CN106994278A - 用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法和装置，将粉尘颗粒通过料斗加入螺旋进料器；将固体滤料颗粒填装进固定床过滤器；将纯净焦油加入注射泵，加热气化；从氮气瓶向实验系统通入氮气进入缓冲罐；粉尘从螺旋进料器进入，焦油气从注射泵进入，与从缓冲罐进入的氮气混合后依次进入旋风分离器、固定床过滤器、冷凝沉降器三级除尘设备，净化后的混合气经冷却器和旋液分离器冷却分离出净化的焦油，剩余的氮气进入尾气缓冲罐，经由空压机驱动的气体增压泵压入氮气缓冲罐继续循环使用；当进行采样测量某级的除尘效率时，打开旁路接通的玻璃纤维滤膜采样器，收集称量拦截的粉尘计算除尘效率。本发明用于高温含尘焦油气的梯级净化实验研究。
Description
技术领域：
本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法和装置。
背景技术：
在目前的陕西煤化工体系中，作为当地主要经济技术发展的资源——煤炭，主要以炼焦途径制取冶金、化工用生产资料的焦炭进行消化。多年来，各种炼焦技术、炉型应用而生，为这一技术的发展做出了巨大成就。但是，随着技术进步和环保要求，这一污染大、工艺相对滞后的技术发展遭遇了其发展瓶颈的制约。即作为经济价值高的焦油副产品，由于混杂一些焦炭颗粒，不仅在外观上而且在后续加工应用中都带来了不小的负面效应。尤其是在大规模机采煤矿的采煤率中，粉煤比例日益增长的今天，这种尴尬局面尤为突出。
目前常用的高温气体除尘的方法主要有旋风除尘、静电除尘、金属材料过滤除尘、陶瓷材料过滤除尘等，但用于高温焦油气除尘具有很大的局限性，主要因为：(1)焦油气温度400～600℃，对设备材料要求高；(2)焦油气中的焦油容易冷凝，易导致过滤器堵塞；(3)除尘效率要求较高，要满足工业大规模生产需要。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法和装置，克服了现有技术中的一些缺陷，解决了焦油中粘结粉尘的脱除和分离的难题。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，包括氮气进气系统、煤粉进料系统、焦油进料系统、孔板流量计Ⅰ、孔板流量计Ⅱ、梯级净化系统、采样系统和尾气回收系统；氮气进气系统包括气体增压泵Ⅰ、氮气缓冲罐Ⅰ、气体增压泵Ⅱ、氮气缓冲罐Ⅱ、空压机、氮气钢瓶、氮气预热炉Ⅰ、氮气预热炉Ⅱ和氮气混合器；煤粉进料系统包括螺旋进料器和煤粉混合器；焦油进料系统包括焦油注射泵、焦油加热气化炉和焦油气混合器；梯级净化系统包括旋风分离器、固定床过滤器和冷凝沉降器；采样系统包括玻璃纤维滤膜采样器；尾气回收系统包括冷却器、旋液分离器和尾气缓冲罐；其中，
氮气钢瓶出口连接氮气缓冲罐Ⅰ入口和氮气缓冲罐Ⅱ入口，空压机出口连接气体增压泵Ⅰ动力入口和气体增压泵Ⅱ动力入口，气体增压泵Ⅰ两端分别连接尾气缓冲罐和氮气缓冲罐Ⅰ，气体增压泵Ⅱ两端分别连接尾气缓冲罐和氮气缓冲罐Ⅱ，氮气缓冲罐出口连接氮气预热炉Ⅱ入口，氮气预热炉出口连接氮气混合器下端入口，氮气缓冲罐Ⅱ出口连接煤粉混合器左端；
螺旋进料器出口连接煤粉混合器上端，煤粉混合器右端连接氮气预热炉Ⅰ入口，氮气预热炉Ⅰ出口连接焦油气混合器左端入口；
焦油注射泵出口连接焦油加热气化炉入口，焦油加热气化炉出口连接焦油气混合器上端入口，焦油气混合器右端出口连接氮气混合器左端入口；
氮气混合器右端出口分为两股，分别连接孔板流量计Ⅰ和孔板流量计Ⅱ入口；孔板流量计Ⅰ和孔板流量计Ⅱ出口汇合后连接旋风分离器入口，旋风分离器出口连接固定床过滤器，固定床过滤器出口连接冷凝沉降器入口；
冷凝沉降器出口连接冷却器气体入口，冷却器气体出口连接旋液分离器入口，旋液分离器出口连接尾气缓冲罐入口。
本发明进一步的改进在于，螺旋进料器包括电机和进料器，电机通过联轴器驱动螺旋进料器的螺杆转动，调节转速范围为120～1400rpm，进料器上方设置有料斗，下方通过煤粉混合器和氮气预热炉Ⅰ连接。
