粉煤热解含尘干馏气除尘技术研究

粉煤热解含尘干馏气除尘技术研究

云海涛 王田田

陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司 陕西省榆林市神木市 719319

摘要：分析了粉煤热解含尘干馏气高温除尘的现状；分析了现有的高温除尘技术。通过比较，认为各种高温除尘设备的有机组合将成为粉煤热解含尘干馏气除尘的发展趋势。

关键词：粉煤热解；高温除尘；含尘干馏气

煤热解是在常压下进行的热处理，可以产生焦油、煤气和半焦。热解产生的气体热值高，可用于民用或工业用途。焦油和半焦可用作工业原料或燃料。近年来，煤低温热解制半焦技术发展迅速。如何提高副产物焦油的产率已成为煤热解工艺研究的重点。随着采煤机械化的大规模应用，块煤产量从52%～60%下降到20%～38%。据估计，全球2300座煤矿每年生产约0.5吨煤粉，导致大量煤粉积聚。为了减少环境污染，合理利用煤粉，研究煤粉低温热解制备半焦技术是有效途径之一。

国内外学者开发了多种热解工艺，其中最具代表性的是加勒特热解工艺、LR热解工艺和DG热解工艺。在上述三种煤热解过程中，热解后的挥发分很容易携带半焦颗粒，因此热解产物焦油中含有大量粉末半焦。当焦油冷却到常温时，液体焦油中会含有大量灰尘，导致焦油流动性差。焦油和粉尘粘附在旋风分离器内壁，一些未分离的细粉尘粘附在焦油冷却管道内壁，造成堵塞，导致系统难以长期运行，收集的焦油因含尘量大而无法使用。因此，在研究煤粉低温热解过程中，如何降低焦油中的粉尘含量显得尤为重要。

1、煤热解工艺中除尘技术的特点

粉煤热解产生的含尘干馏气特点：（1）粉尘粒径和密度较小，在管道及设备中的运动轨迹不确定，容易随气流流动；（2）颗粒形状不规则，密度与热解气接近；（3）干馏气中含有大分子芳香类物质，黏结性较强，容易与热解气中冷凝后的焦油一同附着在容器或管道壁面，造成设备堵塞。

因此，粉煤热解干馏气分离对除尘设备的要求较高，主要有：（1）耐高温，具有良好的抗腐蚀性。保证除尘设备能够在450℃以上的高温环境中持续稳定运行。（2）含尘气体在除尘设备中的停留时间较短，为保证较高的焦油产率，防止焦油发生二次裂解，应使含尘干馏气迅速通过除尘设备。（3）高温条件下，设备的使用寿命较长，滤料容易再生，具有较高的除尘效率。

2、粉煤热解干馏气除尘技术现状

目前能用于高温状态下气固分离技术主要有高温旋风除尘、高温静电除尘、金属烧结网过滤除尘、高温陶瓷过滤除尘、颗粒层过滤除尘。各种除尘技术有其自身的特点及适用范围，现针对粉煤干馏过程的除尘需求进行分析。

2.1高温旋风除尘

旋风除尘器在除尘领域应用比较广泛，旋风除尘器的机理性研究及结构化设计已经趋于成熟。在高温除尘领域，一般是将旋风除尘器串联或并联，以组合的形式运行。其工作原理是含尘气体进入除尘器内部进行高速旋转运动，产生较大的离心力，由于粉尘颗粒的质量较大，因此其惯性比气体大得多，颗粒在离心力的作用下甩向筒壁而失去动能，并沿壁面滑下，进而实现与气体的分离。

优点：结构简单、造价较低、维修方便且运行简单；对于10~20μm的粉尘，除尘效率可以达到95%~98%；耐高温，可以在1000℃下运行，适用于含尘浓度高和强腐蚀性环境，在工业中有广泛应用。

缺点：对于小于10μm的粉尘，除尘效率只能达到60%~80%，分离效率较低，且除尘效率随含尘气体流量的变化而变化，因此只能作为高温除尘的预处理。

2.2高温静电除尘

高温静电除尘是利用高温含尘气体本身的热量，使复合材料发射头发射出热电子，形成静电场，当气体中的粉尘接触到该电子时，会使粉尘本身带电，粉尘在电场的作用下被补集。对于平均粒径为5μm的粉尘，除尘效率达到99.6%。

