第九章 干熄焦环境除尘

第九章 干熄焦除尘干熄焦的优点之一就是环保，减少了原有的湿熄焦产生的水汽、酚、氰等有害成分对大气的污染，为了使干熄焦系统达到设计的环保作用，体现干熄焦的优点，对其在生产过程中产生的颗粒污染物进行净化，特在干熄焦系统设置了专门的除尘系统，即干熄焦循环气体除尘系统和干熄焦环境除尘系统（地面除尘站）。

第一节 循环气体的含尘量和净化焦尘是磨蚀性很强的物质。

因此对干熄焦装置的各单元进行抗磨蚀的防护具有实际意义，主要是保证熄焦装置操作可靠和耐久。

循环气体的含尘量变动很大，其波动范围在3～10g/m 3之间，含尘量的高低取决于所用的工艺流程。

在干熄焦室中，当焦炭运动时，小焦屑被气体带走。

在接近于设计定额（54～56t/h ）操作时，被气体带走的焦尘为约770kg/h ，相当于熄焦量的1.4%。

干熄焦室本身的结构也影响循环气体中焦尘的含量。

在干熄焦装置的熄焦室中，没有因气体速度减少而带来焦尘自然分离的上层空间。

此外，气体在预贮室的孔道中的流速较快，因而促进了焦尘的带出。

循环气体中的灰尘主要是海绵焦轻的组分和焦屑。

焦尘颗粒的尺寸范围很广，由较大到很小。

下面列出在设计的工作方式下操作时，干熄焦工业装置中含尘的循环气体的灰尘平均筛分组成：筛级，mm >6 3～6 1.5～3 0.5～1.5 0.25～0.5 < 0.25含量，% 0.76 3～15 7.24 8.3 44.1 36.45焦尘的颗粒愈小，对它的扑集愈困难。

由于干熄焦装置有其本身的特点，所以已知的气体交货法并不是都能用在这种装置的。

例如，不能使用湿法除尘，因为它可能使密闭循环的气体管道中渗入水蒸气，以致循环气体被氢气所饱和。

对除尘设备的主要要求是：简单、耐磨和保证必要的气密性。

干熄焦装置中对气体的交货所采用的除尘设备，主要是在重力作用下使灰尘沉降的焦尘沉降室，它安装在锅炉前；还有是在离心力作用下，使气流旋转的旋风除尘器，它安装在循环风机前。

在这些设备中，大颗粒和部分较细的焦尘都被分离。

焦尘的沉降过程是符合物理规律的。

大颗粒（大于100μm ）的沉降符合牛顿定律；从100μm ～1μm 的小颗粒的沉降则必须服从斯托克斯定律。

对圆形的颗粒来说，尘粒的重力为：g R mg G r )(433ρρπη-== （N ） （1） 式中 R ——尘粒的半径， m ；r ρρη和——尘粒和气体的密度， kg/m 3。

在尘粒沉降时介质对尘粒的阻力为： F W P r c ρξ22.0= (N) 式中 ξ——介质阻力系数； 2R F π=——尘粒的投影面积， m 2；c W .0——沉降速度，m/s 。

在雷诺准数数值很小时，介质的阻力系数符合斯托克斯定律：co r W R .224Re 24ρμξ== 式中μ——气体的动力粘度数，N ·s/m 2。

因此： μπρπρμc cr r C RW W R R W P .0.022.062224== （2） 当G=P 时，也就是：μπρρπηc r RW g R .03634=-）（ 由下式可求出沉降速度w o.c )/(922.0s m R W r c μρρη-= （3）由公式可知，尘粒（R ）愈大，气体介质的粘度（µ）愈小，则w o.c 愈大，而颗粒也愈快地沉积到焦尘沉降室底。

在对R 的关系上，解方程式（3），可以算出能在沉降室中沉降的最小颗粒的尺寸： )()(92.m W R r c o ρρμη-=因为r ρ远小于ηρ，因此可以忽略不计。

