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电捕焦油器技术原理和结构选型

l 电捕焦油器的工作原理

电捕焦油器(电滤器)具有捕焦油效率高、阻力损失小、气体处理量大等特点.不仅可保证后续工序对气体质量的要求.提高产品回收率,而且可明显改善操作环境。在化工、焦化、城市煤气、建材、冶金、陶瓷等工业企业中得到广泛的应用。我公司设计中所采用结构形式有同心圆式、管式和蜂窝式等三种.无论哪种结构,其工作原理均可简化为图1,即在金属导线与金属管壁〔或极板〕间施加高压直流电,以维持足以使气体产生电离的电场,使阴阳极之间形成电晕区。按电场理论, 正离子吸附于带负电的电晕极,负离子吸附于带正电的沉淀极;所有被电离的正负离子均充满电晕极与沉淀极之间的整个空间。当含焦油雾滴等杂质的气体通过该电场时,吸附了负离子和电子的杂质在电场库伦力的作用下,移动到沉淀极后释放出所带电荷,并吸附于沉淀极上,从而达到净化气体的目的,通常称为荷电现象。当吸附于沉淀极上的杂质量增加到大于其附着力时,会自动向下流趟,从电捕焦油器底部排出,净气体则从电捕焦油器上部离开并进入下道工序。

2 电捕焦油器的捕集机理

2.1 气体的放电过程 在通常情况下气体是不导电的,但在高压电场的作用下气体内部的电子便会获得足够的能量成为自由电子而导电,被称为自发性电离现象。气体的自发性电离是建立在非均匀性电场中。在均匀性电场中,随着电压的增加,只要其间任何一点发生电离,两极间将立即充满带电离子,整个空间的气体被击穿。此时电流急剧增加而形成火花放电。而在非均匀性电场中,电场强度则随两极间的距离增大而迅速下降.图2示出了气体的电离曲线。

如图2所示,在OA段,气体仅借助于自身存在的少量自由电子导电,随着电压的升高,电流也逐渐加大,即自由电子的数量随着电压的升高而逐渐增加。当电压到达A’点时.电流已达到饱和,不再增加,这时的电流称饱和电流,此时,气体的导电能力只取决于气体中的离子与电子数,与电场强度无关。当电压升至B‘点时.自由电子获得足够的能量,碰撞中性分子使其电离,并开始由离子输送电流,该点的电压称为临界电离电压。随着电压的继续升高,电场强度也逐渐增大,在图2曲线的BC段,气体主要靠阴离子导电,这是因为阴离子的迁移率耍比阳离子大,离子在单位场强中的运动速率即为离子的迁移率。当电压升高到C′点时.电场中不断产生新的离子,这时正负离子均参与导电.即出现“电子雪崩”现象。此时,在电晕极周围的小区域内,在黑暗环境下可观察到淡兰色的光点.还可听到咝咝声和噼啪的爆裂声。这些兰色的光点或光环就是电晕.故该段称为电晕放电段.电离过程称为电晕电离过程,此时通过气体的电流称为电晕电流,电捕焦油器就是利用电晕放电段工作的。 ‘ 对于开始产生电晕的电压(即C′点)称为临界电晕电压,两极的电场强度为临界电场强度,两极间产生的电流叫电晕电流。在电晕区内的阳离子立即被电晕极吸引而失去电荷.而阴离子则受电晕极的排斥驱向沉淀极。随着电压的增大,电晕区也随之扩大,当电压上升到D′点时,两极间产生火花,甚至产生电弧,气体被击穿.该点电压称为火花放电电压。火花放电时.电压急剧下降,同时在极短的时间内两极间通过大量电流,这种现象在工程中应尽可能避免发生。气体被击穿的范围一般仅限于距电晕极表面2—3mm的距离内。在这个区域内产生电晕有利于提高焦油的捕集效果。电晕区外的空间被称为电晕外区,不应该有任何击穿现象发生。

2.2工业中的选择 根据供电极性的不同,电晕有阴电晕和阳电晕之分。在工业生产中,大多采用阴电晕,因为在相同的条件下,阴电晕可以获得比阳电晕高的电流,而且其闪络电压也远比阳电晕放电要高。

2. 3影响电捕性能的主要因素 由于影响电捕焦油器操作性能的因素很多,选型时请告知粉尘与雾滴的密度、粘度、比电阻、气体温度、压力、湿度、流速与杂浓度等。 2.4场强分析 (1)当输人电压低于临界电压U。时,场强散度为0,即divE=0。同时,场强为电压的梯度,即E=gradU。这是矢量场散度,它等于LaPlace算子△u,解此方程并确定积分常数,可按下式求得静电场的场强变化: E= (UB—UA)/(R·lnRB/RA)式中: R—距电晕极的中心距 RA—电晕极半径 RB一沉淀极半径, UA、UB—RA、RB处的电势 可见,静电场的场强分布与距电晕极的中心距离成双曲线因数变化,见图3曲线A。

