第四節　煤氣中煤焦油霧的清除

一、煤氣中煤焦油霧的形成和清除目的

煤氣中的煤焦油霧是在煤氣冷卻過程中形成的。荒煤氣中含煤焦油氣80～120g/m3，在初冷過程中，除有絕大部分冷凝下來形成煤焦油液體外，還會形成煤焦油霧，以內充煤氣的煤焦油氣泡狀態或極細小的煤焦油滴（ф1～17μm）存在于煤氣中。由于煤焦油霧滴又輕又小，其沉降速度小于煤氣運行速度，因而懸浮于煤氣中并被煤氣帶走。

初冷器后煤氣中煤焦油霧的含量一般為2～5g/m3（豎管初冷器后）或1.0～2.5g/m3（橫管冷卻器后或直接冷卻塔后）。而化學產品回收工藝要求煤氣中所含煤焦油量最好低于0.02g/m3，以保證化學產品質量，并保證回收過程順利進行。清除煤氣中焦油霧滴有多種方法，但從煤焦油霧滴的大小及所要求的凈化程度來看，采用電捕焦油器最為經濟可靠。

二、電捕焦油器

1.電捕焦油器的工作原理

根據板狀電容的物理原理，如在兩金屬板間維持很強的電場，使含有塵灰或霧滴的氣體通過其間，氣體分子發生電離，生成帶有正電荷或負電荷的離子，正離子向陰極移動，負離子向陽極移動。當電位差很高時，具有很大速度（超過臨界速度）和動能的離子和電子與中性分子碰撞而產生新的離子（即發生碰撞電離），使兩極間大量氣體分子均發生電離作用。離子與霧滴的質點相遇而附于其上，使質點帶有電荷，即可被電極吸引而從氣體中除去。但金屬平板形成的是均勻電場，當電壓增大到超過絕緣電阻時，兩極之間便會產生火花放電，這不僅會導致電能損失，且能破壞凈化操作。為了避免火花放電或發生電弧，應采用如圖3-9（b）、（c）所示的不均勻電場。圖3-9（a）為均勻電場；圖3-9（b）為管式電捕焦油器所采用的不均勻電場，用金屬圓管和沿管中心安裝的拉緊導線作為正、負電極；圖3-9（c）為環板式電捕焦油器采用的不均勻電場，是以同心圓環形金屬板和設置其間的金屬導線作為正、負電極。

在不均勻電場中，當兩極間電位差增高時，電流強度并不發生急劇的變化。這是因在導線附近的電場強度很大，導線附近的離子能以較大的速度運動，使被碰撞的煤氣分子離子化，而離導線中心較遠處，電場強度小，離子的速度和動能不能使相遇的分子離子化，因而絕緣電阻只在導線附近電場強度最大處發生擊穿，即形成局部電離放電現象，這種現象稱為電暈現象，導線周圍產生電暈現象的空間稱為電暈區，導線即成為電暈極。

由于在電暈區內發生急劇的碰撞電離，形成了大量正、負離子。負離子的速度比正離子大（為正離子的1.37倍），所以電暈極常取為負極，圓管或環形金屬板則取為正極，因而速度大的負離子即向管壁或金屬板移動，正離子則移向電暈極。在電暈區內存在兩種離子，而電暈區外只有負離子，因而在電捕焦油器的大部分空間內，煤焦油霧滴只能成為帶有負電荷的質點而向管壁或板壁移動。由于圓管或金屬板是接地的，荷電煤焦油質點到達管壁或板壁時，即放電而沉淀于板壁上，故正極也稱為沉淀極。

由于存在正離子的電暈區很小，且電暈區內正負離子有中和作用，所以電暈極上沉積的煤焦油量很少，絕大部分煤焦油霧均在沉淀極沉積下來。煤氣離子經在兩極放電后，則重新轉變成煤氣分子，從電捕焦油器中逸出。

初冷器后煤氣中絕大部分煤焦油是以煤焦油霧的狀態存在的，所以在電捕焦油器正常操作情況下，煤氣中煤焦油霧可被除去99％以上。

2.電捕焦油器的構造

我國電捕焦油器采用的結構形式，按沉淀極不同分為管式和蜂窩式、同心圓式三種，現在普遍采樣前兩種形式電捕焦油器，同心圓式電捕焦油器一般只用在小焦化廠。

①管式電捕焦油器，其構造如圖3-10所示。其外殼為圓柱形，底部為凹形或錐形并帶有蒸汽夾套，沉淀管管徑為250mm（或橫斷面為正六邊形的管狀），長3500mm，在每根沉淀管的中心懸掛著電暈極導線，由上部框架及下部框架拉緊；并保持偏心度不大于3mm。電暈極可采用強度高的ф3.5～4mm的碳素鋼絲或ф2mm的鎳鉻鋼絲制作。煤氣自底部進入，通過兩塊氣體分布篩板均勻分布到各沉淀管中去。凈化后的煤氣從頂部煤氣出口逸出。從沉淀管捕集下來的煤焦油聚集于器底排出，因煤焦油黏度大，故底部設有蒸汽夾套，以利于排放。

