CN104001622A - 高温静电除尘系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温静电除尘系统，包括气体入口、除尘器壳体、气体出口和分层灰斗，除尘器壳体左右两端分别与气体入口、气体出口相连，除尘器壳体下端与分层灰斗相连；除尘器壳体内设有阳极板和阴极杆，除尘器壳体外围设有密封壳体，密封壳体与除尘器壳体之间形成空腔，阴极杆与除尘器壳体之间通过高铝陶瓷绝缘，高铝陶瓷与热风吹扫装置相连，阳极板底部设有机械振打装置；分层灰斗外围设有保温装置，分层灰斗包括上部灰斗和下部灰斗，上部灰斗与除尘器壳体相连，下部灰斗一端通过卸灰阀与上部灰斗相连，另一端与灰斗气流输送装置相连。本发明确保电除尘器在300～800℃高温条件下能够有效捕集裂解气中的细微颗粒物，且实现设备运行阻力小于600Pa。

Description

高温静电除尘系统

技术领域

本发明属于环保除尘设备技术领域，具体地说是涉及一种高温静电除尘系统。

背景技术

煤炭热解气化技术是当前煤炭高效清洁利用的一种重要手段，通过在高温下进行对富含挥发分的煤炭经热解气化，可获得煤气和焦油，煤气和焦油通过进一步深加工可获得高品质的燃料及化工产品，热解所产生的半焦可用于燃烧或气化，从而实现煤炭的分级分质利用。煤炭热解技术可以充分利用我国大量的烟煤和褐煤资源，在提高煤炭利用价值的同时可以减少燃煤造成的环境污染，具有广阔的应用前景。同时我国每年产生大量的秸秆、稻壳、蔗渣等生物质材料，对生物质材料的热解气化利用既可有效缓解资源供应紧张的现状，也能够减轻焚烧生物质材料造成的环境污染，是生物质利用的重要发展方向。

通过煤炭和生物质原料热解获得的裂解气均有其特殊性质，与常规电站锅炉或工业锅炉的烟气相比，裂解气具有温度高（600℃以上），易燃易爆（含有大量还原性、易燃气体）、在较低温度下容易冷凝出液体物质（焦油类黏性物质）等特殊性质。因此在进行裂解气净化过程需要考虑到这些因素对处理过程的影响。

在固体裂解过程中，不可避免的会导致裂解气中夹带有大量的飞灰、煤炭颗粒、生物质颗粒等物质，对后续的焦油液化收集过程和煤气利用过程产生较大的不利影响，在焦油冷凝时所析出的焦油与大量的灰尘颗粒混杂在一起，导致回收的焦油固体颗粒含量较高，高固体颗粒含量的焦油一方面影响了焦油的品质，增加了焦油进一步深加工的难度，降低了焦油的利用价值，同时由于焦油中混入大量灰尘导致其流动性大大减弱，含灰焦油容易冷凝堆积在煤气冷却设备或管道内，影响煤气除尘及焦油回收效果，严重时会发生设备或管道的堵塞问题。这就提出了在高温下实现有效的高温除尘的要求。

当前常用的高温除尘器包括旋风除尘器、颗粒床除尘器、陶瓷/金属过滤器和静电除尘器。以惯性碰撞原理进行除尘的旋风除尘器除尘效率不高，通常用于预收尘，且温度上升之后气体粘性增加，除尘效率相对常温更低；陶瓷过滤方式的除尘器压损相对较大，而裂解气净化有很高的气密性要求，高压力损失导致设计难度加大，且过滤式除尘的清灰过程需要反吹，高温下压力的剧烈变化容易导致过滤材料的破损。

公开号为CN101559307的专利公开了一种可以在300～1000℃工况下连续运行的耐高温除尘器，采用金属过滤筒替代布袋过滤筒以耐高温，该除尘器具有除尘效率高、运行阻力和能耗低的特点，但其金属过滤筒由耐高温金属材料制成，价格昂贵，运行阻力大（通常15kPa以上），极大地增加了除尘器的设计和成本。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明为针对高温裂解气颗粒高效捕集而提供了一种高温静电除尘系统，其能够在高温、还原性且含有易冷凝焦油蒸气的气氛条件下稳定可靠地长期运行。

一种高温静电除尘系统，所述系统包括气体入口、除尘器壳体、气体出口和分层灰斗，所述除尘器壳体左右两端分别与气体入口、气体出口相连，除尘器壳体下端与分层灰斗相连；所述气体入口处设有入口导流板，气体出口处设有出口导流板，除尘器壳体内设有阳极板和阴极杆，除尘器壳体外围设有密封壳体，密封壳体与除尘器壳体之间形成空腔，所述阴极杆与除尘器壳体之间通过高铝陶瓷绝缘，高铝陶瓷与热风吹扫装置相连，所述阳极板底部设有机械振打装置；所述分层灰斗外围设有保温装置，所述分层灰斗包括上部灰斗和下部灰斗，上部灰斗与除尘器壳体相连，下部灰斗一端通过卸灰阀与上部灰斗相连，另一端与灰斗气流输送装置相连。