本发明进一步的改进在于，螺旋进料器包括电机和进料器，电机通过联轴器驱动螺旋进料器的螺杆转动，调节转速范围为120～1400rpm，进料器上方设置有料斗，下方通过煤粉混合器和氮气预热炉Ⅰ连接。
本发明进一步的改进在于，旋风分离器下方安装有卸料的阀门，外壁缠绕电加热丝，操作温度控制在25～600℃。
本发明进一步的改进在于，固定床过滤器包括壳体、内构件和加热套，壳体上部设有滤料颗粒入口，滤料颗粒入口通过法兰和旋风分离器后管路连接，壳体下部设有滤料颗粒出口，滤料颗粒出口通过法兰和冷凝沉降器前管路连接，内构件包括三层滤料支承板、上端盖和支撑架，三层滤料支承板通过细钢管隔离分层套在支撑架上，上端盖和支撑架通过螺栓将内构件和壳体固定在一起，加热套使得固定床过滤器温度控制在25～600℃，固定床过滤器内径为68mm，总高800mm。
本发明进一步的改进在于，冷凝沉降器包括壳体、内管和加热套，壳体上部中央为气体入口，侧面上部为气体出口，壳体下部连接有出油阀，能够排出冷凝的部分焦油，内管上部连接固定床过滤器后管路，下部直至壳体内下部，热套套在壳体外部，能够控制沉降器温度在25～500℃。
本发明进一步的改进在于，冷却器为双U型套管式换热器，气体走管内，冷却水走管间，换热器下方设置有出油阀，能够排出冷却的焦油，当所需的冷量较大时，打开低温循环机，将冷却水的温度继续降低以达到冷却要求。
本发明进一步的改进在于，玻璃纤维滤膜采样器包括上法兰、玻璃纤维滤片和下法兰，玻璃纤维滤片是由上下两个金属丝网夹住玻璃纤维滤膜而成，放置在上法兰和下法兰之间，上法兰前连接有取样阀，下法兰后连接有联通阀，玻璃纤维滤膜采样器共有3个，分别并联于旋风分离器、固定床过滤器和冷凝沉降器之后的连接阀两端。
本发明进一步的改进在于，所述的氮气缓冲罐Ⅰ、氮气缓冲罐Ⅱ和尾气缓冲罐上均安装有直接排空的阀门和管路。
用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，该实验方法基于上述用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，包括如下步骤：
将粉尘颗粒通过料斗加入螺旋进料器；将固体滤料颗粒填装进固定床过滤器；将纯净焦油加入焦油注射泵，加热气化；从氮气瓶向实验系统通入氮气进入氮气缓冲罐Ⅰ和氮气缓冲罐Ⅱ；粉尘从所述的煤粉混合器与主回路中的氮气混合，焦油气从焦油气混合器进入主回路，上述混合气经过孔板流量计Ⅰ测量流量后，依次进入旋风分离器、固定床过滤器、冷凝沉降器三级除尘设备，净化后的混合气经冷却器和旋液分离器冷却分离出净化的焦油，剩余的氮气进入尾气缓冲罐，经由空压机驱动的气体增压泵Ⅰ和气体增压泵Ⅱ压入氮气缓冲罐Ⅰ和氮气缓冲罐Ⅱ继续循环使用。
本发明进一步的改进在于，在每级除尘设备之后的连接阀两端并联采样阀、玻璃纤维滤膜采样器和联通阀，当进行采样测量某级的除尘效率时，关闭两级之间的连接阀，打开该级旁路的采样阀和联通阀，接通玻璃纤维滤膜采样器，收集称量拦截的粉尘计算除尘效率，采样完成后，打开两级之间的连接阀，关闭该级旁路的采样阀和联通阀。
本发明进一步的改进在于，将粉尘颗粒通过料斗加入螺旋进料器，将筛分好的实验用焦炭粉尘进行称量，记录质量后加入螺旋进料器的料斗，粉尘颗粒为直径100μm以下的煤粉。
本发明进一步的改进在于，将直径为0.38～0.83mm或0.83～1.25mm或1.25～2.5mm的固体滤料加入固定床过滤器，控制滤料颗粒层的厚度为5～25cm，滤料颗粒既能够分层填装也可单层填装，固体滤料是半焦或石英砂颗粒。
本发明进一步的改进在于，所述的将纯净焦油加入焦油注射泵，用注射器吸入加热的煤焦油，安装至注射泵架上打开注射泵将焦油匀速注射入加热炉中气化，所述加热炉内温度控制为400～500℃。
本发明进一步的改进在于，混合气通过滤料颗粒层的表观气速为0.1～0.5m/s；旋风分离器内的气体表观速度为0.5～5m/s；冷凝沉降器内的气体表观速度为0.5～2m/s。
本发明具有如下的有益效果：