(2)当升至临界电晕电压而开始电晕放电时.则出divE=4πρ,见图3曲线B。由于离子空间的电荷效应.使距电晕线的距离R较大处的场强E比曲线A更大,因而场强的分布趋于均匀。当电晕电流很大或离子迁移率K很小和R足够大时,可解微分方程divE=4πρ得:

    E—√2i/K(V/m)                                         (2)

K一离子迁移率

i一电晕线的比电流

解上式积分。并令i=o。即临界电晕电压为

    Uo=RaEOln(RB/RA)并解出

    i=ZK(U—U。)U/R2bln(RBRA)    (3)

   (3)当电捕焦油器中带有焦油雾滴的煤气通过时,雾滴吸附了离子而带电,并使空间的电荷密度增大,由于带电雾滴迁移率较小,形成很强的空间荷电效应,电场分布更趋于均匀。

R足够大时,场强为:

E=√i(1十2/3DS。r)/iλE。K    (4)

相当于图3中曲线C在工业生产中。为防止产生电晕阻止效应和电晕闭塞现象发生.一般都采用图3中曲线B的模式控制生产。

   (4)尘粒的驱进速率。在电扬中,荷电尘粒主要受电场力作用而驱向沉淀极;实际上荷电尘粒受重力、库伦力、惯性力和介质阻力等四种力的作用。由于重力和惯性力很小,可忽略不计。在正常情况下,尘粒在电场作等速运动,这个速度称尘粒的驱动速率,此时库伦力和介质阻力平衡,即Fc=F。。对于焦油雾滴,颗

粒均大于5μ,主要是碰撞荷电作用,因而

    w=0.11δE2η(m/s)    (5)

式中:

    δ一尘粒半径,m

    η一介质粘度.Pa·s

(5)效率。电捕焦油器的捕集效率和电场强度有关,当电捕焦油器结构决定后,效率取决于荷电的驱进速率和处理量.其效率可按下式计算:   

    η=1-e-Av/θ             (6)

式中:

A一极板面积,m2

     θ—烟气量,m3s

    w一尘粒驱进速率.m/s

2 电捕焦油器的结构分析

三种结构的电捕焦油器均由壳体、沉淀极、电晕极、上下吊架、气体再分布板、蒸汽吹洗管、绝缘箱和馈电箱等部件组成,其主要区别是沉淀极的形式、电晕极的排布方式、绝缘箱和馈电箱.见图4。

三种电捕焦油器的结构比较

1)同心圆电捕焦油器。它由数个不同直径的钢板圆筒组成,以同一垂直轴为圆心,并以同一间距套在一起而组成沉淀极。由于电晕极之间的同性相斥.会使电场出现空位小空洞,即场强洞穴。易造成气体在洞穴中短路流失,降低捕集效果,同时,同心圆电捕焦油器的制造精度要求高、安装调试极为严格,在制造、安装和运输中较易使同心度、水平度和垂直度产生变化,均会造成阴阳极之间或其它部件间产生放电现象,难以达到要求的电压,直接影响焦油的捕集效率,还易使电瓷瓶击穿毁坏。因场强的电压变化值为400V/mm,所以,阴阳极间即使出现1mm的偏差,其场强电压的变化值可高达400V。同心圆电捕焦油器具有流通面积大、气体流速低和耗钢材少等优点。

同心圆电捕焦油器      蜂窝式电捕焦油器        管式电捕焦油器 4

2)管式电捕焦油器。由于钢管与电晕线单独组成电场,其场强电压取 决于钢管的半径,其值为400R。由于管式电捕焦油器在每个管截面内形成等极间距电场,而管与管之间则是空位,由管板盲区堵住这些空穴,这就降低了圆筒内有效空间的利用率,减少了净化通道的截面积。这种型式的电捕焦油器的钢材耗量较大,但由于具有制造容易、等极间距电场、材料易得和安装调试比较方便等优点.广泛应用于大中型气体净化厂。

(3)蜂窝式电捕焦油器。蜂窝式与管式的结构相同,是将通道截面由圆形改为正六边形。两个相邻正六边形共用一条边,即靠中间的正六边形的六条边均被包围它的六个正六边形所共用。用2~3mm的钢板制成的蜂窝板即可满足工艺和机械强度的要求。由于蜂窝式电捕焦油器具有结构紧凑合理、没有电场空穴、有效空间利用率高、重量轻、耗钢材少和捕集特性好等优点,但存在制造难度大.在运输安装过程中易产生误差等缺点。随着设备制造工艺水平的提高,蜂窝式电捕焦油器的优点会越来越受到人们的重视,必将逐步取代同心圆式和管式电捕焦油器。

