湿式电滤器在天然气乙炔装置的应用和改进.pdf

第 2期 王峰 湿式 电滤 器在 天然 气 乙炔装 置 的应 用和 改进 7 l 湿式电滤器在天然气乙炔装置的应用和改进 王峰 1 ． 四川大学化学工程学院 ， I t J r I 成都6 1 0 0 6 5 ； 2 ． 中国石化集团lJ r l 维尼纶厂 ， 重庆4 0 1 2 5 4 摘要 介绍了湿式 电滤器在天然气部 分氧 化制乙炔装置的应用过程 中出现 的问题 ， 从工作原理着手 分析 其原因并从多方 面提 出改进措施 ． 提高设备运行 的稳定性 。 主题词 电滤器 ； 原理 ； 炭黑 ； 改进措施 ； 成效 中图分类号 T Q 0 2 8 ； T Q 2 2 1 ． 2 4 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 - 9 2 1 9 2 0 1 6 0 2 ． 7 1 - 0 4 某 车间采用 天然 气部分氧化制 乙炔工艺生产 乙炔 ， 湿式 电滤器作为该工艺的重要设备 ， 其主要 功能是将在 乙炔炉中发生部分氧化反应后生成的 裂化气 中的炭黑粉尘进行清除。这部分裂化气中炭 黑含量约 1 ． ％／ m ’ 。除尘后裂化气中的炭黑含量 为 3 5 mg ] m 3 。 裂化气最后在冷却塔 中经过再次洗涤和 冷却后被送往下游装置【” 。裂化气中的炭黑粉尘如 果不能有效除去 。 不仅会导致下游装置生产无法运 行而且会对工艺管道 、 阀门和仪表 、 仪分等系统 的 采样管形成严重堵塞 ． 危及整条生产线的长周期稳 定运行 ， 因此 ， 湿式电滤器是 天然气 部分氧化制 乙 炔工艺 中极其重要的设备。 1 湿式 电滤器的工 作原理 乙炔 炉中经部分 氧化反应后生 成的混合气体 一 般 称 为 裂化 气 。 裂 化气 在 乙 炔 炉 内被 三环 淬 火水 进行淬火 、 冷却和洗涤后进入到冷却塔下段进行第 一 次洗 涤和再次冷却 ，此时粒径大于 l O 0 m的颗 粒基 本 上 已经 被 清 除掉 。 由 于水 的 表面 张 力 ， 粒径 小于 l O O p , m的微粒 已很难用水清洗掉。因此 ， 湿式 电 滤 器 中 除 去 炭 黑 颗 粒 的 实 际 粒 径 范 围 一 般 在 0． Ol l O 01m。 整个 除尘 过程如图 1所示[2 1 电晕丝 称为丝 极 通 电后 ， 其表面被一层薄 薄的淡 蓝色电子晕所 包 围， 形 成高速 电子流 ， 这些 高速电子不断碰撞周 围被雾化软水饱和后 的气体分子和炭黑颗粒 ， 气体 分子被撞 击后失去外围的电子而变成正电荷团。在 收稿 E l 期 2 0 1 5 1 2 - 2 5 ； 作者简介 王峰 1 9 7 9 ， 男 ， 工程 师 ， 工 学 学士， 电 话0 2 3． 6 8 9 7 4 6 1 5 、 1 5 9 2 3 l 1 1 6 9 1 ， 电 邮 2 1 1 8 9 5 4 8 q q ． c o m。 强 大 的 电场力 作 用 下 ． 这 些 正 电荷 团 向 电晕丝 快 速 运 动 ． 运 动过 程 中如 与 炭黑 颗 粒 碰 撞 ， 那 么 炭黑 颗 粒将被吸附到电晕丝上形成 阴极垢 而被电子碰撞 后的炭黑则成为负电荷团 ， 由于电晕丝周围的电场 是非均匀电场 。 所 以在电场力的作用下这些负电荷 团就 向沉淀极 称为板极 方 向做加速运动 ， 迅速移 向沉淀 电极 ． 通常把炭黑颗粒与电晕丝放出的电子 及空问负电荷 团结合的过程称为“ 荷电” 。