本发明一种用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，权利要求1的有益效果：采用旋风分离、固定床过滤和冷凝沉降三级净化，旋风分离可分离出10μm以上的大部分粉尘，减轻了固定床的工作负荷，增加了固定床的连续工作时间，固定床主要拦截过滤10μm以下的细粉尘，冷凝沉降器利用冷凝的焦油吸附固定床未拦截的微细粉尘，三级净化除尘可使整体的除尘效率大大提高，并且提高了系统对细小粉尘的净化能力。
进一步，螺旋进料器包括电机和进料器，电机通过联轴器驱动螺旋进料器的螺杆转动，调节转速范围为120～1400rpm，进料器上方设置有料斗，下方通过煤粉混合器和氮气预热炉Ⅰ连接，进而可以实现1μm～100μm微细焦炭粉尘的定量加入，便于实验的定量精确分析。
进一步，焦油注射泵包括移动支架和注射器，移动支架由电机驱动，是自动控制移动支架，设置0～200mL/h的进料速度，注射器容量为50mL，连接焦油加热气化炉，可以实现煤焦油的气化，并将焦油气加入实验系统和氮气以及焦炭粉尘混合以模拟含尘粉煤热解气。
进一步，旋风分离器下方安装有卸料的阀门，外壁缠绕电加热丝，操作温度控制在25～600℃，可以除去大部分10μm以上的粉尘颗粒，作为第一级除尘设备可以大大减轻固定床过滤器的除尘负荷。
进一步，采用半焦颗粒充当固定床过滤器填料，当过滤拦截饱和后的滤料可直接作为半焦产品，无需进一步清灰重生，提高了固定床的工作效率。固定床过滤器可是进一步除去旋风分离器不能分离的10μm以下的大部分粉尘，提高系统对于微小颗粒粉尘的净化能力，并且可通过合理的分层填料进一步提高整体系统的除尘效率。
进一步，冷凝沉降器通过冷凝的部分重质焦油吸附前两级均未能除去的微小粉尘颗粒实现进一步的精细除尘。
进一步，冷却器可以将净化后的焦油气冷凝为煤焦油。
进一步，玻璃纤维滤膜采样器可以实现每级除尘设备除尘效率的定量测量，有利于实验的进一步分析。
进一步，在各气体缓冲罐上安装排空管路可以实现整个系统的排空，也能在实验出现意外时及时将气体排出系统。
本发明一种用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，具有如下的有益效果：
实验中气体流量、进尘量、注油量均可根据实验需求灵活控制测量，操作温度控制方便，可根据实验需求实现常温到500℃的控制，每级除尘设备均配有玻璃纤维滤膜采样器，方便测量除尘效率，可精确研究每级设备的除尘情况，解决了高温除尘的实验难题。
进一步，本发明解决了高温下各级除尘设备除尘效率测量的问题，玻璃纤维滤膜可以耐受500℃以上的高温，并且可以全部拦截上级除尘设备未除去的粉尘，经过称量即可计算得出该级除尘设备的除尘效率。
附图说明：
图1为本发明用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置的结构示意图。
图中：1.气体增压泵Ⅰ，2.氮气缓冲罐Ⅰ，3.气体增压泵Ⅱ，4.氮气缓冲罐Ⅱ，5.空压机，6.氮气钢瓶，7.螺旋进料器，8.煤粉混合器，9.焦油注射泵，10.氮气预热炉Ⅰ，11.氮气预热炉Ⅱ，12.焦油加热气化炉，13.焦油气混合器，14.氮气混合器，15.高温孔板流量计，16.常温孔板流量计，17.旋风分离器，18.固定床过滤器，19.连接阀，20.采样阀，21.玻璃纤维滤膜采样器，22.联通阀，23.低温循环机，24.冷凝沉降器，25.冷却器，26.旋液分离器，27.尾气缓冲罐。
具体实施方式：
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，包括氮气进气系统、煤粉进料系统、焦油进料系统、孔板流量计Ⅰ15、孔板流量计Ⅱ16、梯级净化系统、采样系统和尾气回收系统；氮气进气系统包括气体增压泵Ⅰ1、氮气缓冲罐Ⅰ2、气体增压泵Ⅱ3、氮气缓冲罐Ⅱ4、空压机5、氮气钢瓶6、氮气预热炉Ⅰ10、氮气预热炉Ⅱ11和氮气混合器14；煤粉进料系统包括螺旋进料器7和煤粉混合器8；焦油进料系统包括焦油注射泵9、焦油加热气化炉12和焦油气混合器13；梯级净化系统包括旋风分离器17、固定床过滤器18和冷凝沉降器24；采样系统包括玻璃纤维滤膜采样器21；尾气回收系统包括冷却器25、旋液分离器26和尾气缓冲罐27；其中，氮气钢瓶6出口连接氮气缓冲罐Ⅰ2入口和氮气缓冲罐Ⅱ4入口，空压机5出口连接气体增压泵Ⅰ1动力入口和气体增压泵Ⅱ3动力入口，气体增压泵Ⅰ1两端分别连接尾气缓冲罐27和氮气缓冲罐Ⅰ2，气体增压泵Ⅱ3两端分别连接尾气缓冲罐27和氮气缓冲罐Ⅱ4，氮气缓冲罐2出口连接氮气预热炉Ⅱ11入口，氮气预热炉11出口连接氮气混合器14下端入口，氮气缓冲罐Ⅱ4出口连接煤粉混合器8左端；