优选地，所述阳极板厚度为1～15mm，宽度为400～1200mm，高度为2～12m，所述阳极板四周带有折边，阳极板上设有若干根抗变形用的加强筋，所述加强筋的间距为0.2～2m。加强筋可以设置在阳极板四周及纵向中心线位置上，阳极板四周的加强筋为耐高温不锈钢加工而成的方管或圆管，阳极板纵向中心线位置的加强筋为耐高温不锈钢加工而成的钢条，用于防止高温下温度不均及热膨胀产生的变形。

优选地，所述气体入口与除尘器壳体的连接处、除尘器壳体与分层灰斗的连接处均设有相应的膨胀空间。除尘器壳体预留有膨胀空间，保证高温条件下除尘器壳体膨胀过程中热应力的释放，防止高温下的热变形。膨胀空间根据所需要的温度范围和壳体尺寸设定，以800℃为例，长度5m需要设置总空间为0.08m的热膨胀空间。

优选地，所述除尘器壳体与密封壳体之间具有空腔，所述空腔厚度为10～300mm。空腔内填充有N₂等惰性气体或高温低含氧烟气，用于隔绝除尘器内部气体和外部空气，同时实现系统的高效保温。

优选地，所述空腔内部入口处设置有导流装置。保证系统启动时除尘器壳体加热温度均匀，防止启动过程中因温度不均匀造成热变形。

优选地，所述高铝陶瓷的形状为中空圆台形或中空方锥形，其底部直径或宽度大于300mm，高度大于300mm。高铝陶瓷使用99%刚玉烧制，用于保证高温下的绝缘瓷瓶的绝缘效果，保证阴极杆和除尘器壳体之间的绝缘；高铝陶瓷绝缘性能要求达到：体积电阻率常温下超过10¹⁴Ωcm，Te值（体积电阻率降到1MΩcm时的温度）大于1000℃。

优选地，所述分层灰斗内表面与水平线夹角不小于60°。高温下灰分的粘性增强，需要设置一定的角度以利于粉尘层在振打的时候脱落。

分层灰斗采用双灰斗设计，外部加装有电加热保温装置，保持灰斗内温度在400℃以上，防止焦油凝固导致的灰尘结块，放灰过程中先打开上部高温卸灰阀，将灰尘放入下部灰斗，再关闭上部高温卸灰阀，将粉尘冷却到200℃，然后通过灰斗气流输送装置（通过低含氧量烟气或惰性气体）输灰，以防止高温下的气体泄漏和含碳灰尘在高温下的燃烧。

优选地，所述分层灰斗上设置灰斗振打装置。可以防止灰斗中的灰尘（粉尘）由于结块而造成堵塞。

优选地，所述气体入口、气体出口形状为锥形。有利于气体进出量的控制。

优选地，所述热风吹扫装置包括惰性气体供气管和惰性气体电加热器，吹扫风速控制为0.05～0.5m/s，并控制高铝陶瓷的表面温度在400～500℃。用于高铝陶瓷的保温和吹扫，防止裂解气中由于焦油冷凝使粉尘堆积而造成的爬电，以及由于温度过高使绝缘性能下降而造成的漏电等现象的发生。

本发明机械振打装置用于阳极板的清灰，其通过对阳极板底边正中位置的振打，取得较好的振打加速度分布；由于阳极板下部积灰较多，振打加速度在底部较大，因此将其安装在阳极板底部，更有利于清灰，以清除阳极板上的粉尘层。高温静电除尘器的组成部分中的气体入口、入口导流板、阳极板、阴极杆、除尘器壳体、分层灰斗、气体出口的材质均为耐热不锈钢（如：06Cr25Ni20），能够承受800℃的长期工作温度，除尘效率在90%以上。

本发明提供了一种可以应用于高温裂解气净化的静电除尘设备，用于热裂解生成煤气的颗粒捕集，其不仅能够在高温场合形成稳定放电，而且能够实现300～800℃高温条件下稳定工作并有效捕集裂解气中的细微颗粒物；本发明通过捕集高温煤气中的细微颗粒物以达到净化煤气、提高后续冷凝焦油品质及其他气化产物品质等目的，并可提高系统运行的能量效率；另外，也可以实现设备运行阻力小于600Pa。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明阳极板的结构示意图；

