CN108435424A - 一种用于高温煤气的静电除尘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高温煤气的静电除尘装置包括：具有气体进出口的壳体，设置在壳体下部的灰斗，设置在壳体内的电极线和收尘极板，用于绝缘电极线与壳体的绝缘子，用于吹扫绝缘子的热气吹扫机构，以及与电极线连接的高压电源；所述绝缘子的形状为中空圆筒，绝缘子的中空结构朝向壳体内部，绝缘子的底部内侧设有用于穿过电极线的圆柱，绝缘子侧壁设有通风结构。该装置能够有效地减少绝缘子上黏附焦油和灰尘颗粒，避免绝缘子爬电。

Description

一种用于高温煤气的静电除尘装置
技术领域
本发明属于高温除尘的技术领域，具体涉及一种用于高温煤气的静电除尘装置。
背景技术
以煤炭热解为基础的煤基多联产技术是一种煤炭高效清洁利用的重要技术手段，在高温缺氧环境下对富含挥发分的煤炭进行热解气化，可获得煤气、焦油和半焦，煤气经分离提纯可获得高品质气体燃料，焦油通过进一步深加工可获得高品质的化工产品，半焦可直接用于燃烧发电，从而实现煤炭分级转化清洁利用，具有广阔的应用前景。
煤炭经热解气化产生的粗煤气中含有大量的飞灰、煤炭等颗粒物，对其直接冷凝分离得到的焦油中含有大量的颗粒物，对后续加工利用将产生较大的不利影响。高温热解煤气具有温度高(600℃及以上)、气体成分以还原性气氛(如CH4、H2)为主、含焦油(在400℃以下易冷凝)等特点，对其进行颗粒物脱除较为困难。当前，阻碍煤基多联产技术工业应用的一个重要问题就是高温(400℃以上)热解煤气除尘尚未得到较好解决。
当前，高温除尘技术主要有旋风除尘技术、陶瓷/金属过滤除尘技术、颗粒层除尘技术和静电除尘技术。旋风除尘器对细微颗粒除尘效率低，只能作为预处理设备；陶瓷/金属过滤除尘器除尘效率高，但是陶瓷过滤除尘设备热震性差、易碎，金属过滤除尘器在高温下易腐蚀；颗粒层除尘器面临压力损失大、能耗较高以及工质再生困难的问题。
静电除尘技术具有除尘效率高、压力损失小以及可处理烟气量大等优点，在常规燃煤电厂已得到大规模应用，然而，在高温热解煤气环境下，存在以下困难。
在静电除尘器放电过程中，由于热解煤气主要成分为甲烷、氢气等非电负性气体，造成放电电流以电子电流为主，颗粒荷电效率大大降低，从而影响除尘效率；另外，高温下起晕电压和击穿电压之间差距缩小，造成静电除尘器在运行过程中极易发生击穿，影响除尘器稳定运行。
高温热解煤气中富含焦油，在静电除尘器运行过程中，绝缘子上易黏附焦油以及灰尘颗粒，尤其是绝缘子的内侧壁面，造成绝缘子爬电，影响除尘器稳定运行；混有焦油的灰尘颗粒黏附性增强，黏附在收尘极板上，造成清灰困难，从而影响除尘器的稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于高温煤气的静电除尘装置，能够有效地减少绝缘子上黏附焦油和灰尘颗粒，避免绝缘子爬电。
本发明所提供的技术方案为：
一种用于高温煤气的静电除尘装置，包括：具有气体进出口的壳体，设置在壳体下部的灰斗，设置在壳体内的电极线和收尘极板，用于绝缘电极线与壳体的绝缘子，用于吹扫绝缘子的热气吹扫机构，以及与电极线连接的高压电源；所述绝缘子的形状为中空圆筒，绝缘子的中空结构朝向壳体内部，绝缘子的底部内侧设有用于穿过电极线的圆柱，绝缘子侧壁设有通风结构。
上述的技术方案中，由于绝缘子的侧壁设有通风结构，热气吹扫机构针对绝缘子工作时，能够控制绝缘子的温度在350-450℃，防止热解煤气中焦油在绝缘子表面与内侧冷凝而造成爬电，同时能够避免由于温度过高而导致绝缘性能下降造成的漏电等现象地发生。
本发明中的高温煤气包括高温裂解煤气、高温气化煤气等。
本发明中的绝缘子使用99％刚玉烧制，为高纯刚玉绝缘子，用于保证高温下的绝缘性能，保证电极线与壳体之间的绝缘；高纯刚玉绝缘子绝缘性能要求达到：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℃。绝缘子形状为中空圆筒，其直径大于300mm，高度大于500mm，绝缘子壁面的厚度大于10mm。
