电捕焦油器的工作原理和结构设计

第 卷 第 期 娜 料 与 化 工。 各 正 电捕焦油器的工作原理和结构设计 李芳升 王邦广 鞍山焦化耐火材料设计研究院 摘要一 通过对电场 、 场强理论的分析 , 阐述 了电捕焦油器的工作原理 。 通过对三种电捕焦油器结 构的 比较 , 分析了操作中产生故障的原因 , 指出了解决 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 和设计中应注意的问题 。 主题词 · 电捕焦油器一工作原理 设计结构一问题探讨 、 砍 。理 一 , 一 一 〔, , 一 、 血 卜 , 一 一 电捕焦油器的工作原理 电捕焦油器与机械除焦油器相 比 , 具有捕 焦油效率高 、 阻力损失小 、 煤气处理量大等特 点 , 不仅可保证后续工序对煤气质量的要求 , 提 高产品回收率 , 而且可明显改善操作环境 , 所 以 , 目前大部分焦化和煤气生产厂均采用电捕 焦油器捕集煤气中的焦油雾 , 其效率可高达 。 我院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 , 即在金属导线与金属管 壁 或平板 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煤气通过 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 , 从而达到净化煤气的 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 , 净煤气则从电 捕焦油器上部离开并进人下道工序 。 嫉 料 与 化 工 扮 , 年 月 图 电捕焦油器的工作原理 电捕焦油器的捕集机理 , 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 将 , 图 示 出了气体的电离曲线 。 , 甘 , , , 图 之 气体的电离曲线 如图 所示 , 在 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 ‘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 ‘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 曲线的 段 , 气体主要靠阴离子导 电 , 这是因为阴离子的迁移率要 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 ‘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 可听到哩哩声和嶙啪的爆裂声 , 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 ‘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 ‘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 一 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 书 扮 卷 第 期 燃乙 料 与 化 工 拓 该有任何击穿现象发生 。 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 。 场强分析 当输人电压低于临界电压 。 时 , 场强 散度为 , 即 一 。 同时 , 场强为电压的梯 度 , 即 “ 。 这是矢量场散度 , 它等 一 于 算子 △ , 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 一 一 · 式中 一 距电晕极的中心距 一 电晕极半径 一沉淀极半径 、 、 一 、 。 处的电势 可见 , 静电场的场强分布与距电晕极的中 心距离成双曲线函数变化 , 见图 曲线 。 沉淀极 即 翻 场强 比曲线 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 很小和 足够大时 , 可解微分方程 一 即 得 心万滚 式中 一离子迁移率 一电晕线的比电流 解上式积分 , 并令 一 , 即临界电晕电压 为 。 。 并解出 一 一 韶 。 、 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 。 ‘ 当 足够大时 , 场强为 一抓飞不而万压石万诚灭 相当于图 中的曲线 。 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 中曲线 的模式控制生产 。 尘粒的驱进速率 。 在电场中 , 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 。 。 。 对于焦油雾滴 , 颗 粒均大于 拼 , 主要是碰撞荷电作用 , 因而 古 刀 式中 一 ‘争凶侧蔽场甚 距电 拢距离 , 占一尘粒半径 , 刀一 介质粘度 , · 图 电场场强分布与距电晕极中心距离的变化曲线 当升至临界电晕电压而开始电晕放电 时 , 则 冲 , 见图 曲线 。 