一种荒煤气高效多种脱除系统及方法

技术领域

本发明涉及物质分离技术领域，具体涉及一种荒煤气高效多种脱除系统及方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，以热解为核心的煤炭分级分质转化技术对合理有效利用煤炭资源和能源，实施能源结构调整，实现煤炭清洁、高效和资源化利用，保障我国能源安全和经济可持续发展具有重要作用。

干馏煤气是荒煤气的一种，也是占比最为重要的一种。干馏煤气是我国煤气主要来源之一，利用焦炉、连续式直立炭化炉等对煤进行干馏所获得的煤气称为干馏煤气。炉前煤低温干馏是以循环流化床锅炉的循环热灰为热源，原煤通过低温干馏释放出挥发分生产焦油和煤气，干馏后的半焦返送到循环流化床锅炉燃烧发电，从而实现热、电、煤气、焦油的多联产。由于循环热灰和半焦细颗粒易被干馏煤气带出，所以炉前低温干馏过程中挥发分的除尘效果不仅影响到干馏焦油的品质和多联产系统的稳定运行，而且也影响到该过程的工业化。

除此之外，热解煤气、高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等人工煤气原始阶段均称之为荒煤气，必须经过处理且符合现行国家标准《人工煤气》GB/T13612质量要求才能作为可燃气体使用。

目前荒煤气净化工艺如下：

①热解煤气：热解炉→余热锅炉→旋风除尘器→高温除尘器→急冷塔→间冷器→电捕焦油器→脱硫→干燥→脱CO

②高炉煤气：高炉来荒煤气→加热→一级水解→一级脱硫→二级水解→二级脱硫→三级水解→三级脱硫→脱氧→加热→有机硫加氢转化→中温氧化锌脱硫剂→干燥→煤气加压系统→煤气柜。

③焦炉煤气：焦炉来荒煤气→初冷器→电捕焦油器→煤气鼓风机→预冷塔→脱硫塔→煤气预热器→喷淋式饱和器→终冷塔→干燥→煤气加压系统→煤气柜。

④转炉煤气：转炉来荒煤气→初冷器→除尘（粗除尘）→脱水→除尘（精除尘）→洗涤除雾→煤气加压系统→煤气柜。

虽然上述净化工艺取得了较好的效果，但依然存在一些问题：需要多套设备同时使用以达到净化效果，设备数量多，占地面积大，投资成本、检修、运行费用相对较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种荒煤气高效多种脱除系统及方法，本发明解决了有毒物质脱除、除尘、焦油去除、余热回收等多个问题，且设备数量少，大幅减少了占地面积，降低了投资和运行费用。

本发明提供了一种荒煤气高效多种脱除系统，包括壳体，所述壳体内部分为直向贯通的上部空间、中部空间和下部空间，所述上部空间对应的壳体为直筒状，所述上部空间具有内腔和沿内腔外围设置的外腔，所述外腔上侧部设有进气烟道，所述内腔顶部设有出气烟道，所述进气烟道呈直线形，与外腔相切，所述进气烟道侧壁设置消石灰喷射装置，用于向烟道内喷入消石灰，所述外腔与内腔底部开口且连通，所述内腔自顶壁悬挂有多个滤袋，所述滤袋为长形竖向放置，底部开口，所述每个滤袋内顶部悬挂有绝缘子，所述中部空间水平设置阳极框架，所述阳极框架上设有阳极线，所述阳极线竖直向上经滤袋底部开口进入滤袋与绝缘子连接，所述壳体、滤袋均为金属材质，所述壳体接地与滤袋相接形成阴极，所述阳极线为阳极，所述上部空间对应的壳体外壁环绕换热盘管，所述换热盘管底部连接有通低温水的进水管，顶部连接有出水管，所述内腔顶部设有入风口，所述入风口连接有风管，所述风管连接有反吹风机，用于吹落附着于滤袋内表面的粉尘。

进一步地，所述滤袋顶部采用端盖闭合，由所述端盖向滤袋插入第一氮气吹扫接管，管口朝向绝缘子，所述第一氮气吹扫接管均布插入并与端盖密封焊接，所述第一氮气吹扫接管连接有第一压缩氮气支管，所述第一压缩氮气支管连接有压缩氮气主管，所述压缩氮气主管连接有压缩氮气源，所述压缩氮气主管设置清扫阀。