作为优选，所述通风结构为通风孔，所述绝缘子侧壁上分布4-16个孔，孔径为10-50mm。进一步优选在绝缘子侧壁中间部分开孔。
作为优选，所述圆柱的长度大于600mm。圆柱中空用于穿过电极线，其壁厚度可以大于5mm，该圆柱的结构设置能够延长爬电距离。
本发明中所述热气吹扫机构包括套筒，连通套筒的供气管以及气体电加热器；所述套筒安装在壳体上，套设在绝缘子外部。热气吹扫机构用于绝缘子的保温和吹扫，防止热解煤气中焦油在绝缘子表面冷凝而造成爬电，同时避免由于温度过高而导致绝缘性能下降造成的漏电等现象地发生。通过控制气体电加热器使得绝缘子的通风结构处的热气吹扫风速控制为0.5-5m/s，并控制绝缘子的温度在350-450℃。
作为优选，热气吹扫机构中热气采用水蒸气或热煤气(与静电除尘装置内不含油气体成分相同)。热气吹扫机构中热气成分不能含有氧气，避免高温情况下与静电除尘装置内煤气混合，发生爆炸。
作为优选，所述套筒与绝缘子的侧壁之间形成空腔，使得供气管、空腔与通风结构连通。该结构设置使得吹扫的热气能够依次经过供气管、空腔与通风结构，进入绝缘子的内侧，防止热解煤气中焦油在绝缘子内侧冷凝而造成爬电。
作为优选，所述套筒与绝缘子的侧壁密封处设有密封垫片。
本发明中所述壳体中间为中空圆柱体，中空圆柱体两端分别为锥形的气体入口和气体出口。静电除尘装置采用圆柱体外壳，用于防止高温热膨胀产生的形变，此外，圆柱体外壳还具有抗压、防爆、温度场更均匀的优点。气体入口和气体出口的形状为锥形，有利于气体进出量的控制。优选地，所述高温含尘热解煤气在装置内流速为0.8-1.5m/s，保证灰尘颗粒在装置内有较高的迁移速率，含尘气体在装置内的停留时间为8-15s，保证灰尘颗粒能够充分脱除。优选地，所述气体入口和气体出口分别设置导流板，保证气体在装置内均匀流动。
作为优选，所述壳体外侧设有加热机构和保温层。加热机构可以采用电加热或者热气加热，通过调节电辅助加热装置的功率或者热气的流量，控制壳体内温度在400-600℃，用于防止温度过低导致焦油在壳体内冷凝，造成粘结性积灰，同时防止温度过高导致壳体在放电、运行过程中的不稳定。保温层的材料选用岩棉板，厚度为150-200mm，控制保温层外侧温度不高于50℃。
静电除尘装置的壳体外侧加热机构若采用热气加热，作为优选，热气采用热氮气或热烟气等惰性气体，既可以为静电除尘装置提供加热和保温，又可以作为密封层，避免静电除尘装置内煤气和外界空气接触，发生爆炸。
作为优选，所述高压电源为可切换极性高压直流电源。可切换极性高压直流电源的供电电压可以为50-200kV。在非电负性气氛(CH4、H2、N2)中，使用正极性高压电源具有除尘效率高、能耗低的优点；在气体组分以电负性气体(水蒸气、CO2)为主的气氛中，使用负极性高压电源除尘效率更高。本装置中使用可切换极性高压直流电源，可以有效应对热解煤气组分变动带来的运行不稳定、除尘效率低的难题。
本发明中所述壳体内设有若干收尘极板，所述收尘极板平行设置于壳体内气流方向；所述电极线设置在相邻收尘极板之间。所述收尘极板采用C形收尘电极板，收尘极板采用1.5-10mm的钢板轧成，宽度为350-850mm，收尘电极由多块C形收尘极板拼接而成。C形收尘极板具有较大的沉尘面积，有利于降低粉尘的二次扬尘。相邻收尘极板的间距为400-800mm，采用较宽的收尘极间距，有利于提高击穿电压，从而采用更高的电源电压，提升除尘效率。优选地，电极线采用光圆线，直径2-5mm，相邻电极线的间距为400-900mm。采用光圆线，有利于提高击穿电压，从而提升除尘效率及运行稳定性。
作为优选，所述收尘极板挂设在壳体内，其底部设有高频振打机构，可以防止灰尘由于结块而造成堵塞。
作为优选，所述电极线的顶部设置高频振打机构，用于防止粉尘在高压电极线上粘结，造成电晕线肥大，影响除尘效率及稳定运行。
作为优选，所述壳体与最外侧的收尘极板间设有阻流板。阻流板用于减少含尘气体经过气流旁路的比例，从而提升整体除尘效率。