荷电后的 炭黑颗粒在非均匀电场中做变加速运动 ， 其到达沉 淀极 的时间还要取决于裂化气的风速 ， 只要其小于 裂化气在极板 内的停留时间即可达到除尘 目的。定 向移动的时问不仅和炭黑颗粒的质量、 电荷有关系 而且与二次 电压也有关系。 它随着二次电压的升高 而缩短。带 电炭黑颗粒在电场力作用下靠运动惯性 粘附到沉淀极板上 ， 并被极板上的正 电荷 中和。同 时也有少量尘粒移 向丝极 ， 这是因为电晕 区内正离 子到 电晕丝 的距离很短、 尘粒与正离子碰撞数 目少 所致 ． 因而造成荷正电的尘粒被吸附在丝极上。电 滤器采用连续喷雾水和间断冲水方式进行清灰 ， 连 续喷雾水使极板表面始终保持一层水膜 ， 通过水膜 在重力作用 下流动从而带走粘附在极板上 的炭黑 颗粒 。 在 电滤器顶部设置的间断冲水装置则能使电 晕丝得到定期清理 。 T 1 月* 一 h ■ 图 1 电除尘器工作原理示意图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 天 然 气化 工 C1 化 学 与化 工 2 0 1 6年 第 4 1 卷 2 湿 式电滤 器的运行情况 2 ． 1 运 行情 况 天 然 气 部 分 氧 化制 乙炔 工 艺 的反 应 机 理 相 当 复杂 ．在生成乙炔的同时也产生了大量副产物 ． 其 中 l t 乙炔副产炭黑约 4 2 k g ，裂化气 中炭黑含量为 1 ． 9 g ／ m 。裂化气 先经 过 乙炔炉三 环淬 火水 和 冷却塔 底 段 炭 黑 水 洗 涤 后 炭 黑 含 量 为 1 ． 6 g ／ m ． 流 量 1 2 4 0 0 m3 ／ h 1 o o ％负荷 的裂 化气 再 经过 湿式 电滤器 进行除尘。生产中要求必须将裂化气中的炭黑含量 从 1 ． 9 g ／ m 降到 3 - 5 m g ／ m ，此时的炭黑含量对下游 的工艺运行才不会造成较大的负面影响。电滤器顶 部采用工业软水作连续雾化冲洗水 ， 底部冲洗水和 间断 冲洗 水均 采用工业 循 环水 。绝 缘子 夹套 用 0 ． 3 8 MP a 蒸 汽作 为加热 蒸 汽 ．保 持 绝缘 子夹 套 内壁 绝对干燥 。电滤器每运行 四天则停运 间断 冲洗一 次 。 冲洗时间约为 3 0 m i n ， 在停运冲洗期间采用工业 气体作为下部瓷瓶的吹扫气 ． 以防止瓷瓶表面积尘 后放电。 电 滤 器处 理 的裂 化 气 组 分 和 炭 黑 的 物 化性 质 分 别 如表 1 和表 2所 示 表 1 裂 化 气 组 分 炭黑平均粒径 炭黑平均松密度 除尘前炭黑含量 除尘后炭黑含量 0 ．01 0 ． 1 5 t t m 2 0 0 k g ／ m 1 ．9 g ／ m 2 ． 2 湿 式 电滤器 的性 能参数 湿式 电滤 器 的结构示 意 图如 图 2所 。 图 2 湿 式 电滤 器 的 结构 示 意 图 湿式 电滤器的性能参数如下表 3所。 表 3湿式 电滤器的性能参数 3 湿 式 电滤 器 运 行 中的 问题 及 改进 措施 3 ． 1 工 艺方 面 的 问题 及 改进 3 ． 1 ． 1 电滤器 进 口管线 积灰 严重 在冷却塔底部洗涤后的裂化气进入 电滤器时 ． 由于裂化气 中含水量 已经饱和 ． 使得炭黑颗粒碰撞 后更易聚集成为大的尘粒 ， 在重力作用下便沉积在 水平管道中 ，随着运行时间的增长积灰会加剧 ． 并 影响到气流的正常流动 ，导致 乙炔炉 出13压力上 升 ， 影响乙炔炉长周期运行。 