CN105259072B - 高温气体中细粉量和焦油量测定的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种高温气体中细粉量和焦油量测定的装置是由取气单元，气固分离单元，气液分离单元组成。高温气体中细粉量和焦油量测定方法是由气体反吹、预热、二次气体反吹、取样、装置停车、细粉量和焦油量测定所组成。本发明可有效测定高温气体中粉尘量和焦油量，可精密指导气固分离系统和气液分离系统的设计，实现气化炉、焦化炉以及兰炭炉的安全和稳定连续生产。
Description
技术领域
本发明属于一种用于测定气体中细粉量和焦油量的装置，具体涉及一种高温气体中细粉量和焦油量测定的装置。
背景技术
能源是人类赖以生存和发展的物质基础。我国的能源结构表现为：石油与天然气等资源贫乏，煤炭资源相对丰富。其中低阶煤占很大比重，近几年来，低阶煤的分级转化利用生产工艺技术取得了长足发展，要实现全面、协调、可持续发展，走出一条兼顾高效、环保和经济的新型煤炭工业化道路，就必须提高低阶煤转化效率、大幅度降低污染物排放、发展洁净煤技术，其中开发先进的低阶煤分级转化利用技术，已经成为能源领域科技界和企业界的共识。
低阶煤分级转化利用技术中粗煤气中细粉量和焦油量是关键参数，直接影响低阶煤分级转化利用工艺的总体设计、系统布置和工艺运行性能。具体而言：
1)通过粗煤气中细粉量的测定，才能精确设计细粉分离机构，将大量高温固体物料从粗煤气气流中分离出来，进而使后续工艺得到的焦油中细粉含量达到指标；
2)通过粗煤气中焦油量的测定，才能准确设计焦油分离机构，将焦油从净化后的粗煤气完全分离出来，实现低阶煤的高效清洁利用。
现有的粗煤气中细粉量和焦油量的测定方面一直未取得成功，主要在于以下方面：细粉量和焦油量的测定多是依据理论计算数据估算，但理论计算数据的估算值与工业运行数据偏差较大；细粉量和焦油量的测定少部分采用了实验检测，但实验装置较为简单，难以精确测定高温气体中的细粉量和焦油量。
如何实现精确测定高温气体中细粉量和焦油量，开发出结构优化的粗煤气中细粉量和焦油量的测定装置对低阶煤分级转化利用技术 的发展至关重要。
发明内容
本发明的第一个目的在于设计一种结构简单，成本低，可测定高温气体中细粉量和焦油量的装置。
本发明的高温气体中细粉量和焦油量的测定装置由取气单元，气固分离单元，气液分离单元组成；
所述的取气单元所述的取气单元由取气管、取样阀门、第一加热保温电炉丝、第一压力测量仪、第一温度测量仪、第一气体反吹管、第一气体反吹阀门组成，取气管一端插在高温气体主管道内，取样阀门置于取气管上并靠近高温气体主管道，在取气管的取样阀门之后依次有第一压力传感器、第一温度传感器和第一气体反吹管，取气管另一端通过阀门与旋风分离器相连，第一气体反吹管末端与取气管相连，第一气体反吹阀门位于第一气体反吹管管线上；第一加热保温电炉丝缠绕在取气管上。
所述的气固分离单元由旋风分离器、气体过滤器、第二加热保温电炉丝、上细粉收集罐、下细粉收集罐、第二气体反吹阀门、第二气体反吹管、气体过滤器出口连接管道、第二压力测量仪、第二温度测量仪和阀门组成，旋风分离器进口通过阀门与取气管相连，旋风分离器的固体排料口依次与上细粉收集罐、下细粉收集罐相连，旋风分离器的气体出口与气体过滤器细粉排出口相连，气体过滤器的气体出口经过气体过滤器出口连接管道和气体过滤器后阀门与降温管一端相连，第二气体反吹管与气体过滤器出口连接管道相连，第二加热保温电炉丝缠绕在旋风分离器、气体过滤器、上细粉收集罐上，第二压力测量仪、第二温度测量仪插入气体过滤器出口连接管道内，第二气体反吹阀门与第二气体反吹管连接；