本发明中灰斗设置在壳体下部用于收集粉尘。灰斗的数量可以根据实际工况进行选择，优选1～10个。所述灰斗设置高频振打机构。可以防止灰尘由于结块而造成堵塞。
作为优选，所述灰斗内设有阻流板。阻流板用于减少含尘气体经过气流旁路的比例，从而提升整体除尘效率。
作为优选，所述灰斗的外围设有保温机构和灰斗保温层，防止焦油在灰斗内冷凝。
作为优选，所述装置的壳体、灰斗、电极线以及收尘极板的材料均可以使用耐热合金钢或310S不锈钢，实现800℃高温条件下的稳定运行。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明中用于高温煤气的静电除尘装置通过对绝缘子的结构进行改进，能够有效地减少绝缘子上黏附焦油和灰尘颗粒，避免绝缘子爬电。
(2)本发明中用于高温煤气的静电除尘装置可应用于高温煤炭热解气净化，用于煤炭热解生成的含油含尘煤气的颗粒捕集。其不仅能够在高温还原性气氛中形成稳定放电，而且能够实现400-600℃高温条件下稳定工作并有效捕集热解气中的颗粒物。
(3)本发明中用于高温煤气的静电除尘装置通过捕集高温煤热解气中的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，并可提高系统的能量利用效率；另外，该设备运行阻力小于600Pa。
附图说明
图1为用于高温热解煤气的静电除尘装置的结构示意图；
图2为用于高温热解煤气的静电除尘装置的左视图；
图3为图1中A区域的放大图；
图4为绝缘子的结构示意图；
图5为图4中B-B面的结构示意图。
其中，1、壳体；101、电极线；102、收尘极板；103、固定架；104、气体入口；105、气体出口；106、入口导流板；107、出口导流板；108、高频振打机构；109、加热机构；110、保温层；111、第一阻流板；2、绝缘子；201、圆柱；202、穿孔；203、中空结构；204、密封垫片；205、通风孔；206、空腔；3、灰斗；301、卸灰阀；302、灰斗保温层；303、第二阻流板；4、高压电源；401、电线；5、气体电加热器；501、套筒；502、供气管；503、进气孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实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。
如图1和2所示的用于高温热解煤气的静电除尘装置，包括：具有气体进出口的壳体1，设置在壳体1下部的灰斗3，设置在壳体1内的电极线101和收尘极板102，用于绝缘电极线101与壳体1的绝缘子2，用于吹扫绝缘子2的热气吹扫机构，以及与电极线101连接的高压电源4。
壳体1中间为中空圆柱体，中空圆柱体两端分别为锥形的气体入口104和气体出口105。静电除尘装置采用圆柱体外壳，用于防止高温热膨胀产生的形变，此外，圆柱体外壳还具有抗压、防爆、温度场更均匀的优点。气体入口104和气体出口105的形状为锥形，有利于气体进出量的控制。气体入口104和气体出口105分别设置入口导流板106和出口导流板107，保证气体在装置内均匀流动。高温含尘热解煤气在装置内流速为0.8-1.5m/s，保证灰尘颗粒在装置内有较高的迁移速率，含尘热解煤气在装置内的停留时间为8-15s，保证灰尘颗粒能够充分脱除。
壳体1的外侧设有加热机构109和保温层110。加热机构109可以采用电加热或者热气加热，通过调节电辅助加热装置的功率或者热气的流量，控制壳体1内温度在400-600℃，用于防止温度过低导致焦油在壳体1内冷凝，造成粘结性积灰，同时防止温度过高导致壳体1在放电、运行过程中的不稳定。保温层110的材料选用岩棉板，厚度为150-200mm，控制保温层110外侧温度不高于50℃。
