移动颗粒床除尘冷态装置设计

刘今乾，郑化安，张生军，樊英杰，李学强，陈静升

(陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室，陕西 西安 710065)

移动颗粒床除尘冷态装置设计

刘今乾，郑化安，张生军，樊英杰，李学强，陈静升

(陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室，陕西 西安 710065)

移动式颗粒床除尘冷态试验装置包括含尘气体发生系统、颗粒床除尘系统、精过滤系统、滤料循环再生系统、仪表控制系统等组成，设计需要考虑滤料及尘样的选择，考察运行效果的主要指标为过滤效率及压降，冷态试验可以为以后的热态装置开发提供理论依据和数据，具有较大意义。

颗粒床除尘; 冷态; 压降; 过滤效率

目前采用固体热载体为热源将粉煤热解的工艺如L-R工艺、Garrett工艺和中国大连理工大学的新法干馏工艺等虽然都完成了过程的放大，但均没有得到大规模的工业应用。其中，含尘挥发分的除尘技术是上述工艺普遍遇到的技术难题。实验发现，单独的旋风分离器[1]无法实现高效除尘，被热解气带出的粉尘细颗粒堵塞冷凝系统的管路，同时部分重质焦油与粉尘黏附于旋风分离器内壁导致系统无法长时间稳定运行。此外，由于循环热灰和半焦细颗粒易被干馏煤气带出，所以低温干馏过程中挥发分的除尘效果不仅影响到干馏焦油的品质和多联产系统的稳定运行，而且也影响到该过程的工业化。因此，热解工艺中挥发分的高效除尘技术成为低阶煤中低温热解工业化过程中亟需解决的关键问题[2]。目前国内外很多科研单位都尝试各种分离、除尘方法[3-5]，但至今仍没有较为可行的方法。

当前颗粒层过滤除尘在热解除尘的应用依然处于试验阶段[6-10]，它的理论发展尚未完善。颗粒层过滤器的性能指标中最关键的就是除尘效率和除尘器压力降。颗粒床除尘可以使用于高温及高压工况，滤料介质对气体与灰尘性质不敏感，可选择性较多，但是其对细微尘粒的收集效率较低[11]。那么如何在保证除尘效率同时减小压力降、提高设备的可操作性和运行持久性这也是研究的重点。开发一套可控制适用于粉煤热解系统的移动式颗粒床，通过冷态试验，为以后的热态装置开发提供理论依据和数据，显得很有意义。

1 冷态装置组成

颗粒床除尘装置主要由含尘气体发生系统、颗粒床除尘系统、精过滤系统、滤料循环再生系统、仪表控制系统等组成。其除尘工作过程为：由动力装置鼓风，经含尘气体发生装置形成含尘均匀的气体，含尘气体首先进入旋风除尘器进行粗除尘，经旋风除尘器预除尘后的含尘气体穿过颗粒床层，颗粒床层对气体中的粉尘进行吸附、碰撞、拦截，除去煤气中大部分粉尘，经颗粒床过滤除尘后的气体接着进入布袋除尘器，气体通过布袋除尘器精过滤后，经可调风机排出室外。

含尘气体发生系统有风机、转子流量计、粉尘仓、螺旋给料机等组成，颗粒床除尘系统由颗粒床、星型下料器、出料装置以及压力元件等组成，精过滤系统由并列两个的布袋除尘器、转子流量计以及风机组成；而滤料循环再生系统由振荡筛、提升机、料仓等组成。

2 颗粒床腔体设计

过滤主体腔室被百叶插板分隔，需要考察不同过滤层厚度对过滤效率的影响，考虑到中低温粉煤热解烟气含有大量的焦油及粉尘，在过滤过程中极容易出现结焦或析炭现象，应尽量减少含尘气经过路径上的设备，。另外百叶插板空腔位置可增加压力及温度传感器，有效监测腔室的压降及温度变化，使过滤装置可以更好的连续运行。

主体的两端扩口进行布气，尽量使气体达到腔体速度相近。

3 过滤介质与尘样

过滤介质是过滤式除尘器的主要部件之一，造价一般占除尘设备投资的10%～15%。除尘器的过滤效率、运行阻力以及维护管理等都与过滤介质的材质、性能和使用寿命有密切的关系。因此选择适宜的过滤介质对设计和使用过滤器具有重要意义。

对过滤介质颗粒的共同要求是耐磨、耐腐、价廉，而且容易获得，对高温气体还要求耐热，本装置为冷态装置，综合考虑试验过滤材料粒径、价格、容易获得程度等，选取小麦、小米作为滤料。

为客观评价过滤介质的各项过滤性能而进行测试时，选用合适的测试粉尘是非常必要的。试验要求测试结果具有一定的互比性和重复性，实验粉尘应根据其化学组成和物理性能与其所模拟的实物相同或尽可能相近；应该与实验方法、测试仪器、测试仪器、装置等配套采用；应该在材质、粒径分布等方面都是均匀而稳定的，保存较长时间不变质，不易受环境条件影响而改变其性能；应该有充足的货源，容易获取，且物美价廉等原则选取。本试验考虑使用选取硅胶粉作为实验粉尘，硅胶粉为白色均匀颗粒，主要成分为二氧化硅，是一种具有丰富微孔结构，高比表面积、高纯度、高活性的优质吸附材料。

