第四节 煤气中煤焦油雾的清除
一、煤气中煤焦油雾的形成和清除目的
煤气中的煤焦油雾是在煤气冷却过程中形成的。荒煤气中含煤焦油气80～120g/m3，在初冷过程中，除有绝大部分冷凝下来形成煤焦油液体外，还会形成煤焦油雾，以内充煤气的煤焦油气泡状态或极细小的煤焦油滴（ф1～17μm）存在于煤气中。由于煤焦油雾滴又轻又小，其沉降速度小于煤气运行速度，因而悬浮于煤气中并被煤气带走。
初冷器后煤气中煤焦油雾的含量一般为2～5g/m3（竖管初冷器后）或1.0～2.5g/m3（横管冷却器后或直接冷却塔后）。而化学产品回收工艺要求煤气中所含煤焦油量最好低于0.02g/m3，以保证化学产品质量，并保证回收过程顺利进行。清除煤气中焦油雾滴有多种方法，但从煤焦油雾滴的大小及所要求的净化程度来看，采用电捕焦油器最为经济可靠。
二、电捕焦油器
1.电捕焦油器的工作原理
根据板状电容的物理原理，如在两金属板间维持很强的电场，使含有尘灰或雾滴的气体通过其间，气体分子发生电离，生成带有正电荷或负电荷的离子，正离子向阴极移动，负离子向阳极移动。当电位差很高时，具有很大速度（超过临界速度）和动能的离子和电子与中性分子碰撞而产生新的离子（即发生碰撞电离），使两极间大量气体分子均发生电离作用。离子与雾滴的质点相遇而附于其上，使质点带有电荷，即可被电极吸引而从气体中除去。但金属平板形成的是均匀电场，当电压增大到超过绝缘电阻时，两极之间便会产生火花放电，这不仅会导致电能损失，且能破坏净化操作。为了避免火花放电或发生电弧，应采用如图3-9（b）、（c）所示的不均匀电场。图3-9（a）为均匀电场；图3-9（b）为管式电捕焦油器所采用的不均匀电场，用金属圆管和沿管中心安装的拉紧导线作为正、负电极；图3-9（c）为环板式电捕焦油器采用的不均匀电场，是以同心圆环形金属板和设置其间的金属导线作为正、负电极。
图3-9 不同电极的电场分布情况
在不均匀电场中，当两极间电位差增高时，电流强度并不发生急剧的变化。这是因在导线附近的电场强度很大，导线附近的离子能以较大的速度运动，使被碰撞的煤气分子离子化，而离导线中心较远处，电场强度小，离子的速度和动能不能使相遇的分子离子化，因而绝缘电阻只在导线附近电场强度最大处发生击穿，即形成局部电离放电现象，这种现象称为电晕现象，导线周围产生电晕现象的空间称为电晕区，导线即成为电晕极。
由于在电晕区内发生急剧的碰撞电离，形成了大量正、负离子。负离子的速度比正离子大（为正离子的1.37倍），所以电晕极常取为负极，圆管或环形金属板则取为正极，因而速度大的负离子即向管壁或金属板移动，正离子则移向电晕极。在电晕区内存在两种离子，而电晕区外只有负离子，因而在电捕焦油器的大部分空间内，煤焦油雾滴只能成为带有负电荷的质点而向管壁或板壁移动。由于圆管或金属板是接地的，荷电煤焦油质点到达管壁或板壁时，即放电而沉淀于板壁上，故正极也称为沉淀极。
由于存在正离子的电晕区很小，且电晕区内正负离子有中和作用，所以电晕极上沉积的煤焦油量很少，绝大部分煤焦油雾均在沉淀极沉积下来。煤气离子经在两极放电后，则重新转变成煤气分子，从电捕焦油器中逸出。
初冷器后煤气中绝大部分煤焦油是以煤焦油雾的状态存在的，所以在电捕焦油器正常操作情况下，煤气中煤焦油雾可被除去99％以上。
2.电捕焦油器的构造
我国电捕焦油器采用的结构形式，按沉淀极不同分为管式和蜂窝式、同心圆式三种，现在普遍采样前两种形式电捕焦油器，同心圆式电捕焦油器一般只用在小焦化厂。
①管式电捕焦油器，其构造如图3-10所示。其外壳为圆柱形，底部为凹形或锥形并带有蒸汽夹套，沉淀管管径为250mm（或横断面为正六边形的管状），长3500mm，在每根沉淀管的中心悬挂着电晕极导线，由上部框架及下部框架拉紧；并保持偏心度不大于3mm。电晕极可采用强度高的ф3.5～4mm的碳素钢丝或ф2mm的镍铬钢丝制作。煤气自底部进入，通过两块气体分布筛板均匀分布到各沉淀管中去。净化后的煤气从顶部煤气出口逸出。从沉淀管捕集下来的煤焦油聚集于器底排出，因煤焦油黏度大，故底部设有蒸汽夹套，以利于排放。
图3-10 管式电捕焦油器
