移動(dòng)顆粒床除塵冷態(tài)裝置設(shè)計(jì)

劉今乾，鄭化安，張生軍，樊英杰，李學(xué)強(qiáng)，陳靜升

(陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，國家能源煤炭分質(zhì)清潔轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065)

移動(dòng)顆粒床除塵冷態(tài)裝置設(shè)計(jì)

劉今乾，鄭化安，張生軍，樊英杰，李學(xué)強(qiáng)，陳靜升

(陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，國家能源煤炭分質(zhì)清潔轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065)

移動(dòng)式顆粒床除塵冷態(tài)試驗(yàn)裝置包括含塵氣體發(fā)生系統(tǒng)、顆粒床除塵系統(tǒng)、精過濾系統(tǒng)、濾料循環(huán)再生系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)等組成，設(shè)計(jì)需要考慮濾料及塵樣的選擇，考察運(yùn)行效果的主要指標(biāo)為過濾效率及壓降，冷態(tài)試驗(yàn)可以為以后的熱態(tài)裝置開發(fā)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)，具有較大意義。

顆粒床除塵; 冷態(tài); 壓降; 過濾效率

目前采用固體熱載體為熱源將粉煤熱解的工藝如L-R工藝、Garrett工藝和中國大連理工大學(xué)的新法干餾工藝等雖然都完成了過程的放大，但均沒有得到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。其中，含塵揮發(fā)分的除塵技術(shù)是上述工藝普遍遇到的技術(shù)難題。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)的旋風(fēng)分離器[1]無法實(shí)現(xiàn)高效除塵，被熱解氣帶出的粉塵細(xì)顆粒堵塞冷凝系統(tǒng)的管路，同時(shí)部分重質(zhì)焦油與粉塵黏附于旋風(fēng)分離器內(nèi)壁導(dǎo)致系統(tǒng)無法長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。此外，由于循環(huán)熱灰和半焦細(xì)顆粒易被干餾煤氣帶出，所以低溫干餾過程中揮發(fā)分的除塵效果不僅影響到干餾焦油的品質(zhì)和多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而且也影響到該過程的工業(yè)化。因此，熱解工藝中揮發(fā)分的高效除塵技術(shù)成為低階煤中低溫?zé)峤夤I(yè)化過程中亟需解決的關(guān)鍵問題[2]。目前國內(nèi)外很多科研單位都嘗試各種分離、除塵方法[3-5]，但至今仍沒有較為可行的方法。

當(dāng)前顆粒層過濾除塵在熱解除塵的應(yīng)用依然處于試驗(yàn)階段[6-10]，它的理論發(fā)展尚未完善。顆粒層過濾器的性能指標(biāo)中最關(guān)鍵的就是除塵效率和除塵器壓力降。顆粒床除塵可以使用于高溫及高壓工況，濾料介質(zhì)對(duì)氣體與灰塵性質(zhì)不敏感，可選擇性較多，但是其對(duì)細(xì)微塵粒的收集效率較低[11]。那么如何在保證除塵效率同時(shí)減小壓力降、提高設(shè)備的可操作性和運(yùn)行持久性這也是研究的重點(diǎn)。開發(fā)一套可控制適用于粉煤熱解系統(tǒng)的移動(dòng)式顆粒床，通過冷態(tài)試驗(yàn)，為以后的熱態(tài)裝置開發(fā)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)，顯得很有意義。

1 冷態(tài)裝置組成

顆粒床除塵裝置主要由含塵氣體發(fā)生系統(tǒng)、顆粒床除塵系統(tǒng)、精過濾系統(tǒng)、濾料循環(huán)再生系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)等組成。其除塵工作過程為：由動(dòng)力裝置鼓風(fēng)，經(jīng)含塵氣體發(fā)生裝置形成含塵均勻的氣體，含塵氣體首先進(jìn)入旋風(fēng)除塵器進(jìn)行粗除塵，經(jīng)旋風(fēng)除塵器預(yù)除塵后的含塵氣體穿過顆粒床層，顆粒床層對(duì)氣體中的粉塵進(jìn)行吸附、碰撞、攔截，除去煤氣中大部分粉塵，經(jīng)顆粒床過濾除塵后的氣體接著進(jìn)入布袋除塵器，氣體通過布袋除塵器精過濾后，經(jīng)可調(diào)風(fēng)機(jī)排出室外。

含塵氣體發(fā)生系統(tǒng)有風(fēng)機(jī)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、粉塵倉、螺旋給料機(jī)等組成，顆粒床除塵系統(tǒng)由顆粒床、星型下料器、出料裝置以及壓力元件等組成，精過濾系統(tǒng)由并列兩個(gè)的布袋除塵器、轉(zhuǎn)子流量計(jì)以及風(fēng)機(jī)組成；而濾料循環(huán)再生系統(tǒng)由振蕩篩、提升機(jī)、料倉等組成。