进一步地，所述阳极框架通过至少两组的阳极绝缘固定器固定在壳体上，所述阳极绝缘固定器包括连接拉杆、拉杆绝缘子、调节拉杆和调节拉杆固定装置，所述拉杆绝缘子一端与连接拉杆连接，另一端与调节拉杆连接，所述连接拉杆与阳极框架连接，所述壳体侧壁开孔连接有筒体，所述拉杆绝缘子位于筒体内，所述筒体通过连接法兰与壳体固定，所述筒体端部采用检修法兰盖盖合，所述调节拉杆端部伸出检修法兰盖，所述调节拉杆固定装置包括凹球面支撑、凸球面支撑、双螺母，所述凹球面支撑与检修法兰盖固定，所述凸球面支撑的凸面与凹球面支撑的凹面贴合，所述双螺母依次紧固在凸球面支撑上，所述壳体、筒体、检修法兰盖均为金属材质且接地。

进一步地，所述筒体底部插有对准拉杆绝缘子的第二氮气吹扫接管，所述第二氮气吹扫接管连接有第二压缩氮气支管，所述第二压缩氮气支管连接压缩氮气主管。

进一步地，在至少一组的所述阳极绝缘固定器上引入高压发生装置，所述高压发生装置包括高压电源、高压引入导线、穿墙瓷套管、引入电场内部导线，所述筒体顶部开孔，向上设置高压护套管，所述穿墙瓷套管固定于筒体与高压护套管之间，所述高压电源通过高压电源出线柱输出与高压引入导线连接，所述高压引入导线、穿墙瓷套管、引入电场内部导线依次串联，所述引入电场内部导线将高压电源通过连接拉杆接入阳极框架上，所述壳体、筒体均为金属材质且接地。

进一步地，所述出气烟道上设置引风机和离线阀，所述风管上设置反吹风开关阀。

进一步地，所述壳体顶部设置检修人孔门，所述检修人孔门采用双层密封结构，通过压缩氮气管向两层密封门之间通入压缩氮气。

本发明还提供了一种荒煤气高效多种脱除系统的脱除方法，包括以下步骤：

步骤一：荒煤气进入进气烟道，气流呈直线运动，利用消石灰喷射装置向烟道内喷射粉末状消石灰，吸附荒煤气中的水蒸气，去除荒煤气中大部分有毒物质硫化氢、二氧化硫以及无热值二氧化碳，生成的无害物质硫化钙、亚硫酸钙、碳酸钙，与荒煤气一同进入外腔进行预除尘；

步骤二：荒煤气切向进入外腔，沿外腔呈螺旋形向下流动，气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度较大的粉尘甩向外腔内壁，此部分粉尘靠重力向下落入下部空间；

步骤三：换热盘管通入低温水，荒煤气中的焦油经换热盘管降温后由气态转为雾滴、液态，随着离心力甩向外腔内壁并附着于粉尘之上，并随着粉尘靠重力向下落入下部空间；

步骤四：预除尘的荒煤气经过阳极框架时荷电，然后进入滤袋，其中大量带负电荷粉尘向阳极线移动并聚集附着于阳极线，少量带正电荷粉尘随着荒煤气进入滤袋，并聚集附着于滤袋内表面；

步骤五：荒煤气穿过滤袋过滤，过滤后的净煤气进入内腔，经出气烟道排入下游回收处理；

步骤六：粉尘聚集于阳极线的粉尘厚度不断增加，通过振打使粉尘掉落至下部空间中，聚集于滤袋内表面的粉尘厚度不断增加，通过反吹风使粉尘掉落至下部空间中；

步骤七：掉落至下部空间中的粉尘密闭输送至锅炉进行焚烧处理；

步骤八：换热盘管通入的低温水经壳体换热后升温进行热量回收。

本发明的有益效果是：

1、本发明中的荒煤气在进入进气烟道内时，利用消石灰喷射装置向烟道喷射粉末状消石灰，不仅能吸附荒煤气中水蒸气，还能脱除荒煤气中大部分有毒物质硫化氢、二氧化硫，以及无热值二氧化碳，生成无害物质硫化钙、亚硫酸钙、碳酸钙；然后利用荒煤气旋风预除尘、在滤袋内建立高压电场实现静电+过滤深度收尘；再向环绕壳体的换热盘管通入低温水，降温使焦油由气态转变为液态被消石灰、粉尘吸附而脱除，而低温水经壳体换热后进行热量回收。本发明做到了有毒物质脱除、除尘、焦油去除、余热回收，且设备数量少，大幅减少了占地面积，降低了投资和运行费用。