改进措施 在电滤器进 口水平管上加装冲洗水 装置， 通过试验证明这股冲洗水水量控制在 1 5 m 3 ／ h 时能有效 冲洗管道 中沉积的炭黑 。 消除了此前炭黑 在此管道 中沉积引起的非计划停车检修现象 。过 去 ，最多运行 2个月管道就充满 了大量的炭黑灰 ． 而现在可持续运行 6个月。 3 ． 1 ． 2 水 封槽 积灰 严重 在运行过程 中电滤器 内部冲洗下来的炭黑 随 同冲洗水 一起 经由收集槽通过水封后排放到系统 外 ， 由于炭黑灰 的比重较水轻 ， 冲洗水量较小时无 法完全带走炭黑 ， 且在水封 的出口弯头处会慢慢堆 积 ， 从而堵塞水封溢流 口， 这时， 大量的炭黑和冲洗 水的混合物就会在电滤器底部沉积下来 ， 影响乙炔 炉 的系统 压力 和 电滤器 的正 常运行 。 改进措施 增设电滤器水封 出口管线冲洗水 、 水封底部到冲洗水收集总管直排管线 、 水封底部直 排阀 ，并对水封及 出口管线进行定期冲洗排放 将 电滤器底部 冲洗水量控制在 7 ～ l O m 3 ／ h ． 将喷嘴与底 板 的夹 角调 整 到 3 0 ～ 4 5 。 ， 保 证 其 冲 洗 效 果 ． 改 进 后 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 王峰 湿式电滤器在天然气 乙炔装置的应用和改进 7 3 已经彻底消除了水封及出 口管线的堵塞现象。 3 ． 1 _ 3 绝 缘 子夹 套蒸 汽 故障 在 运 行 过程 中 蒸 汽 总 管 压力 波 动 或 者 蒸 汽 管 网故障 ， 会造成绝缘子夹套蒸汽受到影响 。 绝缘子 箱内温度就可能低于设计值 正常温度为 1 0 0 C 。 裂化气 中的水分会在绝缘子表面结露 ， 会使 瓷瓶受 潮而放电破裂 。检修后投运电滤器前没有提前将蒸 汽投 运也 会 出现 同样 问题 。 改进措施 将绝缘子夹套温度引入 D C S进行监 控 ， 设 置低温报警信号 ， 一旦发现温度降低 ， 立即降 低 电压或停运电滤器 。 待正常后再行恢复。在检修 过程 中加热 蒸 汽 一般 情 况 下不 能关 闭 ． 如果 关 闭 则 必须 在 进行 电滤 器 空载 试 验前 3 h投 运正 常 。 日常 运行过 程中注意检查加热蒸汽及蒸汽疏水器 的运 行情况 。 保障绝缘子的安全运行。 3 ． 1 ． 4 极 板表 面水 膜分 布不 均 由于运行时间过长 ， 极板表 面出现锈蚀 、 垂 直 度降低、 污垢堆积和表面光洁度降低都会导致表面 的水膜分布不均 ， 除尘效率下降。而且 由于问断冲 洗水是由上 自下进行冲洗 。 极板高度过高会使冲洗 水对极板和电晕丝下端的冲洗效果明显降低 ， 这样 会使其下端积灰严重， 同样会使除尘效率下降。 改进措施 在检修时彻底地清洗所有极板和电 晕丝上的积垢 ， 保持极板表面平整 ； 另外 ， 在极板底 部安装 由下而上的间断冲洗喷嘴， 对极板底部和电 晕丝底部进行 自下而上的冲洗 ， 保持极板 、 丝极 的 上部和下部都能得到清洗 ， 减少积垢 ； 而且在检修 时要检测其锈蚀情况 ． 对于 因运行时间过久 ． 锈蚀 严 重 的极 板 进行 及 时更 换 ， 保 证极 板 表 面 水膜 分 布 的均匀 性 。 3 ． 1 ． 5 电滤器上 部的连续 冲洗水 和间断冲洗水 出 现 水滴 状或 线 流状 由于顶部的连续冲洗水喷嘴脱落 、 喷嘴与水管 连 接 处 泄 漏 严 重 、 水 管 锈 蚀 穿 孑 L 、 间 断 冲 洗 水 阀 门 未关严等都会导致连续冲洗水 或问断冲洗水成线 状 或 滴 状 流 人 除 尘 室 ， 引起 电场 频 繁 闪 络 。 