由于离子空 间的电荷效应 , 使距电晕线的距离 较大处的 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 刀一 一 一 日 式中 燃 扮 料 与 化 工 吸 年 月 一极板面积 , 勿 一烟气量 , “ 一尘粒驱进速率 , 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 , 其中包括粉尘与雾滴的密度 、 粘度 、 比电 阻 、 煤气温度 、 压力 、 湿度 、 流速与杂质浓度 、 设备的制造与安装质量 、 供电和整流性能等 , 不 再赘述 。 电捕焦油器的结构分析 前已述及 , 三种结构的电捕焦油器均由壳 体 、 沉淀极 、 电晕极 、 上下吊架 、 煤气再分布 板 、 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 。 上吊杆 一一一一 训训口口口口口口口口口口口口 、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 尸尸尸尸六 山山山 二二 ,, 目 尸曰 告尸‘仙仙广广广, ,, 曰曰门门门门尸 ,, 门门、、‘‘ 味 一一一 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯ ‘‘‘ 、、 口口口尸一门门门门口口尸门门尸尸‘’’’ 卜卜、、 困 砂尸尸 飞飞飞 洲洲 一一一一一公公 球形底 再分布板 煤气进口 图 电捕焦油器结构 三种电捕焦油器的结构比较 同心圆电捕焦油器 。 它由 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 , 电晕极由 根电晕线按 、 、 、 的规律排成四层 , 分别垂直分布在五个同心圆筒体形成的四层环 隙型的电场中 。 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 煤气在洞穴中短路流失 , 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 、 安装和运输中极易使同 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 , 所以 , 阴阳极间即使出现 , 的偏 差 , 其场强电压的变化值可高达 。 但是 , 由于 同心圆电捕焦油器具有流通面积大 、 煤气 流速低和耗钢材少等优点 , 故 目前年产焦炭 飞。 万 以下的焦化厂还在普遍采用 。 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 。 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 了煤气净化通道 的截面积 。 虽然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 , 厂 泛应用于大中型焦化厂 。 蜂窝式 电捕焦油器 。 蜂窝式与管式的 结构相 同 , 只是将通道截面由圆形改为正六边 形 。 两个相邻的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 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 。 不过 , 随着 设备制造工艺水平的提高 , 蜂窝式电捕焦油器 第 , 卷 第 期 燃 料吕 与 化 工 ‘ , 的优点将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 。 电捕焦油器的故障和原因 在实际生产中 , 电捕焦油器易出现的问题 不外乎磁绝缘子炸裂 、 电晕丝断裂和电压电流 调不上去等三种 , 现将故障原因及其解决办法 分述如下 。 磁绝缘子炸裂 这是电捕焦油器最严重的事故 , 一旦发生 此事故 , 必须按规程要求进行停车 , 检查并消 除事故原因和重新更换瓷瓶后再开工生产 。 绝 缘子炸裂的主要原因是随着磁瓶上吸附焦油等 杂质量的增加 , 使其绝缘性能随之下降而发生 爬电现象 , 达到一定程度后易造成火花放电 , 当 火花放电周期达到三个半时 , 即会造成磁瓶炸 裂 。 为控制和消除此故障 , 一般可采取如下四 种方法 。 外加氮气保护 , 以阻止煤气进人绝缘 箱和馈电箱 。 将绝缘箱和馈电箱内的温度提高到 一 , 在此温度下 , 可避免水汽和焦油中的 易挥发组分冷凝吸附在磁瓶表面 。 选择耐污性好 、 爬电距离长 、 互换性 好和价格低廉的磁瓶 。 选用性能良好的高压配电用硅整流器 , 以便有效控制火花放电的产生 , 并能在 出现第 一个周期火花放电后即迅速降压 , 直至停车 。 电晕丝断裂 电晕丝断裂极易引起电捕焦油器短路 , 迫 使其停车 , 其原因和解决办法有如下 点 。 结构不合理 。 电晕丝经常在卡箍与套 环间发生断 口平齐的断裂 。 