2、本发明在滤袋内建立高压电场实现静电收尘，滤袋与壳体相接为阴极，滤袋内加入阳极线，阳极线为阳极，实现对荒煤气的静电+过滤收尘，大幅减少了占地面积，减少了投资和运行费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明吊挂装置的结构示意图。

图3为本发明滤袋结构示意图。

图4为本发明滤袋下部连接结构示意图。

图5为本发明阳极绝缘固定器的结构示意图。

图6为本发明图5中D处（调节拉杆固定装置）的局部放大图。

图7为本发明阳极绝缘固定器带高压发生装置的结构示意图。

图8为本发明设置四个仓室的平面示意图。

图9为图8中的A向视图。

图10为图8中的B-B向的剖面视图。

图11为图10中E处的局部放大图。

图12为图10中的C-C向的剖面视图。

图13本发明检修人孔门结构示意图。

图中：壳体1，上部空间101，内腔1011，外腔1012，出气烟道10111，进气烟道10121，滤袋102，绝缘子103，入风口1013，风管1014，反吹风机1015，引风机1016，反吹风开关阀1017，离线阀1018，反撑环104，梁105，吊挂装置106，拉紧螺栓1061，锁紧螺母1062，固定螺母1063，调节螺母1064，上部吊钩107，下部吊钩108，端盖109，花板110，防脱固定环111，密封卡箍112，第一氮气吹扫接管113，第一压缩氮气支管114，压缩氮气主管115，清扫阀116，检修人孔门117，检修人孔门密封氮气管118；

中部空间201，阳极框架202，吊耳2021，阳极线203，阳极绝缘固定器204，连接拉杆2041，拉杆绝缘子2042，调节拉杆2043，调节拉杆固定装置2044，凹球面支撑2045，凸球面支撑2046，双螺母2047，检修法兰盖2048，第二氮气吹扫接管205，第二压缩氮气支管206，高压发生装置208，高压电源2081，高压引入导线2082，穿墙瓷套管2083，引入电场内部导线2084，高压护套管2085，高压电源出线柱2086，筒体209，连接法兰2091；

下部空间301；

消石灰喷射装置4；

换热盘管5，进水管501，出水管502。

具体实施方式

下面对本发明涉及的结构或这些所使用的技术术语做进一步的说明。这些说明仅仅是采用举例的方式进行说明本发明的方式是如何实现的，并不能对本发明构成任何的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，属于“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

如图1-13所示，本发明提供了一种荒煤气高效多种脱除系统，包括壳体1，壳体1内部分为直向贯通的上部空间101、中部空间201和下部空间301，上部空间101对应的壳体为直筒状，上部空间101具有内腔1011和沿内腔外围设置的外腔1012，外腔1012上侧部设置进气烟道10121，内腔1011顶部设有出气烟道10111，进气烟道10121呈直线形，与外腔1012相切，进气烟道10121侧壁设置消石灰喷射装置4，用于向烟道内喷入消石灰，外腔1012与内腔1011底部通过花板开口连通，内腔1011自顶壁悬挂有多个滤袋102，滤袋102为长形竖向放置，底部开口，每个滤袋102内顶部悬挂有绝缘子103，中部空间201水平设置阳极框架202，阳极框架202上设有阳极线203，阳极线203竖直向上经滤袋102底部开口进入滤袋102与绝缘子103连接，壳体1、滤袋102均为金属材质，壳体1接地与滤袋102相接形成阴极，阳极线203为阳极，上部空间101对应的壳体外壁环绕换热盘管5，换热盘管5底部连接有通低温水的进水管501，顶部连接有出水管502，下部空间301对应的壳体呈斗状，内腔1011顶部设置入风口1013，入风口1013连接有风管1014，风管1014连接有反吹风机1015，用于吹落附着于滤袋102内表面上的粉尘。

本发明中的荒煤气在进入进气烟道内时，先利用消石灰喷射装置4喷入粉末状消石灰，不仅能吸附荒煤气中水蒸气，还能脱除荒煤气中大部分有毒物质硫化氢、二氧化硫，以及无热值二氧化碳，生成无害物质硫化钙、亚硫酸钙、碳酸钙，反应式如下：