2 顆粒床腔體設(shè)計(jì)

過濾主體腔室被百葉插板分隔，需要考察不同過濾層厚度對(duì)過濾效率的影響，考慮到中低溫粉煤熱解煙氣含有大量的焦油及粉塵，在過濾過程中極容易出現(xiàn)結(jié)焦或析炭現(xiàn)象，應(yīng)盡量減少含塵氣經(jīng)過路徑上的設(shè)備，。另外百葉插板空腔位置可增加壓力及溫度傳感器，有效監(jiān)測(cè)腔室的壓降及溫度變化，使過濾裝置可以更好的連續(xù)運(yùn)行。

主體的兩端擴(kuò)口進(jìn)行布?xì)?，盡量使氣體達(dá)到腔體速度相近。

3 過濾介質(zhì)與塵樣

過濾介質(zhì)是過濾式除塵器的主要部件之一，造價(jià)一般占除塵設(shè)備投資的10%～15%。除塵器的過濾效率、運(yùn)行阻力以及維護(hù)管理等都與過濾介質(zhì)的材質(zhì)、性能和使用壽命有密切的關(guān)系。因此選擇適宜的過濾介質(zhì)對(duì)設(shè)計(jì)和使用過濾器具有重要意義。

對(duì)過濾介質(zhì)顆粒的共同要求是耐磨、耐腐、價(jià)廉，而且容易獲得，對(duì)高溫氣體還要求耐熱，本裝置為冷態(tài)裝置，綜合考慮試驗(yàn)過濾材料粒徑、價(jià)格、容易獲得程度等，選取小麥、小米作為濾料。

為客觀評(píng)價(jià)過濾介質(zhì)的各項(xiàng)過濾性能而進(jìn)行測(cè)試時(shí)，選用合適的測(cè)試粉塵是非常必要的。試驗(yàn)要求測(cè)試結(jié)果具有一定的互比性和重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)粉塵應(yīng)根據(jù)其化學(xué)組成和物理性能與其所模擬的實(shí)物相同或盡可能相近；應(yīng)該與實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)試儀器、測(cè)試儀器、裝置等配套采用；應(yīng)該在材質(zhì)、粒徑分布等方面都是均勻而穩(wěn)定的，保存較長(zhǎng)時(shí)間不變質(zhì)，不易受環(huán)境條件影響而改變其性能；應(yīng)該有充足的貨源，容易獲取，且物美價(jià)廉等原則選取。本試驗(yàn)考慮使用選取硅膠粉作為實(shí)驗(yàn)粉塵，硅膠粉為白色均勻顆粒，主要成分為二氧化硅，是一種具有豐富微孔結(jié)構(gòu)，高比表面積、高純度、高活性的優(yōu)質(zhì)吸附材料。

4 主要評(píng)價(jià)參數(shù)

顆粒層過濾性能測(cè)試主要有過濾效率和壓力降兩個(gè)方面：

4.1 過濾效率

過濾效率是指當(dāng)含塵氣體通過過濾器時(shí)，被捕集的粉塵量占進(jìn)入除塵器粉塵量的百分比，即：

η=(n1-n2)/n1×100%

式中：η——過濾效率，%；n2——出口氣體含塵濃度，g/m3；n1——進(jìn)口氣體含塵濃度，g/m3。

過濾效率時(shí)衡量除塵器性能最基本的參數(shù)，它代表了過濾層處理氣流粉塵的能力。按其表示方法分為計(jì)數(shù)法過濾效率和計(jì)重法過濾效率。本實(shí)驗(yàn)采用進(jìn)出口同步采樣的方法，計(jì)算進(jìn)出口氣體濃度得出效率。測(cè)試分級(jí)過濾效率也是同樣的原理。

4.2 過濾壓力損失

研究除塵器過濾壓力損失分布，對(duì)于優(yōu)化除塵器結(jié)構(gòu)降低運(yùn)行阻力，有著重要的指導(dǎo)作用。顆粒層過濾總壓力損失分為過濾器結(jié)構(gòu)壓損和過濾層壓損兩部分，試驗(yàn)主要研究過濾總壓力損失隨各因素變化而變化的規(guī)律。

過濾總壓降是過濾器進(jìn)、出氣口氣流的全壓之差。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)、出氣口測(cè)壓點(diǎn)處的管道段面積相同，因此，測(cè)定進(jìn)氣阻力只需測(cè)量顆粒層進(jìn)、出氣口側(cè)管道上測(cè)壓點(diǎn)之間的靜壓降即可，如下式：