图3是本发明工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

参照图1～3，一种高温静电除尘系统，所述系统包括气体入口1、除尘器壳体5、气体出口14和分层灰斗，所述除尘器壳体5左、右两端分别与气体入口1、气体出口14相连，除尘器壳体5下端与分层灰斗相连，所述气体入口1与除尘器壳体5的连接处、除尘器壳体5与分层灰斗的连接处均设有相应的膨胀空间。膨胀空间根据所需要的温度范围和壳体尺寸设定，以800℃为例，长度5m需要设置总空间为0.08m的热膨胀空间。除尘器壳体预留有膨胀空间，保证高温条件下除尘器壳体膨胀过程中热应力的释放，防止高温下的热变形。所述气体入口、气体出口形状为锥形，有利于气体进出量的控制。

所述气体入口1处设有入口导流板2，气体出口14处设有出口导流板12，除尘器壳体5内设有阳极板3和阴极杆4，所述阳极板3厚度为1～15mm，宽度为400～1200mm，高度为2～12m，所述阳极板四周带有折边17，阳极板上设有若干根抗变形用的加强筋18，所述加强筋的间距为0.2～2m。加强筋可以设置在阳极板四周及纵向中心线位置上，阳极板四周的加强筋为耐高温不锈钢加工而成的方管或圆管，阳极板纵向中心线位置的加强筋为耐高温不锈钢加工而成的钢条，用于防止高温下温度不均及热膨胀产生的变形。

除尘器壳体5外围设有密封壳体6，密封壳体6与除尘器壳体5之间形成空腔，所述空腔厚度为10～300mm。空腔内填充有N₂等惰性气体或高温低含氧烟气，用于隔绝除尘器内部气体和外部空气，同时实现系统的高效保温。所述空腔内部入口处设置有导流装置。保证系统启动时除尘器壳体加热温度均匀，防止启动过程中因温度不均匀造成热变形。

所述阴极杆4与除尘器壳体5之间通过高铝陶瓷7绝缘，所述高铝陶瓷7的形状为中空圆台形或中空方锥形，其底部直径或宽度大于300mm，高度大于300mm。高铝陶瓷使用99%刚玉烧制，用于保证高温下的绝缘瓷瓶的绝缘效果，保证阴极杆和除尘器壳体之间的绝缘；高铝陶瓷绝缘性能要求达到：体积电阻率常温下超过10¹⁴Ωcm，Te值（体积电阻率降到1MΩcm时的温度）大于1000℃。

高铝陶瓷7与热风吹扫装置8相连，所述热风吹扫装置8包括N₂供气管19和N₂电加热器20，吹扫风速控制为0.05～0.5m/s，并控制高铝陶瓷的表面温度在400～500℃。用于高铝陶瓷的保温和吹扫，防止裂解气中由于焦油冷凝使粉尘堆积而造成的爬电，以及由于温度过高使绝缘性能下降而造成的漏电等现象的发生。

所述阳极板3底部设有机械振打装置13，机械振打装置13用于阳极板的清灰，其通过对阳极板底边正中位置的振打，取得较好的振打加速度分布；由于阳极板下部积灰较多，振打加速度在底部较大，因此将其安装在阳极板底部，更有利于清灰，以清除阳极板上的粉尘层。

所述分层灰斗外围设有保温装置10，所述分层灰斗包括上部灰斗9和下部灰斗15，上部灰斗9与除尘器壳体5相连，下部灰斗15一端通过卸灰阀16与上部灰斗9相连，另一端与灰斗气流输送装置11相连。所述分层灰斗内表面与水平线夹角不小于60°。高温下灰分的粘性增强，需要设置一定的角度以利于粉尘层在振打的时候脱落。分层灰斗采用双灰斗设计，外部加装有电加热保温装置，保持灰斗内温度在400℃以上，防止焦油凝固导致的灰尘结块，放灰过程中先打开上部高温卸灰阀，将灰尘放入下部灰斗，再关闭上部高温卸灰阀，将粉尘冷却到200℃，然后通过灰斗气流输送装置（通过低含氧量烟气或惰性气体）输灰，以防止高温下的气体泄漏和含碳灰尘在高温下的燃烧。所述分层灰斗上设置灰斗振打装置。可以防止灰斗中的粉尘由于结块而堵塞。

所述高温静电除尘器的组成部分中的气体入口1、入口导流板2、阳极板3、阴极杆4、除尘器壳体5、分层灰斗、气体出口14均为2520不锈钢（06Cr25Ni20），能够承受800℃的长期工作温度，除尘效率在90%以上。