硫化氢与氢氧化钙反应：H

二氧化硫与氢氧化钙反应：SO

二氧化碳与氢氧化钙反应：CO

然后利用荒煤气旋风预除尘、在滤袋内建立高压电场实现静电+过滤深度收尘。再利用环绕壳体的换热盘管降温后使焦油由气态转变为液态被消石灰、粉尘吸收而脱除，同时低温水经过壳体换热后进行热量回收。本发明实现了有毒物质脱除、除尘、焦油去除、余热回收，且设备数量少，大幅减少了占地面积，降低了投资和运行费用。

本实施例中的高压电源采用三相高频正高压电源，即输出为正高压72kV接入阳极，负极接地即阴极。

上部空间101、中部空间201、下部空间301不是严格意义上的等分，而是根据实际需要进行大小划分。

作为一个可选的实施例，消石灰喷射装置4采用密闭氮气喷入，属于常规技术，在此不作赘述。

作为一个可选的实施例，滤袋102采用柔性不锈钢膜滤袋。滤袋102采用柔性材料制成，在滤袋102内设置反撑环104，用于滤袋102的形状支撑。滤袋102采用不锈钢材质，导电接地可靠。

作为一个可选的实施例，为保证极间距合理，将滤袋104直径制作为300~450mm，滤袋104间净距设计为60~150mm。

作为一个可选的实施例，如图2和3所示，内腔1011顶壁设置梁105，梁105通过吊挂装置106与滤袋102固定，吊挂装置106包括拉紧螺栓1061、锁紧螺母1062、固定螺母1063和调节螺母1064，拉紧螺栓1061竖向穿过梁105，锁紧螺母1062、固定螺母1063从上往下依次紧固在拉紧螺栓1061上部，调节螺母1064紧固在拉紧螺栓1061下部，滤袋102上设置上部吊钩107和下部吊钩108，滤袋102顶部采用端盖109闭合，上部吊钩107焊接于端盖109的外表面，其顶部钩部与拉紧螺栓1061底部的挂钩连接，下部吊钩108位于滤袋102内且焊接于端盖109的内表面，其底部钩部与绝缘子103连接，梁、吊挂装置、端盖均为金属材质。通过吊挂装置106可调节拉紧滤袋102。

作为一个可选的实施例，如图4所示，除尘腔水平设置花板110，花板110均匀开孔，孔上焊接有防脱固定环111，通过密封卡箍112将滤袋102底部固定在防脱固定环111上，防脱固定环111外侧上部设置凸起结构，密封卡箍112为软密封结构，可有效防止滤袋102从防脱固定环111脱落。密封卡箍112安装到位后通过梁上的吊挂装置106调节拉紧滤袋102，使之达到使用要求。

作为一个可选的实施例，如图3所示，由端盖109向滤袋102插入第一氮气吹扫接管113，管口朝向绝缘子103，第一氮气吹扫接管113均布插入并与端盖109密封焊接，第一氮气吹扫接管113连接有第一压缩氮气支管114，第一压缩氮气支管114连接有压缩氮气主管115，压缩氮气主管115连接有压缩氮气源，压缩氮气主管115设置清扫阀116。由于绝缘子103处于含尘浓度较高的环境之中，长时间绝缘子103表面会有粉尘黏附，造成阳极线203与滤袋102（阴极）绝缘性能变差导电，通入压缩氮气定期吹扫以防止绝缘子103放电导通，通入吹扫用的压缩氮气，通过清扫阀116实现定期清扫以确保绝缘子103表面干净。

作为一个可选的实施例，如图5所示，阳极框架202通过至少两组的阳极绝缘固定器204固定在壳体1上，阳极绝缘固定器204包括连接拉杆2041、拉杆绝缘子2042、调节拉杆2043和调节拉杆固定装置2044，拉杆绝缘子2042一端与连接拉杆2041连接，另一端与调节拉杆2043连接，连接拉杆2041与阳极框架202连接，壳体1侧壁开孔连接筒体209，拉杆绝缘子2042位于筒体209内，筒体209通过连接法兰2091与壳体1固定，筒体209端部采用检修法兰盖2048盖合，调节拉杆2043端部伸出检修法兰盖2048。调节拉杆固定装置2044包括凹球面支撑2045、凸球面支撑2046、双螺母2047，凹球面支撑2045与检修法兰盖2048固定，凸球面支撑2046的凸面与凹球面支撑2045的凹面贴合，双螺母2047依次紧固在凸球面支撑2046上，参见图6。调节拉杆固定装置2044可以360度调节调节拉杆2043。