ΔP=P2-P1

式中，△P-過濾層總壓力損失，Pa；P2——顆粒層出氣口側(cè)流體靜壓值，Pa；P1——顆粒層進(jìn)氣口側(cè)流體靜壓值，Pa。

4.3 其他參數(shù)計(jì)算方法

vf=Q1/S

式中，vf-表觀過濾風(fēng)速，m/s；Q1-通過顆粒層截面的風(fēng)量，m3/h，S-顆粒層截面面積，m2。

C= 60m/Q1

式中：C——進(jìn)口粉塵濃度，g/m3；Q1——通過顆粒層截面的風(fēng)量，m3/h; m——單位時(shí)間螺旋下料機(jī)的下料量，g/min。

m通過運(yùn)行風(fēng)機(jī)對(duì)螺旋下料機(jī)進(jìn)行標(biāo)定得到。

5 總結(jié)

開發(fā)一套適用于現(xiàn)有粉煤中低溫?zé)峤鉄煔獬龎m的移動(dòng)式顆粒床過濾裝置，冷態(tài)實(shí)驗(yàn)的研究將較為直觀的認(rèn)識(shí)到顆粒床除塵的除塵效果、除塵強(qiáng)度及流場(chǎng)分布等情況，獲取大量運(yùn)行數(shù)據(jù)，認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)中潛在的問題并提出改進(jìn)方案。在冷態(tài)研究的基礎(chǔ)上開展熱態(tài)實(shí)驗(yàn)，更有理論依據(jù)，可以有效減少工業(yè)裝置建設(shè)過程中不必要的投資和浪費(fèi)。

[1] 劉會(huì)雪,劉有智,孟曉麗.高溫氣體除塵技術(shù)及其研究進(jìn)展[J].煤化工, 2008, 36(2)：14-18.

[2] 張生軍,鄭化安,陳靜升,等.煤熱解工藝中揮發(fā)分除塵技術(shù)的現(xiàn)狀分析及建議[J].潔凈煤技術(shù), 2014, 20(3):79-82.

[3] 夏興祥.高溫除塵技術(shù)綜述[J].化工機(jī)械, 2000, 27(1):47-52.

[4] 楊保軍,湯慧萍,汪強(qiáng)兵,等.高溫氣固分離用金屬多孔材料展望[J].材料保護(hù), 2013(S2)：140-141.

[5] 張 健,湯慧萍,奚正平,等.高溫氣體凈化用金屬多孔材料的發(fā)展現(xiàn)狀[J].稀有金屬材料與工程, 2006, 35(S2):438-441.

[6] 許世森.移動(dòng)顆粒層過濾高溫除塵過程結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 1999,19(5):13-17．

[7] 夏軍倉,許世森,郜時(shí)旺.移動(dòng)顆粒層過濾高溫高壓煤氣除塵技術(shù)的試驗(yàn)研究[J].動(dòng)力工程, 2003, 23(2): 2237-2241．

[8] 孫國剛,詹敏述,顏深,等.煤、油頁巖熱解氣顆粒床高溫過濾研究初步[C]. 2015中國(北京)國際過濾技術(shù)高峰論壇.

[9] 于春令,楊國華,王興云.雙層濾料顆粒床高溫除塵技術(shù)及其在冶金爐窯中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程, 2009, 27(2):15-17.

[10] 趙建濤,黃戒介,吳晉滬,等.錯(cuò)流移動(dòng)顆粒床高溫除塵模擬和操作特征分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2007, 27(14): 18-23.

[11] 許世森.移動(dòng)顆粒層過濾及旋風(fēng)分離的高溫除塵研究[D].西安:西安交通大學(xué),1996．

(本文文獻(xiàn)格式：劉今乾，鄭化安，張生軍，等.移動(dòng)顆粒床除塵冷態(tài)裝置設(shè)計(jì)[J].山東化工，2017，46(04)：116-117.)

Design of Cold State Moving Granular Bed Filter for Gas-cleaning up

LiuJinqian,ZhengHuaan,ZhangShengjun,FanYingjie,LiXueqiang,ChenJingsheng

(Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute Co., Ltd., State Energy Key Laboratory of Clear Coal Grading Conversion, Xi'an 710065, China)

Divice of cold state moving granular bed filter included gas-generating system, gas-removing system, material recycling system and control system. Choice of dust and filter material was considered. The main indicators of the experiment were the filtration efficiency and pressure drop. Data could abtained from the cold state experiment to develop granular bed filter for hot gas-cleaning up.

granular bed filter; cold state; pressure drop; filtration efficiency

2017-01-17

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃"煤熱解共性關(guān)鍵技術(shù)研究及碎煤熱解工程化應(yīng)用"(2016YFB0600403)

劉今乾(1986—)，山西晉中人，博士，工程師，主要從事煤熱解技術(shù)及熱解方面的研究。

X701.2

A

1008-021X(2017)04-0116-02