所述的气液分离单元由降温管、不锈钢盘管、焦油收集罐、冷冻冰箱、连接管、抽气泵、转子流量计、放空阀门、煤气放空管组成，降温管上端与气体过滤器后阀门相连，降温管末端连接阀门，阀门与不锈钢盘管一端相连，不锈钢盘管末端伸入焦油收集罐中，焦油收集罐是密封的，不锈钢盘管、焦油收集罐置于冷冻冰箱内，压力测量仪P3、温度测量仪T3置于降温管末端，另一套压力测量仪P4、温度测量仪T4置于连接管上，抽气泵入口通过连接管与焦油收集罐连接，抽气泵出口连接转子流量计，压力测量仪P5、温度测量仪T5置于转子流量计的气体出口管道上，转子流量计的气体出口管道通过放空阀门与煤气放空管相连。
如上所述的取气管直径d与旋风分离器直径D1之比为0.125-0.25；旋风分离器直径D1与旋风分离器高度为H1之比为0.15-0.25；取气管直径d与气体过滤器直径D2之比为0.06-0.25；气体过滤器直径D2与气体过滤器高度H2之比为0.05-0.25。
本发明的高温气体中细粉量和焦油量的测定方法包括如下步骤：
(1)气体反吹
装置运行前，打开抽气泵、第一气体反吹阀门、气体过滤器后阀门和放空阀门，关闭取样阀门和第二气体反吹阀门，采用氮气或惰性气体反吹取气单元、气固分离单元、气液分离单元，防止各单元被细粉堵塞；
(2)预热
气体反吹后，开启取气单元中第一加热保温电炉丝和气固分离单元中的第二加热保温电炉丝，使得所述的取气管和气体过滤器的温度控制在500℃-650℃；
(3)二次气体反吹
当取气管和气体过滤器的温度达到500℃-650℃时，采用经预热的氮气或惰性气体反吹取气单元、气固分离单元，气液分离单元，确保装置内部无细粉；
(4)取样
关闭第一气体反吹阀门和第二气体反吹阀门，开启取样阀门，取气5-30分钟；
(5)装置停车
打开第一气体反吹阀门，采用经预热的氮气或惰性气体反吹取气单元3-5分钟，关闭取样阀门，同时关闭气体过滤器后阀门，关闭第一气体反吹阀门，打开第二气体反吹阀门，用经预热的氮气或惰性气体反吹气固分离单元3-10分钟；
(6)细粉量和焦油量测定
采用天平称量气固分离单元中下细粉收集罐分离出的细粉量M和气液分离单元中焦油收集罐分离下的液体量m1，将气液分离单元分离下的液体进行蒸馏脱水，称量脱水后的液体量为m2，所脱出的水的质量为m3，通过转子流量计计量累计气量为G，用四氢呋喃或甲苯洗涤气液分离单元中的不锈钢盘管，将洗涤液蒸馏，蒸馏处四氢呋喃或甲苯，剩余的液体量为m4，即焦油总量为m＝m2+m4；
本发明具有如下优点：
(1)通过对取气管，旋风分离器，气体过滤器，上细粉收集罐温度的控制，使得收集到的焦油完全以气体的形式通过气体过滤器，使得气体过滤器不会被液态焦油所覆盖，进而使气体过滤器将细粉捕集，实现高温气体中细粉量的精确测定；
(2)通过冷冻冰箱长时间的冷冻，可以充分将焦油冷凝下来，进而可精确测量高温气体中焦油量；
(3)取样前通过两次气体反吹，可以防止管道被堵塞，同时使得取气管道、气体过滤器、旋风分离器附着的焦油被吹扫掉，以免影响实验的精度；
(4)该发明结构简单，易实现。
附图说明
图1是一种高温气体中细粉量和焦油量的测定结构示意图。
附图说明，1是高温气体主管道，2是取气管，3是取样阀门，4是第一加热保温电炉丝，5是第一压力测量仪，6是第一温度测量仪，7是第一气体反吹管，8是第一气体反吹阀门，9是旋风分离器，10是气体过滤器，11是第二加热保温电炉丝，12是上细粉收集罐，13是放空管，14是下细粉收集罐，15是第二气体反吹阀门，16是第二 气体反吹管，17是气体过滤器出口连接管道，18是第二压力测量仪，19是第二温度测量仪，20是气体过滤器后阀门，21是降温管，22是不锈钢盘管，23是焦油收集罐，24是冷冻冰箱，25是连接管，26是抽气泵，27是转子流量计，28是放空阀门，29是煤气放空管。
具体实施方式
实施方式中，提供了用于在高温气体中测定细粉量和焦油量的方法，本发明的测定方法及其专用设备结合附图说明如下：
本发明的高温气体中细粉量和焦油量的测定装置由取气单元，气固分离单元，气液分离单元组成；