在R e 准数很小时，斯托克斯定律是正确的。

干熄焦装置所采用的在重力作用下沉降灰尘的设备，是尺寸很大的矩形沉降室，在沉降室中气流运动速度大为减少，而气体停留的时间则较长。

焦尘沉降室配置在高温区（600~800℃），这里是干熄焦室到废热锅炉的过渡性气体通道（图9—1）。

在重力作用下，悬浮的颗粒状粉尘自运动的气流中沉降下来。

灰粒沉降的轨迹由两个分力的几何合力所确定（图9—2）。

灰粒在重力作用下，应在气体流到出口管前落到沉降室的底部。

图9—1 焦尘沉降室沉降室的计算，主要是确定它的尺寸，并应保证沉降室中的气流速度不致把微尘带走。

在确定沉降室的尺寸时，必须查明在气流中飞扬的尘粒的最大直径。

为了使气体的尘粒能够下沉，必须保证沉降室中的气流为层流状态。

因此沉降室中的气流平均速度不应超过0.6m/s 。

利用沉降室沉降灰尘，这是一种低效率的方法。

干熄焦装置利用这个方法是为了捕集大颗粒的灰尘和防止锅炉加热表面受磨蚀。

在焦尘沉降槽内捕集到的主要是0.5到5mm级的灰尘，这一筛级的灰尘占沉降槽所捕集到的灰尘的70%：筛级 mm >6 3~6 1.5~3 0.5~1.5 0.25~0.5 <0.25含量 % 3.36 13.65 29.75 27.65 23.1 2.52研究表明，干熄焦装置的焦尘沉降槽的有效系数不越过3%。

沉降室的优点是阻力小，但是结构庞大，并且建设费用也高。

干熄焦装置初次投产的经验证明，装置的运行必须对循环风机采取防磨蚀的措施，于是添加了干法净化气体的多管旋风除尘器。

旋风除尘器（图9—3）由圆柱部分1、下部圆锥，2、进气管，3、内排风中心管，4、除尘管所组成。

含尘气体与旋风除尘器外壳呈切线方向急速地进入进气管，在除尘器内气体产生螺旋线的向下旋转运动。

悬浮的尘粒在离心力的作用下甩向旋风除尘器壁，由于摩擦作用使尘粒速度消失而落到排尘口。

在圆锥顶部的中心气流被脱去灰尘，并沿旋风除尘器的中心线围绕中心管向上运动而形成一股上旋气流。

这样，含尘气体在旋风除尘器中沿其器壁螺旋线向上旋转运动，而含尘气体在经中心管时同样是在螺旋线的运动过程中向下排出灰尘。

引入旋风除尘器的旋转气流形成一种离心力，它对气体分子与悬浮尘粒的作用力是不同的。

因为惯性力与物体的质量成正比，而气体分子的质量远小于悬浮尘粒的质量，在旋转气流中被甩到外围而与气体分离。

旋风除尘器的动力学平衡方程式可按类似于焦尘沉降室颗粒沉降的方法来确定，主要取决 图9—3 气体干法净化的旋风除尘器于离心力和介质阻力的平衡条件：c o RW x mu .26πμ= （4） 式中 m ——尘粒的质量，kg ；u ——从旋转中心到距离x 的圆周速度 ，m/s ；μ——介质动力粘度，N.s/m 2。

圆周速度可由角速度表示：ωχ=u球状的尘粒表观质量为：)(343r R m ρρπη-= 于是等式（4）可变为下式： C O RW x g R m .23634πμωγγπηη=-=由此得出：)/()(9222.s m x R W r C O μωρρη-= （5） 尘粒的移动速度可用尘粒的沉降时间τ和距离χ表示：τd dx W C O =. 因而： μωρρτηx R d dx r 22)(92-= 由此得出：xdx x R d r ·)(2922ωρρμτη-= 将上式在值得出范围内积分与τ，r x r x 21==：)(1)(5.4)(2912222221s r r n R x dx r r x R r r ωρρμωρρμτηη-=-=⎰ （6）式中r 1——引出管的半径，m ；r 2——旋风除尘器圆柱部分的半径，m 。