電捕焦油器頂部設有三個絕緣箱，高壓電源即由此引入，其結構如圖3-11所示。

管式電捕焦油器的工作電壓為50000～60000V，工作電流依型號不同分別為<200mA和<300mA。引入高壓電源的絕緣子（高壓電瓷瓶）常會受到滲漏入絕緣箱內的煤氣中所含煤焦油、萘及水汽的沉積污染，絕緣性能降低，以致在高壓下發生表面放電而被擊穿，引起絕緣箱爆炸和著火，還會因受機械振動和由于絕緣箱溫度的急劇變化而碎裂，因而常造成電捕焦油器停工。

為了防止煤氣中煤焦油、萘及水汽等在絕緣子上冷凝沉積，一是將壓力略高于煤氣壓力的氮氣充入絕緣箱底部，使煤氣不能接觸絕緣子內表面，二是在絕緣箱內設有蛇管蒸汽加熱器，操作時保持絕緣箱溫度在90～110℃范圍，并在絕緣箱頂部設調節溫度用的排氣閥，在絕緣箱底設有與大氣相通的氣孔，這樣既能防止結露，又能調節絕緣箱的溫度，煤氣在管式電捕焦油器沉淀管內的適宜流速為1.5m/s，電量消耗約為1kW·h/1000m3（煤氣）。電捕焦油器的安裝位置，可在鼓風機前，也可在鼓風機后。安裝在鼓風機后的電捕焦油器處于正壓下操作，較為安全。但由于電捕焦油器內煤氣壓力較大，絕緣子的維護更要嚴格注意。新建廠電捕焦油器一般設在鼓風機前。

為了保證電捕焦油器的正常工作，除對設備本身及其操作要求外，主要是要維護好絕緣裝置，控制好絕緣箱溫度，保證氮氣的壓力及通入量，定期擦拭清掃絕緣子。此外，還要經常檢查煤氣含氧量，目前有些廠增加了煤氣含氧量自動檢測裝置用以控制，并將煤氣中氧的體積分數控制在1.0％以下。

②蜂窩式電捕焦油器，其構造如圖3-12所示，與管式電捕焦油器不同之處是蜂窩式沉淀管為不銹鋼板制的六邊形，頂角呈120°，它們相互并聯，沒有管程、殼程之分，材料利用好（兩側均可作沉淀極），沉淀極的極間距稍有差異，拉桿不占據沉淀極管內電暈極的位置，整個蜂窩體內沒有電場空穴，有效空間利用率高，凈化效率可以達到99％以上。

3.電捕焦油器的操作

（1）正常操作

①經常觀察電捕焦油器絕緣箱溫度并保持在90～110℃，煤氣中氧含量控制在安全范圍內。

②經常檢查疏水器工作是否正常，防止系統積水影響絕緣箱溫度。

③經常觀察電捕焦油器煤氣進出口吸力，判斷電捕焦油器阻力。

④經常檢查和清掃下液管，保證電捕焦油器排液暢通。

⑤經常觀察電捕焦油器的二次電流和電壓，保證電捕焦油器處于正常的工作狀態。

（2）電捕焦油器開工操作

①電捕焦油器開工前認真檢查電氣系統絕緣性能，使其符合技術要求，必須檢查各閥門處于關閉狀態。

②電捕焦油器開工前進行氣密性試驗。

③向水封槽注滿水確認電捕焦油器下液管暢通。

④用氮氣置換電捕焦油器中空氣，使含氧合格［φ（O2）<1％］。

⑤打開絕緣箱加熱系統蒸汽閥門，使絕緣箱溫度達到90℃以上（最好提前2h開蒸汽升溫）。

⑥打開電捕焦油器煤氣進出口閥門，使煤氣通過電捕焦油器，并向絕緣箱通入氮氣保護。

⑦最后按下電捕焦油器啟動按鈕，逐級升壓，直至升壓到50～60kV和電流、電壓穩定在工藝要求范圍。

（3）電捕焦油器停工操作

①按下停電捕焦油器按鈕切斷電源，把三點式開關轉為接地。

②打開電捕焦油器旁通閥，關閉電捕焦油器煤氣進出口閥門，使煤氣走旁通。

③關閉電捕焦油器絕緣箱氮氣閥門。

④用蒸汽清掃下液管，保證下液管暢通。

⑤用熱氨水沖洗電捕焦油器沉降極（蜂窩管）或打開電捕焦油器頂部放散，用蒸汽吹掃電捕。

⑥清掃完畢，當電捕焦油器內溫度低于60℃時關閉放散，通入少量氮氣或凈煤氣保持電捕焦油器內微正壓，備用。