螺旋进料器7出口连接煤粉混合器8上端，煤粉混合器8右端连接氮气预热炉Ⅰ10入口，氮气预热炉Ⅰ10出口连接焦油气混合器13左端入口；
焦油注射泵9出口连接焦油加热气化炉12入口，焦油加热气化炉12出口连接焦油气混合器13上端入口，焦油气混合器13右端出口连接氮气混合器14左端入口；
氮气混合器14右端出口分为两股，分别连接孔板流量计Ⅰ15和孔板流量计Ⅱ16入口；孔板流量计Ⅰ15和孔板流量计Ⅱ16出口汇合后连接旋风分离器17入口，旋风分离器17出口连接固定床过滤器18，固定床过滤器18出口连接冷凝沉降器24入口；
冷凝沉降器24出口连接冷却器25气体入口，冷却器25气体出口连接旋液分离器26入口，旋液分离器26出口连接尾气缓冲罐27入口。
优选的，螺旋进料器7包括电机和进料器，电机通过联轴器驱动螺旋进料器7的螺杆转动，调节转速范围为120～1400rpm，进料器上方设置有料斗，下方通过煤粉混合器8和氮气预热炉Ⅰ10连接，进而可以实现1μm～100μm微细焦炭粉尘的定量加入，便于实验的定量精确分析。
优选的，旋风分离器17下方安装有卸料的阀门，外壁缠绕电加热丝，操作温度控制在25～600℃，可以除去大部分10μm以上的粉尘颗粒，作为第一级除尘设备可以大大减轻固定床过滤器的除尘负荷。
优选的，固定床过滤器18包括壳体、内构件和加热套，壳体上部设有滤料颗粒入口，滤料颗粒入口通过法兰和旋风分离器17后管路连接，壳体下部设有滤料颗粒出口，滤料颗粒出口通过法兰和冷凝沉降器24前管路连接，内构件包括三层滤料支承板、上端盖和支撑架，三层滤料支承板通过细钢管隔离分层套在支撑架上，上端盖和支撑架通过螺栓将内构件和壳体固定在一起，加热套使得固定床过滤器温度控制在25～600℃，固定床过滤器内径为68mm，总高800mm。采用半焦颗粒充当固定床过滤器填料，当过滤拦截饱和后的滤料可直接作为半焦产品，无需进一步清灰重生，提高了固定床的工作效率。固定床过滤器可是进一步除去旋风分离器不能分离的10μm以下的大部分粉尘，提高系统对于微小颗粒粉尘的净化能力，并且可通过合理的分层填料进一步提高整体系统的除尘效率。
优选的，冷凝沉降器24包括壳体、内管和加热套，壳体上部中央为气体入口，侧面上部为气体出口，壳体下部连接有出油阀，能够排出冷凝的部分焦油，内管上部连接固定床过滤器18后管路，下部直至壳体内下部，热套套在壳体外部，能够控制沉降器温度在25～500℃。冷凝沉降器通过冷凝的部分重质焦油吸附前两级均未能除去的微小粉尘颗粒实现进一步的精细除尘。
优选的，冷却器25可以将净化后的焦油气冷凝为煤焦油，为双U型套管式换热器，气体走管内，冷却水走管间，换热器下方设置有出油阀，能够排出冷却的焦油，当所需的冷量较大时，打开低温循环机23，将冷却水的温度继续降低以达到冷却要求。
优选的，玻璃纤维滤膜采样器21可以实现每级除尘设备除尘效率的定量测量，有利于实验的进一步分析，包括上法兰、玻璃纤维滤片和下法兰，玻璃纤维滤片是由上下两个金属丝网夹住玻璃纤维滤膜而成，放置在上法兰和下法兰之间，上法兰前连接有取样阀20，下法兰后连接有联通阀22，玻璃纤维滤膜采样器共有3个，分别并联于旋风分离器17、固定床过滤器18和冷凝沉降器24之后的连接阀两端。
以下结合实施例对本发明做出进一步的说明。
实施例1：