1—壳体；2—下吊杆；3—上、下吊架；4—支撑绝缘子；5—上吊杆；6—电晕线；7—重锤；8—沉淀管；9—气体分布板；10—人孔；11—保护管；12—阻气罩；13—管板；14—蒸汽加热器；15—高压电缆；16—煤焦油氨水出口；17—馈电箱；18—绝缘箱
电捕焦油器顶部设有三个绝缘箱，高压电源即由此引入，其结构如图3-11所示。
图3-11 电捕焦油器绝缘箱结构
1—O形密封圈；2—充氮气口；3—绝缘箱外壳；4—绝缘箱内壁泡沫塑料保温层；5—蛇管加热器；6—排气阀；7—排气管；8—绝缘箱底板；9—在绝缘箱底板上设置的通气孔；10—瓷瓶
管式电捕焦油器的工作电压为50000～60000V，工作电流依型号不同分别为<200mA和<300mA。引入高压电源的绝缘子（高压电瓷瓶）常会受到渗漏入绝缘箱内的煤气中所含煤焦油、萘及水汽的沉积污染，绝缘性能降低，以致在高压下发生表面放电而被击穿，引起绝缘箱爆炸和着火，还会因受机械振动和由于绝缘箱温度的急剧变化而碎裂，因而常造成电捕焦油器停工。
为了防止煤气中煤焦油、萘及水汽等在绝缘子上冷凝沉积，一是将压力略高于煤气压力的氮气充入绝缘箱底部，使煤气不能接触绝缘子内表面，二是在绝缘箱内设有蛇管蒸汽加热器，操作时保持绝缘箱温度在90～110℃范围，并在绝缘箱顶部设调节温度用的排气阀，在绝缘箱底设有与大气相通的气孔，这样既能防止结露，又能调节绝缘箱的温度，煤气在管式电捕焦油器沉淀管内的适宜流速为1.5m/s，电量消耗约为1kW·h/1000m3（煤气）。电捕焦油器的安装位置，可在鼓风机前，也可在鼓风机后。安装在鼓风机后的电捕焦油器处于正压下操作，较为安全。但由于电捕焦油器内煤气压力较大，绝缘子的维护更要严格注意。新建厂电捕焦油器一般设在鼓风机前。
为了保证电捕焦油器的正常工作，除对设备本身及其操作要求外，主要是要维护好绝缘装置，控制好绝缘箱温度，保证氮气的压力及通入量，定期擦拭清扫绝缘子。此外，还要经常检查煤气含氧量，目前有些厂增加了煤气含氧量自动检测装置用以控制，并将煤气中氧的体积分数控制在1.0％以下。
②蜂窝式电捕焦油器，其构造如图3-12所示，与管式电捕焦油器不同之处是蜂窝式沉淀管为不锈钢板制的六边形，顶角呈120°，它们相互并联，没有管程、壳程之分，材料利用好（两侧均可作沉淀极），沉淀极的极间距稍有差异，拉杆不占据沉淀极管内电晕极的位置，整个蜂窝体内没有电场空穴，有效空间利用率高，净化效率可以达到99％以上。
图3-12 蜂窝式电捕焦油器
1—馈电箱；2—阻气帽；3—上吊杆；4—上吊架；5—沉降极；6—下吊杆；7—电晕极；8—下吊架；9—重锤；10—再分布板；11—绝缘箱；12—绝缘缸；13—支柱绝缘子
3.电捕焦油器的操作
（1）正常操作
①经常观察电捕焦油器绝缘箱温度并保持在90～110℃，煤气中氧含量控制在安全范围内。
②经常检查疏水器工作是否正常，防止系统积水影响绝缘箱温度。
③经常观察电捕焦油器煤气进出口吸力，判断电捕焦油器阻力。
④经常检查和清扫下液管，保证电捕焦油器排液畅通。
⑤经常观察电捕焦油器的二次电流和电压，保证电捕焦油器处于正常的工作状态。
（2）电捕焦油器开工操作
①电捕焦油器开工前认真检查电气系统绝缘性能，使其符合技术要求，必须检查各阀门处于关闭状态。
②电捕焦油器开工前进行气密性试验。
③向水封槽注满水确认电捕焦油器下液管畅通。
④用氮气置换电捕焦油器中空气，使含氧合格［φ（O2）<1％］。
⑤打开绝缘箱加热系统蒸汽阀门，使绝缘箱温度达到90℃以上（最好提前2h开蒸汽升温）。
⑥打开电捕焦油器煤气进出口阀门，使煤气通过电捕焦油器，并向绝缘箱通入氮气保护。
⑦最后按下电捕焦油器启动按钮，逐级升压，直至升压到50～60kV和电流、电压稳定在工艺要求范围。
（3）电捕焦油器停工操作
①按下停电捕焦油器按钮切断电源，把三点式开关转为接地。
②打开电捕焦油器旁通阀，关闭电捕焦油器煤气进出口阀门，使煤气走旁通。
③关闭电捕焦油器绝缘箱氮气阀门。
④用蒸汽清扫下液管，保证下液管畅通。
⑤用热氨水冲洗电捕焦油器沉降极（蜂窝管）或打开电捕焦油器顶部放散，用蒸汽吹扫电捕。
⑥清扫完毕，当电捕焦油器内温度低于60℃时关闭放散，通入少量氮气或净煤气保持电捕焦油器内微正压，备用。