高温含尘气体21在经过气体入口1、入口导流板2的均流后进入到除尘器壳体5内部，阴极杆4与除尘器壳体5之间由高铝陶瓷7绝缘，高铝陶瓷7连接有热风吹扫装置8，热风吹扫装置8包括惰性气体供气管19（如N₂供气管）和惰性气体电加热器20（如N₂电加热器），热风吹扫装置内部通有高温N₂（600℃以上），用于保持高铝陶瓷7的表面温度和洁净度，防止表面的焦油凝结和积灰，吹扫风速控制为0.05～0.5m/s，并控制高铝陶瓷的表面温度在400～500℃。阴极杆4连接有负高压直流电源22，用于在阴极杆4和阳极板3之间形成高压电场和电晕放电，在静电力作用下，裂解气中的颗粒被带上电荷，并在电场力作用下运动到阳极板3上；经过一段时间的堆积之后，机械振打装置13进行机械振打使粉尘层从收尘极板脱落，粉尘层落入到分级灰斗中的上部灰斗9，灰尘积累到一定量之后，再打开高温卸灰阀16，灰尘进入分级灰斗中的下部灰斗15，灰斗气流输送装置11与洁净烟气或者N₂输送罐24相连，经过降温之后，在灰斗气流输送装置11的洁净烟气或者热N₂的输送作用下进入到灰仓23中等待下一步处理；净化处理后的气体经气体出口14进入下游工艺段25。

密封壳体6用于隔绝外界空气和除尘器内部的待处理气体，防止空气泄漏导致的爆炸、燃烧等事故，并可用于除尘器启动过程的预热和运行过程的保温，密封壳中充满N₂。

高铝陶瓷7用于阴极杆和除尘器壳体之间的绝缘，热风吹扫装置8用于保持高铝陶瓷表面的洁净，防止高铝陶瓷表面焦油冷凝和灰尘堆积，以确保阴极杆和除尘器壳体之间的绝缘效果。

本发明可以在高温下充分捕集煤裂解气中的细微颗粒物，确保后续冷凝制备焦油过程中的焦油纯度。在800℃下可达90%的除尘效率，600℃下可达97%的除尘效率；本发明设备运行阻力小于600Pa。

Claims (10)

1.一种高温静电除尘系统，其特征在于：所述系统包括气体入口、除尘器壳体、气体出口和分层灰斗，所述除尘器壳体左右两端分别与气体入口、气体出口相连，除尘器壳体下端与分层灰斗相连；所述气体入口处设有入口导流板，气体出口处设有出口导流板，除尘器壳体内设有阳极板和阴极杆，除尘器壳体外围设有密封壳体，密封壳体与除尘器壳体之间形成空腔，所述阴极杆与除尘器壳体之间通过高铝陶瓷绝缘，高铝陶瓷与热风吹扫装置相连，所述阳极板底部设有机械振打装置；所述分层灰斗外围设有保温装置，所述分层灰斗包括上部灰斗和下部灰斗，上部灰斗与除尘器壳体相连，下部灰斗一端通过卸灰阀与上部灰斗相连，另一端与灰斗气流输送装置相连。

2.根据权利要求1所述的高温静电除尘系统，其特征在于：所述阳极板厚度为1～15mm，宽度为400～1200mm，高度为2～12m，所述阳极板四周带有折边，阳极板上设有若干根抗变形用的加强筋，所述加强筋的间距为0.2～2m。

3.据权利要求1所述的高温静电除尘系统，其特征在于：所述气体入口与除尘器壳体的连接处、除尘器壳体与分层灰斗的连接处均设有相应的膨胀空间。

4.根据权利要求1所述的高温静电除尘系统，其特征在于：除尘器壳体与密封壳体之间具有空腔，所述空腔厚度为10～300mm。

5.根据权利要求4所述的高温静电除尘系统，其特征在于：所述空腔内部入口处设置有导流装置。

6.根据权利要求1所述的高温静电除尘系统，其特征在于：所述高铝陶瓷的形状为中空圆台形或中空方锥形，其底部直径或宽度大于300mm，高度大于300mm。

7.根据权利要求1所述的高温静电除尘系统，其特征在于：所述分层灰斗内表面与水平线夹角不小于60°。

8.根据权利要求1所述的高温静电除尘系统，其特征在于：所述上部灰斗上设置灰斗振打装置。

9.根据权利要求1所述的高温静电除尘系统，其特征在于：所述气体入口、气体出口形状为锥形。

10.根据权利要求1所述的高温静电除尘系统，其特征在于：所述热风吹扫装置包括惰性气体供气管和惰性气体电加热器，吹扫风速控制为0.05～0.5m/s，并控制高铝陶瓷的表面温度在400～500℃。