一种用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，该方法包括如下步骤：将粉尘颗粒通过料斗加入螺旋进料器；将固体滤料颗粒填装进固定床过滤器；将纯净焦油加入注射泵，加热气化；从氮气瓶向实验系统通入氮气进入缓冲罐；粉尘从所述的螺旋进料器进入，焦油气从所述的注射泵进入，与从所述的缓冲罐进入的氮气混合后依次进入旋风分离器、固定床过滤器、冷凝沉降器三级除尘设备，净化后的混合气经冷却器和旋液分离器冷却分离出净化的焦油，剩余的氮气进入回路继续循环使用；当进行采样测量某级的除尘效率时，打开并联接通的玻璃纤维滤膜采样器，收集称量拦截的粉尘计算除尘效率。
实施例2：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，所述的将粉尘颗粒通过料斗加入螺旋进料器，将筛分好的实验用粉尘进行称量，记录质量后加入螺旋进料器的料斗，所述的粉尘颗粒为直径100μm以下的煤粉，具体粒径范围可根据实验要求调整。
实施例3：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，所述的将固体滤料颗粒填装进固定床过滤器，将直径为0.38～0.83mm或0.83～1.25mm或1.25～2.5mm的固体滤料加入固定床过滤器，控制滤料颗粒层的厚度为5～25cm，所述的固体滤料是半焦、石英砂颗粒。
实施例4：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，所述的将纯净焦油加入注射泵，用注射器吸入稍加热的煤焦油，安装至注射泵架上打开注射泵将焦油匀速注射入加热炉中气化，所述加热炉内温度控制为400～500℃。
实施例5：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，所述的剩余的氮气进入回路继续循环使用是由空压机驱动的两台气体增压泵分别将剩余的氮气重新打入所述的缓冲罐进入回路系统。
实施例6：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，所述的混合气通过滤料颗粒层的表观气速为0.1～0.5m/s；所述的旋风分离器内的气体表观速度为0.5～5m/s；所述的冷凝沉降器内的气体表观速度为0.5～2m/s。
实施例7：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，固体颗粒填料为半焦颗粒，粒径0.83～1.25mm，床层高度15cm。操作条件为：氮气流量1500NL/h，粉尘进料量75g/h，不加焦油，操作温度常温。首先，将筛分好的半焦颗粒加入固定床的第二层并安装；将粉尘加入螺旋进料器的料斗并密封；打开氮气瓶，给两个氮气缓冲罐打压至0.11MPa(表压)，打开两个回路氮气阀并调节流量稳定在1500NL/h；等待整个回路压力流量稳定后打开螺旋进料器，调节螺旋进料器电机转速为419rpm，使系统稳定工作5min，记录旋风分离器和固定床的压降变化；测量旋风分离器除尘效率：关闭固定床前阀，打开旋风分离器后的取样阀和放空阀，采样5min，采样期间当流量下降时打开氮气瓶进行补气，维持流量始终在1500NL/h，采样完成后，关闭螺旋进料器，打开固定床前阀，关闭旋风分离器后的取样阀和联通阀，拆下玻璃纤维滤膜采样器，取出玻璃纤维滤片并称量记录增加的质量。等待系统和之前操作条件一致时进行固定床后的采样，操作步骤同上。
经测量计算，净化后的氮气粉尘含量低于50mg/Nm3，旋风分离器效率大于98％，固定床效率大于95％，总除尘效率大于99.9％，粒度分析表明10μm以上的颗粒可全部脱除。
实施例8：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，固体颗粒填料为半焦颗粒，填料分为两层，其中上层填料粒径1.25～2.5mm，填料高度10cm，下层填料粒径0.38～0.83mm，填料高度5cm。操作条件为：氮气流量1500NL/h，粉尘进料量75g/h，不加焦油，操作温度常温。操作步骤除填料方式按照上述装填外，其它同实施例7，净化后的氮气粉尘含量低于50mg/Nm3，旋风分离器效率大于98％，固定床效率为96.45％，总除尘效率大于99.9％，粒度分析表明10μm以上的颗粒可全部脱除。
