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 )(4

33ρρπη-== （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 ρξ2

2.0= (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：

c

o r W R .224Re 24ρμξ== 式中

μ——气体的动力粘度数，N ·s/m 2。

因此： μπρπρμc c

r r C RW W R R W P .0.022.062224== （2） 当G=P 时，也就是：

μπρρπηc r RW g R .0363

4=-）（ 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 .2

6πμ= （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：

)(3

43r 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：