其中，壳体1内设有若干收尘极板102，收尘极板102通过固定架103挂设在壳体1内，其底部设有高频振打机构108，可以防止灰尘由于结块而造成堵塞。收尘极板102平行设置于壳体1内气流方向，收尘极板102采用C形收尘电极板，采用1.5-10mm的钢板轧成，宽度为350-850mm，收尘电极102由多块C形收尘极板拼接而成。C形收尘极板具有较大的沉尘面积，有利于降低粉尘的二次扬尘。相邻收尘极板102的间距为400-800mm，采用较宽的收尘极间距，有利于提高击穿电压，从而采用更高的电源电压，提升除尘效率。
如图2所示，壳体1与最外侧的收尘极板102间设有第一阻流板111。第一阻流板111用于减少含尘气体经过气流旁路的比例，从而提升整体除尘效率。
而电极线101设置在相邻收尘极板102之间，电极线101采用光圆线，直径2-5mm，相邻电极线101的间距为400-900mm。采用光圆线，有利于提高击穿电压，从而提升除尘效率及运行稳定性。同样，电极线101的顶部设置高频振打机构(图中未给出)，用于防止粉尘在高压电极线101上粘结，造成电晕线肥大，影响除尘效率及稳定运行。
电极线101通过电线401与高压电源4连通。高压电源4为可切换极性高压直流电源。可切换极性高压直流电源的供电电压可以为50-200kV。在非电负性气氛(CH4、H2、N2)中，使用正极性高压电源具有除尘效率高、能耗低的优点；在气体组分以电负性气体(水蒸气、CO2)为主的气氛中，使用负极性高压电源除尘效率更高。本装置中使用可切换极性高压直流电源，可以有效应对热解煤气组分变动带来的运行不稳定、除尘效率低的难题。
如图3～5所示，绝缘子2使用99％刚玉烧制，为高纯刚玉绝缘子，用于保证高温下的绝缘性能，保证电极线101与壳体1之间的绝缘；高纯刚玉绝缘子绝缘性能要求达到：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℃。
绝缘子2形状为中空圆筒，其直径大于300mm，高度大于500mm，绝缘子壁面的厚度大于10mm。绝缘子2的中空结构203朝向壳体1内部。绝缘子2的底部内侧设有圆柱201，圆柱的长度大于600mm，其壁厚度可以大于5mm，该圆柱的结构设置能够延长爬电距离。圆柱201设有穿孔202用于穿过电极线101，绝缘子2侧壁中间部分分布设有4个通风孔205，孔径可以为10-50mm。由于绝缘子2的侧壁设有通风孔205，热气吹扫机构针对绝缘子2工作时，能够控制绝缘子2的温度在350-450℃，防止热解煤气中焦油在绝缘子2表面与内侧冷凝而造成爬电，同时能够避免由于温度过高而导致绝缘性能下降造成的漏电等现象地发生。
热气吹扫机构包括套筒501，连通套筒501的供气管502以及气体电加热器5。套筒501安装在壳体1上，套设在绝缘子2外部。热气吹扫机构用于绝缘子2的保温和吹扫，防止热解煤气中焦油在绝缘子2表面冷凝而造成爬电，同时避免由于温度过高而导致绝缘性能下降造成的漏电等现象地发生。通过控制气体电加热器5使得绝缘子的通风孔205处的热气吹扫风速控制为0.5-5m/s，并控制绝缘子2的温度在350-450℃。
如图3所示，套筒501与绝缘子2的侧壁之间形成空腔206，供气管502与套筒501上的进气孔503连接，使得供气管502、空腔206与通风孔205连通，该结构设置使得吹扫的热气能够依次经过供气502、空腔206与通风孔205，并进入绝缘子2的内侧，防止热解煤气中焦油在绝缘子2内侧冷凝而造成爬电。套筒501与绝缘子2的侧壁密封处设有密封垫片204。
灰斗3设置在壳体1下部用于收集粉尘，通过打开卸灰阀301将粉尘排出。灰斗3的数量可以根据实际工况进行选择，本实施例中为3个。灰斗3同样可以设置高频振打机构(图中未给出)，可以防止灰尘由于结块而造成堵塞。此外，灰斗3内设有第二阻流板303，第二阻流板303用于减少含尘气体经过气流旁路的比例，从而提升整体除尘效率。灰斗3的外围还设有保温机构(图中未给出)和灰斗保温层302，防止焦油在灰斗3内冷凝。
静电除尘装置的组成部分中的气体入口104、入口导流板106、电极线101、收尘极板102、壳体1、灰斗3、气体出口105、出口导流板107均使用耐热合金钢或310S不锈钢，能够承受800℃的长期工作稳定。