实施例9：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，固体颗粒填料为半焦颗粒，粒径0.83～1.25mm，床层高度15cm。操作条件为：氮气流量1500NL/h，粉尘进料量75g/h，焦油进料量100mL/h，操作温度450℃。首先，将筛分好的半焦颗粒加入固定床的第二层并安装；将粉尘加入螺旋进料器的料斗并密封；打开各加热炉开关，设定担起预热炉温度在550℃，焦油加热炉温度在500℃，其它加热所有设备均在450℃；待系统温度稳定后，打开氮气瓶，给两个氮气缓冲罐打压至0.11MPa(表压)，打开两个回路氮气阀并调节流量稳定在1500NL/h；等待整个系统的压力、流量、温度稳定后打开螺旋进料器，调节螺旋进料器电机转速为429rpm，使系统稳定工作5min，记录旋风分离器和固定床的压降变化；测量旋风分离器除尘效率：关闭固定床前阀，打开该级取样阀和联通阀，采样5min，采样期间当流量下降时打开氮气瓶进行补气，维持流量始终在1500NL/h，采样完成后，关闭螺旋进料器，打开阀，关闭该级取样阀和联通阀，拆下玻璃纤维滤膜采样器，取出玻璃纤维滤片并称量记录增加的质量。等待系统和之前操作条件一致时进行固定床后的采样，操作步骤同上。
经测量计算，净化后的氮气粉尘含量低于50mg/Nm3，旋风分离器效率为98.48％，固定床效率为96.39％，总除尘效率为99.95％，粒度分析表明10μm以上的颗粒可全部脱除。
实施例10：
一种用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，其组成包括：所述的空压机和两台气体增压泵连接，两台气体增压泵分别接入两个氮气缓冲罐，缓冲罐向上的回路依次连接粉尘螺旋进料器，焦油注射泵，而后连接孔板流量计后依次连接旋风分离器、固定床过滤器、冷凝沉降器、冷却器、旋液分离器和氮气回收缓冲罐，所述的旋风分离器、固定床过滤器和冷凝沉降器各自并联一个玻璃纤维滤膜采样器。
实施例11：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，所述的螺旋进料器包括电机和进料器，所述的电机通过联轴器驱动螺旋进料器的螺杆转动，可调节转速范围为120～1400rpm，所述的进料器上方含有料斗，下方通过文丘里混合器和主回路连接。
实施例12：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，所述的注射泵包括移动支架和注射器，所述的移动支架由电机驱动，是自动控制移动支架，可设置0～200mL/h的进料速度，所述的注射器容量为50mL，注射器后连接所述的加热炉，所述的加热炉后通过文丘里混合器和主回路连接。
实施例13：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，所述的旋风分离器前和气体预热炉相连，后接所述的固定床过滤器，下方安装有卸料的阀门，所述的旋风分离器外壁缠绕电加热丝，可使操作温度控制在25～600℃。
实施例14：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，所述的固定床过滤器包括壳体、内构件和加热套，所述的壳体上部具有滤料颗粒入口，所述的滤料颗粒入口通过法兰和主管路连接，所述的壳体下部具有滤料颗粒出口，所述的滤料颗粒出口通过法兰和主管路连接。所述的内构件包括三层滤料支承板、上端盖和支撑架，所述的上端盖和支撑架通过螺栓将内构件和壳体固定在一起。所述的加热套可使固定床温度控制在25～600℃。所述的固定床内径为68mm，总高800mm。
实施例15：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，所述的冷凝沉降器包括壳体、内管和加热套，所述的壳体上部中央为气体入口，侧面上部为气体出口，所述的壳体下部连接有出油阀，可以排出冷凝的部分焦油。所述的内管上部连接主管路，下部直至壳体内下部。所述的加热套套在壳体外部，可控制沉降器温度在25～500℃。
