焦油是煤氣生產(chǎn)過(guò)程中在高溫下產(chǎn)生的一種復(fù)雜的高分子聚合體。煤氣生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的焦油的一部分以極其微小的霧滴狀態(tài)懸浮于煤氣中,其霧滴粒徑為1~7μm。焦油霧會(huì)在后續(xù)的洗滌等煤氣凈化過(guò)程中被洗滌下來(lái)進(jìn)入溶液或吸附于管道和設(shè)備上,造成溶液污染,產(chǎn)品質(zhì)量降低,設(shè)備及管道堵塞。為保證后續(xù)凈化系統(tǒng)的正常運(yùn)行,在煤氣凈化工序的開(kāi)始應(yīng)首先進(jìn)行焦油霧的脫除。
一、電捕焦油器介紹
捕集煤氣中的焦油霧的設(shè)備有機(jī)捕焦油器和電捕焦油器,我國(guó)目前主要采用電捕焦油器捕集煤氣中的焦油霧。
電捕焦油器都是利用在高壓靜電的作用下產(chǎn)生正負(fù)極,使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過(guò)電捕焦油器時(shí),由于受到電場(chǎng)的作用被捕集下來(lái)。電捕焦油器可設(shè)于焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)之前或后。電捕焦油器與機(jī)械除焦油器相比，具有捕焦油效率高、阻力損失小、氣體處理量大等特點(diǎn)。不僅可保證后續(xù)工序?qū)怏w質(zhì)量的要求，提高產(chǎn)品回收率，而且可明顯改善操作環(huán)境。
電捕焦油器按其沉淀極的結(jié)構(gòu)形式可分為管式、蜂窩式、同心圓式和板式等類型。無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)，其工作原理，即在金屬導(dǎo)線與金屬管壁〔或極板〕間施加高壓直流電，以維持足以使氣體產(chǎn)生電離的電場(chǎng)，使陰陽(yáng)極之間形成電暈區(qū)。
按電場(chǎng)理論，正離子吸附于帶負(fù)電的電暈極，負(fù)離子吸附于帶正電的沉淀極；所有被電離的正負(fù)離子均充滿電暈極與沉淀極之間的整個(gè)空間。當(dāng)含焦油霧滴等雜質(zhì)的煤氣通過(guò)該電場(chǎng)時(shí)，吸附了負(fù)離子和電子的雜質(zhì)在電場(chǎng)庫(kù)倫力的作用下，移動(dòng)到沉淀極后釋放出所帶電荷，并吸附于沉淀極上，從而達(dá)到凈化氣體的目的，通常稱為荷電現(xiàn)象。當(dāng)吸附于沉淀極上的雜質(zhì)量增加到大于其附著力時(shí)，會(huì)自動(dòng)向下流趟，從電捕焦油器底部排出，凈氣體則從電捕焦油器上部離開(kāi)并進(jìn)入下道工序。
二、電捕焦油器氧含量監(jiān)測(cè)的必要性
在通常情況下氣體是不導(dǎo)電的，但在高壓電場(chǎng)的作用下氣體內(nèi)部的電子便會(huì)獲得足夠的能量成為自由電子而導(dǎo)電，被稱為自發(fā)性電離現(xiàn)象。氣體的自發(fā)性電離是建立在非均勻性電場(chǎng)中。在均勻性電場(chǎng)中，隨著電壓的增加，只要其間任何一點(diǎn)發(fā)生電離，兩極間將立即充滿帶電離子，整個(gè)空間的氣體被擊穿。此時(shí)電流急劇增加而形成火花放電，類似雷電形成過(guò)程。
由于煤氣為易燃易爆氣體,電捕焦油器必須保證安全操作。電捕焦油器由于電極間有電暈,可能發(fā)生火花放電現(xiàn)象。如果煤氣中混有氧氣,當(dāng)煤氣與氧氣的混合比例達(dá)到爆炸極限時(shí)就會(huì)發(fā)生爆炸。煤氣中的氧氣主要來(lái)源于制造過(guò)程中設(shè)備及管道密封不嚴(yán)泄漏進(jìn)入的空氣,或來(lái)自燃料氣化用氣化劑過(guò)剩或短路。人工煤氣在生產(chǎn)過(guò)程中,有時(shí)會(huì)有一定量的空氣進(jìn)入煤氣中,為保證混入的空氣與煤氣混合后不達(dá)到爆炸極限,就應(yīng)控制煤氣中的氧氣含量。《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028-2006)規(guī)定,當(dāng)干餾煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)大于1%時(shí),電捕焦油器應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào),當(dāng)氧體積分?jǐn)?shù)達(dá)到2%時(shí),應(yīng)有能立即切斷電源的措施。《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程 GB6222-2005》中也詳細(xì)規(guī)定了煤氣氧含量達(dá)到1%，電捕焦油器必須能夠及時(shí)切斷電源。
三、煤氣中的氧含量與爆炸極限的關(guān)系
不同煤氣的爆炸極限各不相同,各種人工煤氣的爆炸極限見(jiàn)表1。
表1各種人工煤氣的爆炸極限%
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名稱 |
空氣中煤氣爆炸極限 （體積分?jǐn)?shù)） |
煤氣中空氣體積分?jǐn)?shù) |
煤氣中氧氣體積分?jǐn)?shù) |
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上限 |
下限 |
爆炸上限時(shí) |
爆炸下限時(shí) |
爆炸上限時(shí) |
爆炸下限時(shí) |
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焦?fàn)t煤氣 |
35.8 |
4.5 |
64.2 |
95.5 |
13.5 |
20.1 |
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直立爐煤氣 |
40.9 |
4.9 |
59.1 |
95.1 |
12.4 |
20.0 |
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發(fā)生爐煤氣 |
67.5 |
21.5 |
32.5 |
78.5 |
6.8 |
16.5 |
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水煤氣 |
70.4 |
6.2 |
29.6 |