所述的取气单元所述的取气单元由取气管2、取样阀门3、第一加热保温电炉丝4、第一压力测量仪5、第一温度测量仪6、第一气体反吹管7、第一气体反吹阀门8组成，取气管2一端插在高温气体主管道1内，取样阀门3置于取气管2上并靠近高温气体主管道1，在取气管2的取样阀门3之后依次有第一压力传感器5、第一温度传感器6和第一气体反吹管7，取气管2另一端通过阀门与旋风分离器9相连，第一气体反吹管7末端与取气管2相连，第一气体反吹阀门8位于第一气体反吹管7管线上；第一加热保温电炉丝4缠绕在取气管2上。
所述的气固分离单元由旋风分离器9、气体过滤器10、第二加热保温电炉丝11、上细粉收集罐12、下细粉收集罐14、第二气体反吹阀门15、第二气体反吹管16、气体过滤器出口连接管道17、第二压力测量仪18、第二温度测量仪19和阀门组成，旋风分离器进口9通过阀门与取气管2相连，旋风分离器9的固体排料口依次与上细粉收集罐12、下细粉收集罐14相连，旋风分离器9的气体出口与气体过滤器10细粉排出口相连，气体过滤器10的气体出口经过气体过滤器出口连接管道17和气体过滤器后阀门20与降温管21一端相连，第二气体反吹管16与气体过滤器出口连接管道17相连，第二加热保温电炉丝11缠绕在旋风分离器9、气体过滤器10、上细粉收集罐12上，第二压力测量仪18、第二温度测量仪19插入气体过滤器出口连接管 道17内，第二气体反吹阀门15与第二气体反吹管16连接；
所述的气液分离单元由降温管21、不锈钢盘管22、焦油收集罐23、冷冻冰箱24、连接管25、抽气泵26、转子流量计27、放空阀门28、煤气放空管29组成，降温管21上端与气体过滤器后阀门20相连，降温管21末端连接阀门，阀门与不锈钢盘管22一端相连，不锈钢盘管22末端伸入焦油收集罐23中，焦油收集罐23是密封的，不锈钢盘管22、焦油收集罐23置于冷冻冰箱24内，压力测量仪P3、温度测量仪T3置于降温管21末端，另一套压力测量仪P4、温度测量仪T4置于连接管25上，抽气泵26入口通过连接管25与焦油收集罐23连接，抽气泵26出口连接转子流量计27，压力测量仪P5、温度测量仪T5置于转子流量计27的气体出口管道上，转子流量计27的气体出口管道通过放空阀门28与煤气放空管29相连。
如上所述的取气管2的直径d与旋风分离器9的直径D1之比为0.125-0.25；旋风分离器9的直径D1与旋风分离器9的高度为H1之比为0.15-0.25；取气管2的直径d与气体过滤器10的直径D2之比为0.06-0.25；气体过滤器10的直径D2与气体过滤器10的高度H2之比为0.05-0.25。
如上所述的气体过滤器10的滤芯使用公知的耐高温不锈钢滤芯或高温陶瓷滤芯。
具体的细粉量和焦油量测定方法实施如下：
关闭取样阀门3，打开各气体反吹管道，反吹取气单元、气固分离单元、气液分离单元3-10分钟，开启抽气泵26，打开第一加热保温电炉丝4和第二加热保温电炉丝11对装置进行加热保温，使第一温度测量仪6和第二温度测量仪19的温度控制在500°-650°，再次打开各气体反吹管，反吹取气单元、气固分离单元、气液分离单元5-10分钟；打开取样阀门3，取气5-30分钟，取样后打开第一气体反吹阀门8吹扫取样管3-5分钟，关闭取样阀门3和气体过滤器后阀门20，用经预热的氮气或惰性气体反吹气体过滤器10，反吹3-10分钟，采用天平称量下细粉收集罐14的细粉量M和焦油收集罐23的液 体量m1，将焦油收集罐23的液体进行蒸馏脱水，称量脱水后的液体量为m2，所脱出的水的质量为m3，通过转子流量计27计量累计气量为G，用四氢呋喃或甲苯洗涤不锈钢盘管22，将洗涤液蒸馏，蒸馏出四氢呋喃或甲苯，剩余的液体量为m4，则焦油总量为m＝m2+m4。
高温气体中的细粉含率为
高温气体中的焦油含率为
实施例1：
取气管直径d＝20mm，旋风分离器直径D1＝80mm；旋风分离器直径D1与旋风分离器高度为H1之比为0.25；取气管的直径d气体过滤器直径D2之比为0.25；气体过滤器直径D2与气体过滤器高度H2之比为0.25。