甚 至 无 法 运行 。 改进措施 将 电滤器 的连续 冲洗水喷嘴 、 间断 冲洗水 喷嘴以及相连接 的管道均改用不锈钢材质 ； 在检修时必须做好腐蚀检查 ； 牢 固安装喷嘴 ； 喷嘴 安装后要进行 喷洒试验检查喷洒效果 每次使用过 问 断 冲 洗 水 阀门 后 必 须 关严 该 阀 门 防 止 水 流 形 成 导 电后 放 电 3 ． 1 ． 6 喷嘴堵塞致使连续冲洗水量低 连续 冲洗 水 量 降低 ． 会 导致 极 板 上 的连续 水 膜 难 以形成 ． 甚 至部 分极 板 表 面或 局 部 没有 水膜 的现 象 ， 使除尘效率下降。 改进措施 改善连续 冲洗水水质 ， 使用工业软 水作连续冲洗水 ； 而且在连续 冲洗水总管上设置过 滤器 ， 进一步保证其水质清洁； 定期对冲洗水总管 、 过滤器 、 喷嘴进行冲洗除垢。 3 ． 2本体 设备 内件 方面 的 问题 3 ． 2 ． 1 电晕丝 击断影 响 电滤 器长 周期运 行 在 制 作 电 晕 丝 的 过 程 中 采 取 冷 态强 拉 的方 式 进行拉直处理提升了其塑性而降低了韧性 ， 从而降 低 了 丝极 的机 械 强度 或 电晕 丝 松 紧 不 均 、 个 别 电 晕丝负荷过大 、电晕线安装 不到位而偏离极板 中 心、 积灰过多 。 都会使 电场频繁 闪络 ， 此时电晕丝易 被击 断 。电晕 丝击 断后 掉在 两极 板之 问会形 成 两极 间短路 ， 导致电滤器无法运行[ 3 1 。 改进措施 保证丝极 与板极 的极 间距 。 将 电晕 丝的直径从 1 ． 6 mm增大至 2 ． 3 mm来增加其强度 。 材 质由 N i C r 改为 C r 2 0 N i 3 0。电晕丝在厂家卷成圆圈 后在现场进行冷态拉直处理 的方式 ． 破坏了丝极的 金相 ． 缩短了丝极 的使用寿命 ． 而在厂家直接进行 退火拉直处理并裁断成型后 ， 运抵现场直接进行电 晕丝组装的方式 ． 能有效保证其机械性能和极丝垂 直 均匀 性 。 3 ． 2 ． 2电晕 丝 的挂 钩 断脱 电晕线 以“ C ” 型挂钩作为连接部件悬挂在上导 架 上 ． 由于挂 钩 的机 械 强度 达不 到 、 长 期 的 锈蚀 和 电腐蚀 以及 间断冲洗时引水太猛都会导致挂钩断 脱 。一旦挂钩断脱 ， 电晕丝同样会在两级间形成短 路 ， 导致电滤器无法运行 。 改进措施 采用钩体与丝极直接相连接不通过 保护导管的钩件 。直接挂在导架扁钢对应孔上 ， 这 种 方式 取 消 了保护 导 管这 一 复 杂 的连 接部 件 ， 大 大 降低了连接部件出现故障的机率 ， 保证 电滤器长周 期运行【 4 】 。 3 ． 2 ． 3 绝缘 子瓷瓶 裂损 由于绝缘子机械性能不过关 ． 承受不了上下导 架 的拉力 ． 会出现裂损 绝缘子温度控制不合理 ， 温 度偏低或剧烈变化 ， 也会使绝缘 子裂损 ， 每次停运 电滤器进行 间断冲洗时吹扫气量过小 。 导致绝缘子 表 面积垢 过多 ， 形成一层保护层 ， 从而使 绝缘子金 属 连 杆 受 潮放 电而 产 生 裂 损 。最 终 结果 是 电 场接 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 4 天然 气化 工 C1化 学与化 工 2 0 1 6年 第 4 1卷 地 ， 电滤器 无 法运行 。 改进措施 做好绝缘子机械性能的检查 在 电 滤器停运冲洗时将 吹扫气量提高到 3 0 0 m3 ／ h ．