实施例16：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，所述的冷却器为双U型套管式换热器，气体走管内，冷却水走管间，换热器下方设置有出油阀，可以排出冷却的焦油。
实施例17：
上述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，所述的玻璃纤维滤膜采样器包括上法兰、玻璃纤维滤片和下法兰，所述的玻璃纤维滤片是由上下两个金属丝网夹住玻璃纤维滤膜而成，放置在上、下法兰之间，所述的上法兰前连接取样阀，所述的下法兰后连接放空阀。
Claims (10)
1.用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，其特征在于，包括氮气进气系统、煤粉进料系统、焦油进料系统、孔板流量计Ⅰ(15)、孔板流量计Ⅱ(16)、梯级净化系统、采样系统和尾气回收系统；氮气进气系统包括气体增压泵Ⅰ(1)、氮气缓冲罐Ⅰ(2)、气体增压泵Ⅱ(3)、氮气缓冲罐Ⅱ(4)、空压机(5)、氮气钢瓶(6)、氮气预热炉Ⅰ(10)、氮气预热炉Ⅱ(11)和氮气混合器(14)；煤粉进料系统包括螺旋进料器(7)和煤粉混合器(8)；焦油进料系统包括焦油注射泵(9)、焦油加热气化炉(12)和焦油气混合器(13)；梯级净化系统包括旋风分离器(17)、固定床过滤器(18)和冷凝沉降器(24)；采样系统包括玻璃纤维滤膜采样器(21)；尾气回收系统包括冷却器(25)、旋液分离器(26)和尾气缓冲罐(27)；其中，
氮气钢瓶(6)出口连接氮气缓冲罐Ⅰ(2)入口和氮气缓冲罐Ⅱ(4)入口，空压机(5)出口连接气体增压泵Ⅰ(1)动力入口和气体增压泵Ⅱ(3)动力入口，气体增压泵Ⅰ(1)两端分别连接尾气缓冲罐(27)和氮气缓冲罐Ⅰ(2)，气体增压泵Ⅱ(3)两端分别连接尾气缓冲罐(27)和氮气缓冲罐Ⅱ(4)，氮气缓冲罐(2)出口连接氮气预热炉Ⅱ(11)入口，氮气预热炉(11)出口连接氮气混合器(14)下端入口，氮气缓冲罐Ⅱ(4)出口连接煤粉混合器(8)左端；
螺旋进料器(7)出口连接煤粉混合器(8)上端，煤粉混合器(8)右端连接氮气预热炉Ⅰ(10)入口，氮气预热炉Ⅰ(10)出口连接焦油气混合器(13)左端入口；
焦油注射泵(9)出口连接焦油加热气化炉(12)入口，焦油加热气化炉(12)出口连接焦油气混合器(13)上端入口，焦油气混合器(13)右端出口连接氮气混合器(14)左端入口；
氮气混合器(14)右端出口分为两股，分别连接孔板流量计Ⅰ(15)和孔板流量计Ⅱ(16)入口；孔板流量计Ⅰ(15)和孔板流量计Ⅱ(16)出口汇合后连接旋风分离器(17)入口，旋风分离器(17)出口连接固定床过滤器(18)，固定床过滤器(18)出口连接冷凝沉降器(24)入口；
冷凝沉降器(24)出口连接冷却器(25)气体入口，冷却器(25)气体出口连接旋液分离器(26)入口，旋液分离器(26)出口连接尾气缓冲罐(27)入口。
2.根据权利要求1所述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，其特征在于，螺旋进料器(7)包括电机和进料器，电机通过联轴器驱动螺旋进料器(7)的螺杆转动，调节转速范围为120～1400rpm，进料器上方设置有料斗，下方通过煤粉混合器(8)和氮气预热炉Ⅰ(10)连接。
3.根据权利要求1所述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，其特征在于，螺旋进料器(7)包括电机和进料器，电机通过联轴器驱动螺旋进料器(7)的螺杆转动，调节转速范围为120～1400rpm，进料器上方设置有料斗，下方通过煤粉混合器(8)和氮气预热炉Ⅰ(10)连接。