其主要原因是局部 存在冷作硬化应力 。解决办法除消除预应力外 , 可将端头与电晕丝本体缠在一起 。 当电晕丝通过高压直流电时 , 在其周 围形成电晕区 , 区内的气体电离成阴阳离子 , 电 场中存在大量碰撞荷电 , 电晕丝在大量吸附阳 离子时 , 不可避免地造成电晕丝的污染 , 极 易 形成尖端放电 , 时间一长 , 易使电晕丝的薄弱 处发生断裂 、 其断口 呈尖端状 , 并有明显的缩 痕 。 其解决办法是定期喷洒氨水 、 以消除电晕 丝上的附着物 , 减少故障的发生机率 。 受进 口煤气的冲击 , 管内煤气流速可 达 一 , 极易使电晕丝产生晃动 , 在制 造 、 安装和运输过程 中的局部损伤 , 特另是靠 近煤气进 口处的沉淀极 当焦油含量较高时 , 电 晕丝的污染更为严重 , 并且 由于局部附着的焦 油量较多等原因 , 空间荷电效应会造成电压局 部升高 , 直至击穿后断裂 , 其断 口 呈不规则锯 齿状 。 此类断裂一般难以预防 。 电压升不到 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 值 发生这种现象的原因较多 · , 其主要原因是 两极间形成不 了等梯度电场 , 造成部分区域局 部击穿 , 致使电压升不到规定的要求 , 具体表 现在如下四个方面 。 电晕线不直 。 在制造和安装调试过程 中 , 没有严格按设计要求的直线度公差进行校 直 。 沉淀极不直 。 其原因与前条类同 。 煤气经再分布板时流速过大 , 使电晕 丝产生摇晃而形不成稳定的电场 。 供电系统或硅整流系统存在问题 为避免以上现象的产生 , 除在制造 、 运输 和安装过程中严格按设计要求验收外 , 还必须 将问题解决在空气负载试电阶段 , 正式投产时 才不会出现电压升不到额定值的问题 。 电流达不到规定值 若不存在设备制造质量问题的话 , 其原因 往往是存在空间荷电效应 。 该效应可造成部分 焦油雾滴荷电不均 , 使移动速度变小 , 在未到 达沉淀极前就被煤气流带出捕集区 , 不能将所 吸附的荷电释放掉 , 从而造成电流偏小‘ 虽然 目前还没有很好的解决办法 , 但对生产的影响 并不太大 。 燃 匕 料 与 化 工 沁 冬 年 几 月 设计中应注意的问题 在电捕焦油器的设计中 , 主要是确定沉淀 极的面积 、 电晕丝的长度 、 煤气的速度和停留 时间等参数 。 这些参数均可按相关 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 和参考 资料计算确定 , 这里不再详述 , 现仅就设计中 应注意的问题介绍如下 。 尽可能延长煤气在电捕焦油器有效捕 集区内的停留时间 , 在管式电捕焦油器中应达 一 , 在蜂窝式电捕焦油器中应达 以 上 。 · 因煤气在电捕焦油器内需经再分布板 重新分布 , 煤气流速一般宜选取 , 在此速度下 , 经过再分布板后煤气中的焦油雾 可除去 左右 。 为保证高压部分和接地部分的间距要 求 , 支撑绝缘子的高度不应小于 , 还应 满足其强度要求 。 为尽可能地减少电晕盲区 , 尽量不要 采用下 吊柱结构和同心圆结构 , 这样可减少电 场空穴和避免煤气短路 。 为保证绝缘箱和馈电箱内部的温度达 到 一 、 , 在箱内必须设有足够的加热面 积 。 为减少因沉淀极的重量而引起的管板 挠度 , 除选择的管板应有足够刚度外 , 还可根 据具体情况在管板处增设梁或筋板进行加固 。 煤气进 口 管处应设有防冲挡板 , 其 目 的是可用机械方法除去部分焦油 、 降低煤气流 速和使煤气分布更加均匀 , 以提高电捕焦油器 的效率 。 在工艺布置中 , 发生炉水煤气净化系 统中的电捕焦油器应设有备品 , 但焦炉煤气净 化系统可不设备品 。 在检修时 , 焦炉煤气可在 短时间内实行强化操作 , 蜂窝式电捕焦油器的 效率可达 , 管式或同心圆式的电捕焦油 器约低于此值 。 收稿日期 年 月 谢兴衍 编辑 变频调速器在初冷循环水泵中的应用 我厂水泵和风机等机械设备的耗电量约 占全厂总电耗的 以上 。 在生产操作中 , 流量的控 制均采用调节阀门开度的方法 , 不仅操作麻烦 , 而且浪费电能 。 其中以初冷循环泵最为突出 , 在 生产操作中 , 由于生产工艺所要求的水量小于泵的额定能力 , 我们就采取调节阀门开度的方法来 使流量符合工艺过程的需要 , 这就形成了大马拉小车的现象 , 使水泵只能在高耗低效的状态下工 作 , 造成电能的大量浪费 。 为此 , 我们在初冷循环水泵上安装了 型变频调速装置 , 实现 了循 环水泵的无级调速 。 同时 , 还可对控制参数进行任意设定 , 基本实现了自动控制 。 实践表明 , 安 装变频调速器的初冷循环水泵具有以下优点 水泵可实现恒压变流量控制 , 大大提高了系统运行的稳定性 , 每年可节省电费 。万元 , 一年内即可回收投资 。 使用变频调速后可改善水泵运行时的功率因素 , 当水泵转速较低时 , 既可减小噪音 , 还 可降低电机的温升 。 变频装置具有过流 、 过载和电源缺相等齐全的保护功能 , 一旦发生故障时可实现变频与 工频的相互转换 。 维 “ , ‘“ , 尸 ‘ 二 二 · , 徐州炼焦气化厂 顾天兵 、