彻底 消除电滤器在间断冲洗时绝缘子表面积垢的问题嘲 。 3 ． 2 ． 4 供 电控制方式及监控方式 电滤器的控制方式一般采用两种 ， 分为高压恒 压源和高压恒流源。采用恒压源的供电控制方式 ． 放 电停车机率大 ， 除尘效率低 ， 过去 国内外一般都 采用 P L C系统及盘装仪表进行电滤器的监控 ， 监控 盘一般都远离操作人员的 D C S操作 台， 每次操作都 必需离开 D C S操作台到电滤器的监控盘前 才能对 其进行检查操控 ， 操作不便而且监控也不及时。 改进措施 在供电控制方式上选用高压恒流源 控制。恒流源可 以快速升、 降电压 ， 工作电压始终接 近击穿 ， 放 电时不会很快断电， 从而获得最 优的除 尘效率。在监控方式上将 P L C控制方式改为 D C S 控制方式 ， 不仅操作方便 ， 而且还能对其设置过压 、 超氧 、 过流、 放 电等报警信号 ， 能适时有效地对 电滤 器 的运行 情 况进 行 全 面监 控 ，发 现 问题提 前 处理 ， 防止 事故 的进 一步 扩大 。 4 结语 结合湿式 电滤器在天然气 部分氧化制乙炔工 艺 中的应 用情 况， 对其进行的工艺 、 电气等方 面的 改 进措 施 均在 生产 实 际 中得 到 了验 证 ． 电滤器 的 长 周期稳定运行情况得到了明显改善 、 设备故障率大 大降低 ， 不仅为天然气乙炔装 置的长周期稳定运行 打下 了坚实 的基础而且也大大减少 了设备检维修 费用的支 出。 参 考文 献 [ 1 ] 夏顶 ，杨朝 富．天然气制乙炔工艺简介 【 J 】 ． 中国氯碱， 2 0 0 5 ， 4 1 8 2 2 ． [ 2 】 唐 国山． 工业 电除尘器应用技术 [ M 】 ． 北京 化学工业 出 版 社 ． 2 0 0 6 ． [ 3 ] 何银虎． 最新除尘设备安装运行调试 、 故障处理与检修 维护及应用选型综合技术手册【 M】 ． 长春 吉林电子出版 社 ． 2 0 0 5 ． [ 4 ] 米 钰林， 谢小强， 高建兵， 等． 一种湿 式 电除尘器 的极丝 连接方式[ P 】 ． C N 2 0 2 8 0 3 4 1 l U，2 0 1 3 ． [ 5 ] 米钰林， 郑岩， 王峰， 等． 一种湿式 电除尘 器高压 瓷瓶 的 吹扫装置【 P ] ． C N 2 0 2 9 3 3 7 8 4 U ， 2 0 1 3 ． Ap p l i c a t i o n a n d mo d i fic a t i o n o f de c t r o fi l t e r i n a n a t u r a l g a s - b a s e d a c e t y l e n e p l a n t WANG 。 1 ． S c h o o l o f C h e m i c a l E n g i n e e ri n g ， S i c h u a n U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 0 6 5 ， C h i n a ； 2 ． S i n o p e c S i c h u a n V i n y l o n Wo r k s ， C h o n g q i n g 4 0 1 2 5 4 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e e x i s t e d p r o b l e ms i n t h e a p p l i c a t i o