電捕焦油器的改造

何鋼（天津天鐵冶金集團有限公司焦化廠，河北省涉縣056404）

電捕焦油器的改造

何鋼（天津天鐵冶金集團有限公司焦化廠，河北省涉縣056404）

針對電捕焦油器在運行過程中存在著電暈級部件單點懸掛，內(nèi)部支撐受力差，正負極間易發(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)改造將原單點懸掛方式改為四點懸掛支撐，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

天鐵集團焦化廠現(xiàn)有4.3 m 42孔焦爐4座，年設(shè)計生產(chǎn)能力為112萬t焦炭，同時產(chǎn)生50 000 m3/h的焦爐煤氣，并通過鼓冷、脫硫、硫銨、粗苯等工序回收化產(chǎn)品。從焦爐集氣管、吸氣主管來的荒煤氣，進入氣液分離器后，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入鼓風機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，中心懸掛的電暈導線作為負極，當兩級間通入高壓直流電時，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離子。在電暈級附近的電場強度大，此處的離子以高速運動使煤氣分子發(fā)生碰撞電離，而離電暈導線較遠處，電場強度小，離子的速度和動能不能使相遇的分子離子化，所以在正常的情況下整個不均勻電場不會被擊穿，只是在電暈級附近形成了大量的正離子和負離子。負離子的速度比正離子的大，它便很快向正極管壁處移動，而使絕大部分焦油霧滴帶負電荷。荷載負電的焦油滴到達管壁即可放電而沉積于壁上，在電暈級附近由于正負離子的中和作用，正離子數(shù)量少，荷載正電的焦油霧滴沉積在電暈級上的量也少。煤氣離子經(jīng)在兩級放電后，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到要求，相應(yīng)的工作電壓就會低一些。

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。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導線，由上部吊架和下部吊架拉緊，并保持偏心度不大于3 mm。沉淀級由許多正六邊形組成，整個蜂窩體內(nèi)沒有電場空穴，有效空間利用率高，凈化效果好。電暈級采用高強度的碳素鋼絲制作。煤氣自底部進入，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氣充入絕緣箱內(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（焦爐煤氣）和火源（電暈放電），因此必須禁止空氣混入。在運行中要經(jīng)常檢查煤氣含氧量。設(shè)置了煤氣含氧量自動檢測裝置，用以保護電捕焦油器的安全運行，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，可能使硫銨產(chǎn)品雜質(zhì)含量超標，并有使產(chǎn)品變色的的危險。焦油霧在管道設(shè)備中沉積下來，會使管道設(shè)備發(fā)生堵塞，導致系統(tǒng)阻力增加，嚴重時可能使煤氣無法正常輸送。焦油霧進入洗苯塔內(nèi)，會使洗油黏度增大，質(zhì)量變壞，洗苯效率降低，粗苯產(chǎn)量將會受到影響。焦油霧進入脫硫塔會引起脫硫塔堵塞，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 電暈級部件單點懸掛，受力不夠穩(wěn)定

我廠1#、2#電捕于2004年投入使用，設(shè)計上使用中間單點吊架懸掛的結(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，嚴重時使正負極間發(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行檢修，造成了人力物力的嚴重浪費。

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，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，供電系統(tǒng)容易發(fā)生故障。

4.4 絕緣箱保溫不好，絕緣箱溫度波動較大

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

因此，我廠決定對1#、2#電捕焦油器進行改造，以提高其運行效率。

5 改造方案

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

5.1 單點吊架懸掛改為四點懸掛內(nèi)部部件穩(wěn)定性增強

對原來的由電捕中央一根鋼吊柱懸掛整個電暈級重量，單絕緣箱為電暈級給電改造為呈正方形四角上四根鋼吊柱共同懸掛電暈級重量，四個絕緣箱共同分擔供電的平面穩(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)受電腐蝕和化學腐蝕，根據(jù)電暈絲的強度不同程度的下降的情況我們對所有電暈絲進行了更換，更換為強度更高的?2.5 mm的軟態(tài)錳鋼絲，提高了電暈絲的強度。

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，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；當焦油霧濃度變大時，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，運行穩(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行的事故5次，平均每月發(fā)生一次，嚴重影響了電捕的開工率，改造之后，從2009年5月份至今，再沒有發(fā)生過因電暈絲短路而發(fā)生的電捕停運事故，運行穩(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行率。二次電壓明顯提高，焦油霧捕捉率明顯增強。

7.2 電捕焦油器的運行率的提高，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，清掃時煤氣管道進水，造成鼓風機運行電流波動，有待進一步改進。

（收稿2010－03－20責編崔建華）

[1]楊建華，王永林，沈立嵩.焦爐煤氣凈化[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.163~169.

[2]何建平，李輝.煉焦化學產(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.

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