电捕焦油器如何选用最佳电捕 

FD-蜂窝标准型:
    
    针对带有大小塔或横管冷却器的不同炉型,根据实际产量计算详细的气量,匹配相应的型号规格;该类型设备具有筒径小,占地少,有效截面(煤气净化工作面)大,成本低,电耗小,收焦油量大且油质优良,净化效率高,煤气纯度高等诸多优点。
    
  FD-蜂窝加强型:
    
    荒煤气直接进电捕,大量焦油、粉尘、水汽、固体废弃物等全部进入工作面,电捕负荷增大,温度降低困难,产油量减小且焦油杂质太多,提纯困难,轻油少。选用这种型号的好处是减免氨水池,减免洗涤塔的投资,设备选型必须较大,相对12座5万吨焦炉匹配6台196管电捕甚至更大方可。但,作为再利用的煤气纯度大大降低。(因煤气温度较水洗后高得多,捕不干净,净化效率相对低),且长时间运行,蜂窝管壁焦油杂质集结,电流增大,电耗增加,无法继续形成电场,表面看工作正常,实际不会发挥作用。国家目前对此类随意改进型设备无任何定论,国内98%的厂家均不轻易为客户担保。因此极有可能造成二次改型、重复投资。
    
 JD型电捕焦:
    
     此型号为极管式电捕焦。采用极管式效果也不错,但有效截面小,要达到蜂窝式的同等面积,外筒直径要大很多,且要达到较好效果,采用无缝管,成本较大;自制极管难免出现增压、过压问题,经过多年发展,目前全国众多厂家均不予采用这种选型。
    
       JTF型新式蜂窝电捕:
    
    是在FD-蜂窝加强型基础上,由我公司率先研究设计的最新型电捕焦,它采用加高筒体,筒低、筒壁、蜂窝管均设计为套筒式,循环水降温煤气,增压降低流速,煤气净化彻底,焦油回收量大,且轻油明显。设备运行负荷轻松,稳定不易出现问题,基本免于维护,使用寿命长。唯一劣势是工艺复杂化,加工周期略长,成本较一般电捕增大,但等于在整体投资上省去大小塔或横管冷却器或间冷器,免了氨水难题,总体算下来是大大节约了投资,提高了效益

 

目前市场上主要电捕焦油器优劣势分析 

FD-蜂窝标准型:

针对带有大小塔或横管冷却器的不同炉型,根据实际产量计算详细的气量,匹配相应的型号规格;该类型设备具有筒径小,占地少,有效截面(煤气净化工作面)大,成本低,电耗小,收焦油量大且油质优良,净化效率高,煤气纯度高等诸多优点。

     FD-蜂窝加强型:

荒煤气直接进电捕,大量焦油、粉尘、水汽、固体废弃物等全部进入工作面,电捕负荷增大,温度降低困难,产油量减小且焦油杂质太多,提纯困难,轻油少。选用这种型号的好处是减免氨水池,减免洗涤塔的投资,设备选型必须较大,相对12座5万吨焦炉匹配6台196管电捕甚至更大方可。但,作为再利用的煤气纯度大大降低。(因煤气温度较水洗后高得多,捕不干净,净化效率相对低),且长时间运行,蜂窝管壁焦油杂质集结,电流增大,电耗增加,无法继续形成电场,表面看工作正常,实际不会发挥作用。国家目前对此类随意改进型设备无任何定论,国内98%的厂家均不轻易为客户担保。因此极有可能造成二次改型、重复投资。

     JD型电捕焦:

   此型号为极管式电捕焦。采用极管式效果也不错,但有效截面小,要达到蜂窝式的同等面积,外筒直径要大很多,且要达到较好效果,采用无缝管,成本较大;自制极管难免出现增压、过压问题,经过多年发展,目前全国众多厂家均不予采用这种选型。

     JTF型新式蜂窝电捕:

是在FD-蜂窝加强型基础上,它采用加高筒体,筒低、筒壁、蜂窝管均设计为套筒式,循环水降温煤气,增压降低流速,煤气净化彻底,焦油回收量大,且轻油明显。设备运行负荷轻松,稳定不易出现问题,基本免于维护,使用寿命长。唯一劣势是工艺复杂化,加工周期略长,成本较一般电捕增大,但等于在整体投资上省去大小塔或横管冷却器或间冷器,免了氨水难题,总体算下来是大大节约了投资,提高了效益。

 

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发布时间:2019-6-25 16:23:43
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