n o f the w e t e l e c t r o fi l t e r i n t h e p l a n t o f p a r t i a l o x i d a t i o n of n a t u r a l g a s t o a c e t y l e n e ， a n aly z e d t h e r e a s o n s b a s e d o n the wo r k i n g p rin c i p l e a n d p u t f o r w a r d s o me mo d i f y i n g me a s u r e s to i mp r o v e t h e s t a b i l i t y o f the e q u i p me n t ． Ke y wo r d s e l e c t r o fi h e r ； p ri n c i p l e ； c a r b o n b l a c k ； mod i fi c a t i o n ； e ff e c t } _ { }} _ { } _ { } } } - { } _ { }} _ { } } } 一 号 } { } } } } } 卜{ - } } } _ { 卜 } } } } _ { } } _ { } 斗 } } _ { } } } - { } } } _ { } } _ { } _ { } _{ } _ { ． } 秸秆 厌 氧水解 和产 甲烷 动力学 研究取 得进 展 目前 ， 我国厌氧消化制备生物燃 气的主要 原料 是畜 禽粪 污和工业有机废水废渣 ， 且 以该类原料制备生物燃 气的技术 已经成熟 。 然而 ， 秸秆沼气技术 目前还不成熟 ． 复杂 的木质纤 维结构是阻碍其生物降解和利用的主要 因素 ． 不均衡的营养 结构 C ， N 和湿式发酵原料 上浮性是秸秆沼气大规模应用 的 障碍 。 因此 ， 针对秸秆厌氧消化制备生物燃气存在的瓶颈 ． 有 必要研究低成本低能耗的秸秆预处理技术 ， 开 发与秸秆原料 特性相适应的厌氧消化工艺 ， 提高秸秆 原料降 解率 、 产气率 ， 缩短发酵停留时间 ． 提高厌氧消化系统稳定性。针 对这 些问 题 ， 中科 院成都生物研究所刘晓风课题组的副研究员李 东从 秸秆厌氧水解和产甲烷动力学研究 、 秸秆强 化水解产 甲烷工 艺研发两方 面开展相关工作 ， 目前在秸秆厌 氧水 解和产甲烷 动力学研究方 面获得 了新进展 ， 获得 了比较 省时的生化产甲 烷潜力测定方法 和不可降解有机质含量 的确定方法 。 同时还 提 出了一种分段水解动力学模型 。 并 分别确定了两段水解过 程 的水解动力学常数 。以风干玉米秸秆 为例 ， 生化产 甲烷潜 力 为 3 1 9 ． 4 mt ／ g V S ．理论上需要 的总产甲烷时间为 1 8 2 _ 3 d ． 而 达到生化产甲烷潜 力 9 0 ％所需要 的时间为 3 7 d ． 不可降 解 有 机质含量为 2 4 ． 7 ％． 第一段 和第 二段 的水 解动力学常数 分 别为 0 ． 1 0 5 2和 0 ． 0 3 6 0 1 ／ d 。 来源 h t tV ． ／ ／ w ww J c a s c n ／ s y k y ／ 2 0 1 6 0 4 ／ t 2 0 1 6 0 4 0 8 4 5 5 2 2 0 9 s h t m1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m