工作过程如下：
高温含油含尘热解煤气在经过气体入口104、入口导流板106的均流后，进入到装置的壳体1内部，电极线102与壳体1之间通过高纯刚玉绝缘子2绝缘，绝缘子2外部套设有热气吹扫机构，通过热气吹扫机构的工作，绝缘子2的通风孔205处吹扫热气的风速控制为0.5-5m/s，并控制绝缘子的表面温度在350-450℃，防止热解煤气中焦油在绝缘子2表面冷凝而造成爬电，同时避免由于温度过高而导致绝缘性能下降造成的漏电等现象的发生。
电极线101连接有可切换极性高压直流电源，用于在电极线101和收尘极板102之间形成高压电场和电晕放电，在静电力的作用下，高温煤气中的粉尘颗粒被带上电荷，并在电场力作用下运动到收尘极板102上。经过一段时间的堆积之后，高频振打机构108进行振打使粉尘从收尘极板102上脱落，落入到灰斗3中，粉尘积累到一定量之后，再打开卸灰阀301，将粉尘放出等待下一步处理和利用；净化处理后的气体经气体出口105和出口导流板107进入下游工艺。
本发明可以在高温下充分捕集含油含尘热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，以及煤气的品质。在600℃下可达95％的除尘效率，400℃下可达98％的除尘效率，且装置的运行阻力小于600Pa。

Claims (10)

1.一种用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，包括：具有气体进出口的壳体，设置在壳体下部的灰斗，设置在壳体内的电极线和收尘极板，用于绝缘电极线与壳体的绝缘子，用于吹扫绝缘子的热气吹扫机构，以及与电极线连接的高压电源；所述绝缘子的形状为中空圆筒，绝缘子的中空结构朝向壳体内部，绝缘子的底部内侧设有用于穿过电极线的圆柱，绝缘子侧壁设有通风结构。
2.根据权利要求1所述的用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，所述通风结构为通风孔，所述绝缘子侧壁上分布4-16个孔，孔径为10-50mm；所述圆柱的长度大于600mm。
3.根据权利要求1所述的用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，所述热气吹扫机构包括套筒，连通套筒的供气管以及气体电加热器；所述套筒安装在壳体上，套设在绝缘子外部。
4.根据权利要求3所述的用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，所述套筒与绝缘子的侧壁之间形成空腔，使得供气管、空腔与通风结构连通。
5.根据权利要求1所述的用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，所述壳体中间为中空圆柱体，中空圆柱体两端分别为锥形的气体入口和气体出口。
6.根据权利要求1所述的用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，所述壳体外侧设有加热机构和保温层。
7.根据权利要求1所述的用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，所述高压电源为可切换极性高压直流电源。
8.根据权利要求1所述的用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，所述壳体内设有若干收尘极板，所述收尘极板平行设置于壳体内气流方向；所述电极线设置在相邻收尘极板之间。
9.根据权利要求8所述的用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，所述壳体与最外侧的收尘极板间设有阻流板。
10.根据权利要求1所述的用于高温煤气的静电除尘装置，其特征在于，所述灰斗内设有阻流板。
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