移動顆粒床除塵冷態裝置設計

劉今乾，鄭化安，張生軍，樊英杰，李學強，陳靜升

(陜西煤業化工技術研究院有限責任公司，國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室，陜西 西安 710065)

移動顆粒床除塵冷態裝置設計

劉今乾，鄭化安，張生軍，樊英杰，李學強，陳靜升

(陜西煤業化工技術研究院有限責任公司，國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室，陜西 西安 710065)

移動式顆粒床除塵冷態試驗裝置包括含塵氣體發生系統、顆粒床除塵系統、精過濾系統、濾料循環再生系統、儀表控制系統等組成，設計需要考慮濾料及塵樣的選擇，考察運行效果的主要指標為過濾效率及壓降，冷態試驗可以為以后的熱態裝置開發提供理論依據和數據，具有較大意義。

顆粒床除塵; 冷態; 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，但均沒有得到大規模的工業應用。其中，含塵揮發分的除塵技術是上述工藝普遍遇到的技術難題。實驗發現，單獨的旋風分離器[1]無法實現高效除塵，被熱解氣帶出的粉塵細顆粒堵塞冷凝系統的管路，同時部分重質焦油與粉塵黏附于旋風分離器內壁導致系統無法長時間穩定運行。此外，由于循環熱灰和半焦細顆粒易被干餾煤氣帶出，所以低溫干餾過程中揮發分的除塵效果不僅影響到干餾焦油的品質和多聯產系統的穩定運行，而且也影響到該過程的工業化。因此，熱解工藝中揮發分的高效除塵技術成為低階煤中低溫熱解工業化過程中亟需解決的關鍵問題[2]。目前國內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。

當前顆粒層過濾除塵在熱解除塵的應用依然處于試驗階段[6-10]，它的理論發展尚未完善。顆粒層過濾器的性能指標中最關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，濾料介質對氣體與灰塵性質不敏感，可選擇性較多，但是其對細微塵粒的收集效率較低[11]。那么如何在保證除塵效率同時減小壓力降、提高設備的可操作性和運行持久性這也是研究的重點。開發一套可控制適用于粉煤熱解系統的移動式顆粒床，通過冷態試驗，為以后的熱態裝置開發提供理論依據和數據，顯得很有意義。

1 冷態裝置組成

顆粒床除塵裝置主要由含塵氣體發生系統、顆粒床除塵系統、精過濾系統、濾料循環再生系統、儀表控制系統等組成。其除塵工作過程為：由動力裝置鼓風，經含塵氣體發生裝置形成含塵均勻的氣體，含塵氣體首先進入旋風除塵器進行粗除塵，經旋風除塵器預除塵后的含塵氣體穿過顆粒床層，顆粒床層對氣體中的粉塵進行吸附、碰撞、攔截，除去煤氣中大部分粉塵，經顆粒床過濾除塵后的氣體接著進入布袋除塵器，氣體通過布袋除塵器精過濾后，經可調風機排出室外。

含塵氣體發生系統有風機、轉子流量計、粉塵倉、螺旋給料機等組成，顆粒床除塵系統由顆粒床、星型下料器、出料裝置以及壓力元件等組成，精過濾系統由并列兩個的布袋除塵器、轉子流量計以及風機組成；而濾料循環再生系統由振蕩篩、提升機、料倉等組成。

2 顆粒床腔體設計

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結焦或析炭現象，應盡量減少含塵氣經過路徑上的設備，。另外百葉插板空腔位置可增加壓力及溫度傳感器，有效監測腔室的壓降及溫度變化，使過濾裝置可以更好的連續運行。

主體的兩端擴口進行布氣，盡量使氣體達到腔體速度相近。

3 過濾介質與塵樣

過濾介質是過濾式除塵器的主要部件之一，造價一般占除塵設備投資的10%～15%。除塵器的過濾效率、運行阻力以及維護管理等都與過濾介質的材質、性能和使用壽命有密切的關系。因此選擇適宜的過濾介質對設計和使用過濾器具有重要意義。

對過濾介質顆粒的共同要求是耐磨、耐腐、價廉，而且容易獲得，對高溫氣體還要求耐熱，本裝置為冷態裝置，綜合考慮試驗過濾材料粒徑、價格、容易獲得程度等，選取小麥、小米作為濾料。

為客觀評價過濾介質的各項過濾性能而進行測試時，選用合適的測試粉塵是非常必要的。試驗要求測試結果具有一定的互比性和重復性，實驗粉塵應根據其化學組成和物理性能與其所模擬的實物相同或盡可能相近；應該與實驗方法、測試儀器、測試儀器、裝置等配套采用；應該在材質、粒徑分布等方面都是均勻而穩定的，保存較長時間不變質，不易受環境條件影響而改變其性能；應該有充足的貨源，容易獲取，且物美價廉等原則選取。本試驗考慮使用選取硅膠粉作為實驗粉塵，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構，高比表面積、高純度、高活性的優質吸附材料。

4 主要評價參數

顆粒層過濾性能測試主要有過濾效率和壓力降兩個方面：

4.1 過濾效率

過濾效率是指當含塵氣體通過過濾器時，被捕集的粉塵量占進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——進口氣體含塵濃度，g/m3。

過濾效率時衡量除塵器性能最基本的參數，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數法過濾效率和計重法過濾效率。本實驗采用進出口同步采樣的方法，計算進出口氣體濃度得出效率。測試分級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，對于優化除塵器結構降低運行阻力，有著重要的指導作用。顆粒層過濾總壓力損失分為過濾器結構壓損和過濾層壓損兩部分，試驗主要研究過濾總壓力損失隨各因素變化而變化的規律。

過濾總壓降是過濾器進、出氣口氣流的全壓之差。由于實驗設備進、出氣口測壓點處的管道段面積相同，因此，測定進氣阻力只需測量顆粒層進、出氣口側管道上測壓點之間的靜壓降即可，如下式：

ΔP=P2-P1

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

4.3 其他參數計算方法

vf=Q1/S

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

C= 60m/Q1

式中：C——進口粉塵濃度，g/m3；Q1——通過顆粒層截面的風量，m3/h; m——單位時間螺旋下料機的下料量，g/min。

m通過運行風機對螺旋下料機進行標定得到。

5 總結

開發一套適用于現有粉煤中低溫熱解煙氣除塵的移動式顆粒床過濾裝置，冷態實驗的研究將較為直觀的認識到顆粒床除塵的除塵效果、除塵強度及流場分布等情況，獲取大量運行數據，認識到設計中潛在的問題并提出改進方案。在冷態研究的基礎上開展熱態實驗，更有理論依據，可以有效減少工業裝置建設過程中不必要的投資和浪費。

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

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

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

[4] 楊保軍,湯慧萍,汪強兵,等.高溫氣固分離用金屬多孔材料展望[J].材料保護, 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展現狀[J].稀有金屬材料與工程, 2006, 35(S2):438-441.

[6] 許世森.移動顆粒層過濾高溫除塵過程結構和參數優化實驗研究[J].中國電機工程學報, 1999,19(5):13-17．

[7] 夏軍倉,許世森,郜時旺.移動顆粒層過濾高溫高壓煤氣除塵技術的試驗研究[J].動力工程, 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及其在冶金爐窯中的應用[J].環境工程, 2009, 27(2):15-17.

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

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

(本文文獻格式：劉今乾，鄭化安，張生軍，等.移動顆粒床除塵冷態裝置設計[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

國家重點研發計劃"煤熱解共性關鍵技術研究及碎煤熱解工程化應用"(2016YFB0600403)

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

X701.2

A

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