4 主要评价参数

颗粒层过滤性能测试主要有过滤效率和压力降两个方面：

4.1 过滤效率

过滤效率是指当含尘气体通过过滤器时，被捕集的粉尘量占进入除尘器粉尘量的百分比，即：

η=(n1-n2)/n1×100%

式中：η——过滤效率，%；n2——出口气体含尘浓度，g/m3；n1——进口气体含尘浓度，g/m3。

过滤效率时衡量除尘器性能最基本的参数，它代表了过滤层处理气流粉尘的能力。按其表示方法分为计数法过滤效率和计重法过滤效率。本实验采用进出口同步采样的方法，计算进出口气体浓度得出效率。测试分级过滤效率也是同样的原理。

4.2 过滤压力损失

研究除尘器过滤压力损失分布，对于优化除尘器结构降低运行阻力，有着重要的指导作用。颗粒层过滤总压力损失分为过滤器结构压损和过滤层压损两部分，试验主要研究过滤总压力损失随各因素变化而变化的规律。

过滤总压降是过滤器进、出气口气流的全压之差。由于实验设备进、出气口测压点处的管道段面积相同，因此，测定进气阻力只需测量颗粒层进、出气口侧管道上测压点之间的静压降即可，如下式：

ΔP=P2-P1

式中，△P-过滤层总压力损失，Pa；P2——颗粒层出气口侧流体静压值，Pa；P1——颗粒层进气口侧流体静压值，Pa。

4.3 其他参数计算方法

vf=Q1/S

式中，vf-表观过滤风速，m/s；Q1-通过颗粒层截面的风量，m3/h，S-颗粒层截面面积，m2。

C= 60m/Q1

式中：C——进口粉尘浓度，g/m3；Q1——通过颗粒层截面的风量，m3/h; m——单位时间螺旋下料机的下料量，g/min。

m通过运行风机对螺旋下料机进行标定得到。

5 总结

开发一套适用于现有粉煤中低温热解烟气除尘的移动式颗粒床过滤装置，冷态实验的研究将较为直观的认识到颗粒床除尘的除尘效果、除尘强度及流场分布等情况，获取大量运行数据，认识到设计中潜在的问题并提出改进方案。在冷态研究的基础上开展热态实验，更有理论依据，可以有效减少工业装置建设过程中不必要的投资和浪费。

[1] 刘会雪,刘有智,孟晓丽.高温气体除尘技术及其研究进展[J].煤化工, 2008, 36(2)：14-18.

[2] 张生军,郑化安,陈静升,等.煤热解工艺中挥发分除尘技术的现状分析及建议[J].洁净煤技术, 2014, 20(3):79-82.

[3] 夏兴祥.高温除尘技术综述[J].化工机械, 2000, 27(1):47-52.

[4] 杨保军,汤慧萍,汪强兵,等.高温气固分离用金属多孔材料展望[J].材料保护, 2013(S2)：140-141.

[5] 张 健,汤慧萍,奚正平,等.高温气体净化用金属多孔材料的发展现状[J].稀有金属材料与工程, 2006, 35(S2):438-441.

[6] 许世森.移动颗粒层过滤高温除尘过程结构和参数优化实验研究[J].中国电机工程学报, 1999,19(5):13-17．

[7] 夏军仓,许世森,郜时旺.移动颗粒层过滤高温高压煤气除尘技术的试验研究[J].动力工程, 2003, 23(2): 2237-2241．

[8] 孙国刚,詹敏述,颜深,等.煤、油页岩热解气颗粒床高温过滤研究初步[C]. 2015中国(北京)国际过滤技术高峰论坛.

[9] 于春令,杨国华,王兴云.双层滤料颗粒床高温除尘技术及其在冶金炉窑中的应用[J].环境工程, 2009, 27(2):15-17.

[10] 赵建涛,黄戒介,吴晋沪,等.错流移动颗粒床高温除尘模拟和操作特征分析[J].中国电机工程学报, 2007, 27(14): 18-23.

[11] 许世森.移动颗粒层过滤及旋风分离的高温除尘研究[D].西安:西安交通大学,1996．

(本文文献格式：刘今乾，郑化安，张生军，等.移动颗粒床除尘冷态装置设计[J].山东化工，2017，46(04)：116-117.)

Design of Cold State Moving Granular Bed Filter for Gas-cleaning up

LiuJinqian,ZhengHuaan,ZhangShengjun,FanYingjie,LiXueqiang,ChenJingsheng

(Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute Co., Ltd., State Energy Key Laboratory of Clear Coal Grading Conversion, Xi'an 710065, China)

Divice of cold state moving granular bed filter included gas-generating system, gas-removing system, material recycling system and control system. Choice of dust and filter material was considered. The main indicators of the experiment were the filtration efficiency and pressure drop. Data could abtained from the cold state experiment to develop granular bed filter for hot gas-cleaning up.

granular bed filter; cold state; pressure drop; filtration efficiency

2017-01-17

国家重点研发计划"煤热解共性关键技术研究及碎煤热解工程化应用"(2016YFB0600403)

刘今乾(1986—)，山西晋中人，博士，工程师，主要从事煤热解技术及热解方面的研究。

X701.2

A

1008-021X(2017)04-0116-02