开启取气单元中第一加热保温电炉丝和气固分离单元中的第二加热保温电炉丝，使得所述的取气管和气体过滤器的温度控制在520℃，取样10分钟。
实施例2：
取气管直径d＝20mm，旋风分离器直径D1＝100mm；旋风分离器直径D1与旋风分离器高度为H1之比为0.2；取气管的直径d与气体过滤器直径D2之比为0.2；气体过滤器直径D2与气体过滤器高度H2之比为0.15。
开启取气单元中第一加热保温电炉丝和气固分离单元中的第二加热保温电炉丝，使得所述的取气管和气体过滤器的温度控制在560℃，取样15分钟。
实施例3：
取气管直径d＝20mm，旋风分离器直径D1＝130mm；旋风分离器直径D1与旋风分离器高度为H1之比为0.18；取气管的直径d与气体过滤器直径D2之比为0.15；气体过滤器直径D2与气体过滤器高度H2之比为0.13。
开启取气单元中第一加热保温电炉丝和气固分离单元中的第二加热保温电炉丝，使得所述的取气管和气体过滤器的温度控制在600℃，取样25分钟。
实施例4：
取气管直径d＝20mm，旋风分离器直径D1＝150mm；旋风分离器直径D1与旋风分离器高度为H1之比为0.15；取气管的直径d与气体过滤器直径D2之比为0.1；气体过滤器直径D2与气体过滤器高度H2之比为0.10。
开启取气单元中第一加热保温电炉丝和气固分离单元中的第二加热保温电炉丝，使得所述的取气管和气体过滤器的温度控制在630℃，取样30分钟。
实施例5：
取气管直径d＝20mm，旋风分离器直径D1＝160mm；旋风分离器直径D1与旋风分离器高度为H1之比为0.15；取气管的直径d与气体过滤器直径D2之比为0.08；气体过滤器直径D2与气体过滤器高度H2之比为0.06。
开启取气单元中第一加热保温电炉丝和气固分离单元中的第二加热保温电炉丝，使得所述的取气管和气体过滤器的温度控制在650℃，取样20分钟。
如实施例1-5条件下进行的高温气体中细粉量含率和焦油量含率列于表1，高温粗煤气来自于连续稳定运行的炼焦炉所产生的粗煤气。
表1不同条件下高温气体中细粉量含率和焦油量含率
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 取气管和气体过滤器温度，℃ | 520 | 560 | 600 | 630 | 650 |
| 取气时间，min | 10 | 15 | 25 | 30 | 20 |
| 高温气体中细粉含率，％ | 97 | 96 | 95.5 | 94 | 91 |
| 高温气体中焦油含率，％ | 91 | 92.5 | 94 | 95 | 96 |
Claims (6)
1.一种高温气体中细粉量和焦油量的测定装置，它是由取气单元，气固分离单元，气液分离单元组成；
所述的取气单元由取气管(2)、取样阀门(3)、第一加热保温电炉丝(4)、第一压力测量仪(5)、第一温度测量仪(6)、第一气体反吹管(7)、第一气体反吹阀门(8)组成，取气管(2)一端插在高温气体主管道(1)内，取样阀门(3)置于取气管(2)上并靠近高温气体主管道(1)，在取气管(2)的取样阀门(3)之后依次有第一压力传感器(5)、第一温度传感器(6)和第一气体反吹管(7)，取气管(2)另一端通过阀门与旋风分离器(9)相连，第一气体反吹管(7)末端与取气管(2)相连，第一气体反吹阀门(8)位于第一气体反吹管(7)管线上；第一加热保温电炉丝(4)缠绕在取气管(2)上；
所述的气固分离单元由旋风分离器(9)、气体过滤器(10)、第二加热保温电炉丝(11)、上细粉收集罐 (12)、下细粉收集罐 (14)、第二气体反吹阀门 (15)、第二气体反吹管(16)、气体过滤器出口连接管道 (17)、第二压力测量仪 (18)、第二温度测量仪 (19)和阀门组成，旋风分离器进口(9)通过阀门与取气管(2)相连，旋风分离器(9)的固体排料口依次与上细粉收集罐 (12)、下细粉收集罐 (14)相连，旋风分离器(9)的气体出口与气体过滤器(10)细粉排出口相连，气体过滤器(10)的气体出口经过气体过滤器出口连接管道 (17)和气体过滤器后阀门(20)与降温管(21)一端相连，第二气体反吹管 (16)与气体过滤器出口连接管道 (17)相连，第二加热保温电炉丝(11)缠绕在旋风分离器(9)、气体过滤器(10)、上细粉收集罐 (12)上，第二压力测量仪 (18)、第二温度测量仪 (19)插入气体过滤器出口连接管道 (17)内，第二气体反吹阀门 (15)与第二气体反吹管 (16)连接；