高温静电除尘器具有压降低，无阻塞的优点，但高温下电晕现象难以维持，易发生电极腐蚀现象且电能消耗比较大。静电除尘器成本较且占地面积较大，不易大规模使用。

2.3高温金属丝网除尘

金属丝网过滤器元件易于加工，具有耐机械冲击和除尘效率高的优点，但其主要由特殊的金属纤维组成，在高温下运行的时间较短，耐腐蚀性较差，且金属纤维物的价格较高，因此不宜在煤热解含尘干馏尾气除尘工艺中使用。

2.4高温陶瓷过滤除尘

高温陶瓷过滤器是使含尘气体从过滤元件的外表面，穿过多孔结构的陶瓷管壁，实现气体中粉尘的分离。对于粒径大于5μm的粉尘，除尘效率达到99.9%。运行一段时间后，过滤管由于受到气流的冲击及热应力，会出现断裂、破损现象，此时过滤元件失效。因此刚性陶瓷过滤器目前仅限于实验研究阶段，耐久性和抗冲击性实验仍需要进一步完成，离商业化还较远。

2.5颗粒层过滤除尘

颗粒层过滤器具有良好的耐高温和耐高压性能，过滤介质不存在腐蚀问题，对气体和灰尘性质不敏感，过滤效率较高，发展前景较好。颗粒层过滤器按床层形式，可分为移动床和固定床。移动床既可连续运行，又能保证较高的过滤效率，但在滤料介质循环时易发生管路堵塞且清灰效率不高；固定床不仅除尘效率高，而且当过滤介质采用产物时，不存在过滤介质再生问题。我国国家电力公司国电热工研究院，研究开发了无筛移动逆流式颗粒层过滤器，对其进行了高温、常压除尘实验，并开发了滤料再生系统，研究了粉尘带电之后在颗粒层中的运动情况，提出了采用使粉尘带电方法来提高粉尘在颗粒床中的除尘效率，理论上证明在一定条件下该方法是可行的，但还没有在工业生产中得到应用。

尽管目前已经开发出了多种高温气固分离技术，但其广泛的工业化应用仍需要更多的基础研究成果支撑。目前需要解决的主要问题是提升高温下设备的寿命、提高细微粉尘的分离效率、优化过滤填料的再生技术。化工领域高温气体介质与粉尘的多样性导致气固两相物化性质呈现多样性，进而使得开发通用的高温分离技术几乎不可能。将各种分离技术进行优化组合以满足特定工艺的分离需求是一种可行的方案。在组合过程中综合考虑阻力特性及分离效率，利用各分离技术实现粉尘的分级分离将会进一步提升系统的分离效率。

2.6电袋复合除尘技术

除尘技术是高温静电除尘技术与布袋除尘技术有机结合的除尘技术。大部分灰尘在通过电场时被清除，极细的颗粒凝结成大颗粒，并在袋式除尘器中被清除。

静电袋除尘技术包括一体化静电袋除尘技术和分体式静电袋除尘技术。一体化静电袋除尘技术占地面积小，但不能满负荷在线检修。共同优点：适用范围广，不受煤和飞灰成分的限制，粉尘出口浓度低。常见缺点：总压降损失大，对气体成分和温度敏感，设备成本和年运行成本高。

2.7旋风颗粒床除尘技术

采用旋风分离技术对含尘干馏气体进行初步分离，然后将气体连续引入颗粒床过滤器，实现细粉尘（粒径<1mm）的分离。它不仅可以解决旋风除尘技术除尘效率低的问题，还可以解决颗粒层除尘装置含尘量大、负荷大、运行时间短的问题。旋风颗粒床两段除尘技术可以提高热解产物焦油的质量，降低尾气中的粉尘浓度。

3、结论

针对粉煤热解过程中粉尘含量大、热解气体成分复杂、气体温度高的特点，提出了干馏气体分离除尘设备的要求。比较了现阶段各种高温除尘设备的特点，提出采用多种除尘设备组合除尘。该技术也是煤粉热解和干馏气体除尘的一个重要研究方向。

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