焦油是煤氣生產(chǎn)過程中在高溫下產(chǎn)生的一種復雜的高分子聚合體。煤氣生產(chǎn)過程中產(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。焦油霧會在后續(xù)的洗滌等煤氣凈化過程中被洗滌下來進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)的正常運行,在煤氣凈化工序的開始應首先進行焦油霧的脫除。
一、電捕焦油器介紹
捕集煤氣中的焦油霧的設(shè)備有機捕焦油器和電捕焦油器,我國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)生正負極,使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過電捕焦油器時,由于受到電場的作用被捕集下來。電捕焦油器可設(shè)于焦爐煤氣鼓風機之前或后。電捕焦油器與機械除焦油器相比，具有捕焦油效率高、阻力損失小、氣體處理量大等特點。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。無論哪種結(jié)構(gòu)，其工作原理，即在金屬導線與金屬管壁〔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，使陰陽極之間形成電暈區(qū)。
按電場理論，正離子吸附于帶負電的電暈極，負離子吸附于帶正電的沉淀極；所有被電離的正負離子均充滿電暈極與沉淀極之間的整個空間。當含焦油霧滴等雜質(zhì)的煤氣通過該電場時，吸附了負離子和電子的雜質(zhì)在電場庫倫力的作用下，移動到沉淀極后釋放出所帶電荷，并吸附于沉淀極上，從而達到凈化氣體的目的，通常稱為荷電現(xiàn)象。當吸附于沉淀極上的雜質(zhì)量增加到大于其附著力時，會自動向下流趟，從電捕焦油器底部排出，凈氣體則從電捕焦油器上部離開并進入下道工序。
二、電捕焦油器氧含量監(jiān)測的必要性
在通常情況下氣體是不導電的，但在高壓電場的作用下氣體內(nèi)部的電子便會獲得足夠的能量成為自由電子而導電，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中。在均勻性電場中，隨著電壓的增加，只要其間任何一點發(fā)生電離，兩極間將立即充滿帶電離子，整個空間的氣體被擊穿。此時電流急劇增加而形成火花放電，類似雷電形成過程。
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,當煤氣與氧氣的混合比例達到爆炸極限時就會發(fā)生爆炸。煤氣中的氧氣主要來源于制造過程中設(shè)備及管道密封不嚴泄漏進入的空氣,或來自燃料氣化用氣化劑過?；蚨搪贰Ｈ斯っ簹庠谏a(chǎn)過程中,有時會有一定量的空氣進入煤氣中,為保證混入的空氣與煤氣混合后不達到爆炸極限,就應控制煤氣中的氧氣含量?！冻擎?zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》(GB 50028-2006)規(guī)定,當干餾煤氣中氧體積分數(shù)大于1%時,電捕焦油器應發(fā)出報警信號,當氧體積分數(shù)達到2%時,應有能立即切斷電源的措施?！豆I(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程 GB6222-2005》中也詳細規(guī)定了煤氣氧含量達到1%，電捕焦油器必須能夠及時切斷電源。
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 （體積分數(shù)） |
煤氣中空氣體積分數(shù) |
煤氣中氧氣體積分數(shù) |
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上限 |
下限 |
爆炸上限時 |
爆炸下限時 |
爆炸上限時 |
爆炸下限時 |
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焦爐煤氣 |
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 |
|
油制氣 |
42.9 |
4.7 |
57.1 |
95.3 |
12.0 |
20.0 |
從表1可見,對于焦爐煤氣、直立爐煤氣、油制氣,當達到煤氣的爆炸上限,煤氣中氧體積分數(shù)為12%~13.5%(即煤氣中空氣體積分數(shù)達60%左右)時才能形成爆炸性氣體。對于發(fā)生爐煤氣及水煤氣,當煤氣中空氣體積分數(shù)達到30%左右,即煤氣中氧體積分數(shù)達到6%以上時才能達到爆炸極限。
四、電捕焦氧含量的測量方法
按照測量原理分類，目前常用的在線測量氧氣的原理主要有以下幾種：
激光氧含量測量原理、電化學氧含量測量原理、順磁氧含量測量原理、氧化鋯氧含量測量原理。
由于氧化鋯測量原理對樣品氣的溫度有要求，故一般不會在電捕焦的工況下使用。
而根據(jù)取樣方式來分類主要分為原位測量和抽取式測量。
原位式測量方式目前只能夠采用激光的原理，一般采用雙法蘭對射式結(jié)構(gòu)設(shè)計，即在被測工藝管道一側(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接，需要嚴格保證設(shè)備安裝的同軸度并進行復雜的光路調(diào)節(jié)工作。
抽取式測量方式一般先通過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，最后進入分析儀表測量。
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項目 |
原位式 |
抽取式 |
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安裝難度 |
原位式安裝管道需對射開孔，安裝時需要對光，管道直徑過大時安裝難度較大，必須專業(yè)的安裝人員才能操作。 |
抽取式安裝管道開孔少，但需要鋪設(shè)取樣管道，現(xiàn)場安裝需要的人員較多。 |
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維護量 |
原位測量無需復雜的采樣系統(tǒng)，人工維護極大減少。但無法現(xiàn)場標定驗證。 |
抽取式需要定期對水洗管，過濾器等進行更換維護。 |
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響應時間 |
原位式測量由于傳感器直接安裝在被測管道上，測量的響應時間很短，正常在1s以內(nèi)就能得出測量結(jié)果，實現(xiàn)真正意義的實時測量。 |
抽取式測量由于需要將樣品氣從管道抽取出后并進行除焦油，除塵，干燥等預處理，一般系統(tǒng)的響應時間在30s左右。 |
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配套工程 |
原位式為了保護儀器光學視窗不受污染，當前普遍使用壓縮氮氣作為吹掃氣持續(xù)通入儀器光路中，一臺儀器氮氣用量一般在40～80L/min,消耗量十分巨大。 |
抽取式一般采用正壓防爆機柜，水洗罐，需提供壓縮空氣及潔凈水源，消耗費用低于原位式。 |
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適應工況 |
當對管道中含有大量粉塵的樣氣進行測量時，由于粉塵對激光信號的遮擋，激光信號強度將受到嚴重影響，甚至造成接收單元無法接收到激光信號的情況，導致測量失敗。故原位式只能適應較潔凈的工況條件，不適合高焦油，高粉塵的焦爐煤氣工況，只能安裝在電捕之后。 |
抽取式由于經(jīng)過預處理系統(tǒng)，可適應絕大多數(shù)現(xiàn)場應用的要求。 |
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準確度 |
原位式安裝實際測量光程受煙道直徑限制，管道的振動也會影響測量穩(wěn)定性，實際工況中誤差較大。 |
抽取式準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，準確度和穩(wěn)定性都會優(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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