所述的气液分离单元由降温管(21)、不锈钢盘管(22)、焦油收集罐(23)、冷冻冰箱(24)、连接管(25)、抽气泵(26)、转子流量计(27)、放空阀门(28)、煤气放空管(29)组成，降温管(21)上端与气体过滤器后阀门(20)相连，降温管(21)末端连接阀门，阀门与不锈钢盘管(22)一端相连，不锈钢盘管(22)末端伸入焦油收集罐(23)中，焦油收集罐(23)是密封的，不锈钢盘管(22)、焦油收集罐(23)置于冷冻冰箱(24)内，压力测量仪P3、温度测量仪T3置于降温管(21)末端，另一套压力测量仪P4、温度测量仪T4置于连接管(25)上，抽气泵(26)入口通过连接管(25)与焦油收集罐(23)连接，抽气泵(26)出口连接转子流量计(27)，压力测量仪P5、温度测量仪T5置于转子流量计(27)的气体出口管道上，转子流量计(27)的气体出口管道通过放空阀门(28)与煤气放空管(29)相连。
2.如权利要求1所述的高温气体中细粉量和焦油量的测定装置，其特征在于所述的取气管(2)的直径与旋风分离器(9)的直径之比为0.125-0.25。
3.如权利要求1所述的高温气体中细粉量和焦油量的测定装置，其特征在于所述的旋风分离器(9)的直径与旋风分离器(9)的高度之比为0.15-0.25。
4.如权利要求1所述的高温气体中细粉量和焦油量的测定装置，其特征在于所述的取气管(2)的直径与气体过滤器（10）的直径之比为0.06-0.25。
5.如权利要求1所述的高温气体中细粉量和焦油量的测定装置，其特征在于所述的气体过滤器(10）的直径与气体过滤器（10）的高度之比为0.05-0.25。
6.如权利要求1-5任一项装置用于高温气体中细粉量和焦油量的测定方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）气体反吹
装置运行前，打开抽气泵、第一气体反吹阀门、气体过滤器后阀门和放空阀门，关闭取样阀门和第二气体反吹阀门，采用氮气或惰性气体反吹取气单元、气固分离单元、气液分离单元，防止各单元被细粉堵塞；
（2）预热
气体反吹后，开启取气单元中第一加热保温电炉丝和气固分离单元中的第二加热保温电炉丝，使得所述的取气管和气体过滤器的温度控制在500℃- 650℃；
（3）二次气体反吹
当取气管和气体过滤器的温度达到500℃- 650℃时，采用经预热的氮气或惰性气体反吹取气单元、气固分离单元，气液分离单元，确保装置内部无细粉；
（4）取样
关闭第一气体反吹阀门和第二气体反吹阀门，开启取样阀门，取气5- 30分钟；
（5）装置停车
打开第一气体反吹阀门，采用经预热的氮气或惰性气体反吹取气单元3-5分钟，关闭取样阀门，同时关闭气体过滤器后阀门，关闭第一气体反吹阀门，打开第二气体反吹阀门，用经预热的氮气或惰性气体反吹气固分离单元3-10分钟；
（6）细粉量和焦油量测定
采用天平称量气固分离单元中下细粉收集罐分离出的细粉量M和气液分离单元中焦油收集罐分离下的液体量m1，将气液分离单元分离下的液体进行蒸馏脱水，称量脱水后的液体量为m2，所脱出的水的质量为m3，通过转子流量计计量累计气量为G，用四氢呋喃或甲苯洗涤气液分离单元中的不锈钢盘管，将洗涤液蒸馏，蒸馏出四氢呋喃或甲苯，剩余的液体量为m4，即焦油总量为m=m2+m4。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |