s(可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié))，單個床層置換時間為35 s(可調(diào)節(jié)),，濾料厚度為500 mm,，過濾氣速為0.22 m/s。該床層采用上粗下細的設(shè)計理念,，上部布置輕質(zhì)高強度濾料作為容塵層,，下層采用石英砂，黃沙作為床料,。床層溫度為400～500 ℃,，整個裝置運行71 h，裝置過濾壓差達到6 kPa左右,，反吹氣壓差最高達到15.66 kPa,。

中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所在陜西府谷建成一套與蒸發(fā)量75 t/h CFB鍋爐相匹配的燃燒/煤熱解多聯(lián)供中試平臺,，干餾熱解煤量為5 t/h,。熱解產(chǎn)生的煤氣采用旋風(fēng)分離器與錯流移動顆粒床除塵器相結(jié)合進行除塵。顆粒床所用床料為5～10 mm半焦,，移動速度為1 cm/min,，床料厚度為300 mm，進煤量為2 t/h,，此工況下,，顆粒床除塵器壓差為1 000 Pa左右，焦油含塵量為3.48%,。此外,，神華煤制油公司在6 000 t/a 褐煤熱解中試裝置中利用500～700 ℃熱解半焦為床料，采用移動床操作形式對熱解氣進行過濾,，除塵后的油氣進入后續(xù)單元處理,，詳細試驗結(jié)果未見報道。

由顆粒床中試試驗可知,，煤熱解氣中試及示范工程熱解氣量可達到54 000 m3/h,，所用床料主要包括半焦、珍珠巖,、石英砂和黃沙等,，床料粒徑為0.3～5.0 mm，處理后焦油塵含量低于3.5%，熱解氣塵含量可以達到50 mg/Nm3,。中試過程中,，顆粒床過濾壓降在500～6 000 Pa，溫度為400～700 ℃,。

3  結(jié)    語

4  展    望