4.根据权利要求1所述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，其特征在于，固定床过滤器(18)包括壳体、内构件和加热套，壳体上部设有滤料颗粒入口，滤料颗粒入口通过法兰和旋风分离器(17)后管路连接，壳体下部设有滤料颗粒出口，滤料颗粒出口通过法兰和冷凝沉降器(24)前管路连接，内构件包括三层滤料支承板、上端盖和支撑架，三层滤料支承板通过细钢管隔离分层套在支撑架上，上端盖和支撑架通过螺栓将内构件和壳体固定在一起，加热套使得固定床过滤器温度控制在25～600℃，固定床过滤器内径为68mm，总高800mm。
5.根据权利要求1所述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，其特征在于，冷凝沉降器(24)包括壳体、内管和加热套，壳体上部中央为气体入口，侧面上部为气体出口，壳体下部连接有出油阀，能够排出冷凝的部分焦油，内管上部连接固定床过滤器(18)后管路，下部直至壳体内下部，热套套在壳体外部，能够控制沉降器温度在25～500℃。
6.根据权利要求1所述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，其特征在于，玻璃纤维滤膜采样器(21)包括上法兰、玻璃纤维滤片和下法兰，玻璃纤维滤片是由上下两个金属丝网夹住玻璃纤维滤膜而成，放置在上法兰和下法兰之间，上法兰前连接有取样阀(20)，下法兰后连接有联通阀(22)，玻璃纤维滤膜采样器共有3个，分别并联于旋风分离器(17)、固定床过滤器(18)和冷凝沉降器(24)之后的连接阀两端。
7.用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，其特征在于，该实验方法基于权利要求1至6中任一项所述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验装置，包括如下步骤：
将粉尘颗粒通过料斗加入螺旋进料器(7)；将固体滤料颗粒填装进固定床过滤器(18)；将纯净焦油加入焦油注射泵(9)，加热气化；从氮气瓶(6)向实验系统通入氮气进入氮气缓冲罐Ⅰ(2)和氮气缓冲罐Ⅱ(4)；粉尘从所述的煤粉混合器(8)与主回路中的氮气混合，焦油气从焦油气混合器(13)进入主回路，上述混合气经过孔板流量计Ⅰ(15)测量流量后，依次进入旋风分离器(17)、固定床过滤器(18)、冷凝沉降器(24)三级除尘设备，净化后的混合气经冷却器(25)和旋液分离器(26)冷却分离出净化的焦油，剩余的氮气进入尾气缓冲罐(27)，经由空压机(5)驱动的气体增压泵Ⅰ(1)和气体增压泵Ⅱ(3)压入氮气缓冲罐Ⅰ(2)和氮气缓冲罐Ⅱ(4)继续循环使用。
8.根据权利要求7所述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，其特征在于，在每级除尘设备之后的连接阀(19)两端并联采样阀(20)、玻璃纤维滤膜采样器(21)和联通阀(22)，当进行采样测量某级的除尘效率时，关闭两级之间的连接阀(19)，打开该级旁路的采样阀(20)和联通阀(22)，接通玻璃纤维滤膜采样器(21)，收集称量拦截的粉尘计算除尘效率，采样完成后，打开两级之间的连接阀(19)，关闭该级旁路的采样阀(20)和联通阀(22)。
9.根据权利要求7所述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，其特征在于，将直径为0.38～0.83mm或0.83～1.25mm或1.25～2.5mm的固体滤料加入固定床过滤器(18)，控制滤料颗粒层的厚度为5～25cm，滤料颗粒既能够分层填装也可单层填装，固体滤料是半焦或石英砂颗粒。
10.根据权利要求7所述的用于粉煤热解高温含尘焦油梯级净化的实验方法，其特征在于，混合气通过滤料颗粒层的表观气速为0.1～0.5m/s；旋风分离器(26)内的气体表观速度为0.5～5m/s；冷凝沉降器(24)内的气体表观速度为0.5～2m/s。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20190301 |
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