93.8 |
6.2 |
19.7 |
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油制氣 |
42.9 |
4.7 |
57.1 |
95.3 |
12.0 |
20.0 |
從表1可見(jiàn),對(duì)于焦?fàn)t煤氣、直立爐煤氣、油制氣,當(dāng)達(dá)到煤氣的爆炸上限,煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)為12%~13.5%(即煤氣中空氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)60%左右)時(shí)才能形成爆炸性氣體。對(duì)于發(fā)生爐煤氣及水煤氣,當(dāng)煤氣中空氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%左右,即煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)達(dá)到6%以上時(shí)才能達(dá)到爆炸極限。
四、電捕焦氧含量的測(cè)量方法
按照測(cè)量原理分類，目前常用的在線測(cè)量氧氣的原理主要有以下幾種：
激光氧含量測(cè)量原理、電化學(xué)氧含量測(cè)量原理、順磁氧含量測(cè)量原理、氧化鋯氧含量測(cè)量原理。
由于氧化鋯測(cè)量原理對(duì)樣品氣的溫度有要求，故一般不會(huì)在電捕焦的工況下使用。
而根據(jù)取樣方式來(lái)分類主要分為原位測(cè)量和抽取式測(cè)量。
原位式測(cè)量方式目前只能夠采用激光的原理，一般采用雙法蘭對(duì)射式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即在被測(cè)工藝管道一側(cè)安裝激光發(fā)射單元，另一側(cè)安裝接收傳感單元，為保證發(fā)射單元和接收單元光路對(duì)接，需要嚴(yán)格保證設(shè)備安裝的同軸度并進(jìn)行復(fù)雜的光路調(diào)節(jié)工作。
抽取式測(cè)量方式一般先通過(guò)取樣探頭將樣氣抽取到工藝管道的外部，然后由管線將樣氣輸送到氣體凈化單元處理后，最后進(jìn)入分析儀表測(cè)量。
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項(xiàng)目 |
原位式 |
抽取式 |
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安裝難度 |
原位式安裝管道需對(duì)射開(kāi)孔，安裝時(shí)需要對(duì)光，管道直徑過(guò)大時(shí)安裝難度較大，必須專業(yè)的安裝人員才能操作。 |
抽取式安裝管道開(kāi)孔少，但需要鋪設(shè)取樣管道，現(xiàn)場(chǎng)安裝需要的人員較多。 |
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維護(hù)量 |
原位測(cè)量無(wú)需復(fù)雜的采樣系統(tǒng)，人工維護(hù)極大減少。但無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定驗(yàn)證。 |
抽取式需要定期對(duì)水洗管，過(guò)濾器等進(jìn)行更換維護(hù)。 |
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響應(yīng)時(shí)間 |
原位式測(cè)量由于傳感器直接安裝在被測(cè)管道上，測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間很短，正常在1s以內(nèi)就能得出測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)真正意義的實(shí)時(shí)測(cè)量。 |
抽取式測(cè)量由于需要將樣品氣從管道抽取出后并進(jìn)行除焦油，除塵，干燥等預(yù)處理，一般系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間在30s左右。 |
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配套工程 |
原位式為了保護(hù)儀器光學(xué)視窗不受污染，當(dāng)前普遍使用壓縮氮?dú)庾鳛榇祾邭獬掷m(xù)通入儀器光路中，一臺(tái)儀器氮?dú)庥昧恳话阍?0～80L/min,消耗量十分巨大。 |
抽取式一般采用正壓防爆機(jī)柜，水洗罐，需提供壓縮空氣及潔凈水源，消耗費(fèi)用低于原位式。 |
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適應(yīng)工況 |
當(dāng)對(duì)管道中含有大量粉塵的樣氣進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于粉塵對(duì)激光信號(hào)的遮擋，激光信號(hào)強(qiáng)度將受到嚴(yán)重影響，甚至造成接收單元無(wú)法接收到激光信號(hào)的情況，導(dǎo)致測(cè)量失敗。故原位式只能適應(yīng)較潔凈的工況條件，不適合高焦油，高粉塵的焦?fàn)t煤氣工況，只能安裝在電捕之后。 |
抽取式由于經(jīng)過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)，可適應(yīng)絕大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求。 |
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準(zhǔn)確度 |
原位式安裝實(shí)際測(cè)量光程受煙道直徑限制，管道的振動(dòng)也會(huì)影響測(cè)量穩(wěn)定性，實(shí)際工況中誤差較大。 |
抽取式準(zhǔn)確度跟分析儀表的原理相關(guān)，在同樣是激光原理的條件下，準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性都會(huì)優(yōu)于原位安裝方式。 |
六、天禹智控原位式氣體分析儀與抽取式分析系統(tǒng)案例
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