利用方程式（6）可计算出尘粒沉降所需的时间τ。

旋风除尘器的除尘效率取决于灰尘的特性、尘粒的大小、旋风除尘器的结构与尺寸和进旋风除尘器的气体速度 。

气体中灰尘浓度越低，尘粒愈大和愈重，则扑集得愈完全 。

当气体含有水分而温度较低时，水分将冷凝在尘粒表面，从而增加了尘粒的自重。

此时直到因水分增加而至尘粒开始粘附到旋风除尘器器壁前，捕尘效率是不断增加的。

为了消除尘粒的粘壁现象，必须使送入旋风除尘器的气体温度比露点高15～20℃。

气体在旋风除尘器入口处的最佳流速为15～25m/s 。

当继续增大气体流速时，旋风除尘器的阻力显著增大，而除尘效率并未明显增加；当气速低于10m/s 时，尘粒的沉降程度将显著下降。

自旋风除尘器排出的气体速度在4～8m/s 的范围内。

为了保证旋风除尘器正常工作，必须及时排除沉积的灰尘并保证系统的严密性。

通常，在干熄焦装置的旋风除尘器上安装防爆阀、清扫孔和人孔，以利观察和清扫旋风除尘器。

由于灰尘的磨损性很大，因此对旋风除尘器的锥体和进口部分应加以防护。

防护衬板可采用耐磨合金钢或特制玻璃板和铸石板。

旋风除尘器的阻力显著地大于沉降室的阻力。

根据接近于设计工作方式下操作时的试验数据，干熄焦试验装置的旋风除尘器的阻力是600Pa ，而工业干熄焦装置的旋风除尘器的阻力则是1150 Pa 。

已知干熄焦装置的旋风除尘器的阻力系数ξ，根据经验数据ξx =3.0，则很容易算出旋风除尘器的压力损失：)(28.912Pa gW u h t ρξ= 式中 W t ——在操作温度下，旋风除尘器进口处的气体速度 ；1ρ——在同一温度下，气体的密度。

同样，也可利用经验公式：)(568.12Pa W h t u =。

这个公式的缺点是，对不同结构特点的旋风除尘器所求出的阻力值都是不变的（即不论何种结构，都是同一值）。

旋风除尘器操作时的压力损失可根据气道入口和出口的总压差来确定。

与沉降室相比，旋风除尘器是一种较为先进的设备。

然而，在这种设备中只能使大颗粒和中等大小的尘粒完全沉降。

下面是旋风除尘器中扑集到的细粒焦尘的组成：筛级，mm >6 3~6 1.5~3 0.5~1.5 0.25~0.5 <0.25 含量，% ——0.51 2.47 50.18 46.84 由上列数据可知，干熄焦装置旋风除尘器扑集到的多半是细的尘粒（大体上：0.25~0.5mm的占50%，而0.25mm以下的占47%）。

从预防循环风机的磨损来看，干熄焦装置的旋风除尘器的工作是很有效的。

当干熄焦装置在设计的工作方式下操作时，旋风除尘器的平均有效系数为87%～89%，即使偏离了设计的工作方式时有效系数的变化也较少。

在设计的工作方式下操作时，即焦炭处理量为54～56t/h，旋风除尘器前气流中的含尘量平均为7.7g/m3。

强化操作时，干熄焦装置的循环风机前的气流含量尘量不超过0.8～1.0g/m3。

经长期操作表明，循环风机前的上述气体含尘量不会引起循环风机运转部分产生破坏性的磨损。

下面为干熄焦工业装置在除尘试验中所取得的主要试验数据和计算值：循环气体流量77000m3/h。

气流中含尘量：干熄焦室出口处10 g/m3。

旋风除尘器前7.7 g/m3。

循环风机前0.82g/m3。

焦尘量：自干熄焦室带出的770kg/h。

沉降槽捕集的177 kg/h。

通过锅炉管道的593 kg/h。

旋风除尘器捕集的530 kg/h。

旋风除尘后的气体带走的63 kg/h。

除尘效率：焦尘沉降槽23%。

旋风除尘器89%。