作为一个可选的实施例，如图5所示，筒体209底部插有对准拉杆绝缘子2042的第二氮气吹扫接管205，第二氮气吹扫接管205连接有第二压缩氮气支管206，第二压缩氮气支管206连接压缩氮气主管115。连接拉杆2041与调节拉杆2043之间通过拉杆绝缘子2042绝缘，第二氮气吹扫接管206接入氮气定期对拉杆绝缘子2042表面吹扫以保持干净，达到良好的绝缘性能。

作为一个可选的实施例，如图7所示，在至少一组的阳极绝缘固定器204上引入高压发生装置208，高压发生装置208包括高压电源2081、高压引入导线2082、穿墙瓷套管2083、引入电场内部导线2084，筒体209顶部开孔，向上设置高压护套管2085，穿墙瓷套管2083位于筒体209与高压护套管2085之间，高压电源2081通过高压电源出线柱2086输出与高压引入导线2082连接，高压引入导线2082、穿墙瓷套管2083、引入电场内部导线2084依次串联，引入电场内部导线2084将高压电源2081通过连接拉杆2041接入阳极框架202上。在筒体209上设置高压护套管2085，将穿墙瓷套管2083及高压引入导线2082隔离在安全距离，防止高压对人体造成伤害。

作为一个可选的实施例，壳体1、筒体209、检修法兰盖2048均为金属材质且必须良好的接地。

作为一个可选的实施例，如图1所示，换热盘管5环绕在上部空间对应的壳体1外侧，底部连接进水管501，顶部连接出水管502，进水管501通入低温水，使焦油降温由气态转变为液态，而换热后成热水经出水管502排出进行余热回收。

作为一个可选的实施例，如图8和12所示，将壳体内的空间设置成4个仓室，当然，根据荒煤气量大小可适当增减仓室数量。每个仓室配置反吹风开关阀1017，反吹风开关阀1017设在风管1014上。4个仓室的反吹风开关1017轮流开启且每次仅有一个开启，通过切换反吹风开关阀1017用来反吹各个仓室以达到清灰目的。每个仓室在出气烟道10111上配置离线阀1018，该仓室反吹清灰时对应的离线阀1018关闭，对应的反吹风开关阀1017开启，以此达到离线清灰目的，参见图9。各个仓室可独立关闭对应的离线阀1018。离线阀1018设置为气动提升阀。

作为一个可选的实施例，如图9所示，出气烟道10111上设置引风机1016，用于将内腔净煤气引导至出气烟道10111以排入下游回收。

作为一个可选的实施例，如图10和11所示，每两个仓室阳极框架202之间采用两个拉杆绝缘子2042通过连接拉杆2041连接，连接拉杆2041为可调式，拉杆绝缘子2042要有足够长度和绝缘性。

作为一个可选的实施例，如图11所示，阳极线203采用不锈钢螺旋线或者不锈钢丝绳，线径约3mm。阳极框架202上焊接有吊耳2021，如果阳极线203是螺旋线，线两头均有挂钩，直接挂上即可；如果是钢丝绳，则穿过吊耳的孔使用卡箍固定即可。

作为一个可选的实施例，如图12所示，通过设置不少于1套的阳极振打机构204将聚集于阳极线的粉尘通过振打使成块的粉尘掉落至下部空间中。阳极振打机构204具体为一套电动执行机构（电机+减速机）输出轴上挂有多个锤头，每个锤头对应一排阳极框架，通过轴的转动使锤头转动至最高点后自由落体产生加速度从而振打阳极框架，传动轴中间以瓷绝缘子转轴过渡与壳体、执行机构绝缘，阳极振打机构204为常规结构，在此不作赘述。

作为一个可选的实施例，如图8和13所示，每个仓室顶部设置检修人孔门117，检修人孔门117采用双层密封结构，通过压缩氮气管118向两层密封门之间通入压缩氮气，使得该结构人孔门达到对空气的零泄露，以保持煤气的洁净度。

本发明还提供了一种荒煤气高效多种脱除方法，包括以下步骤：

步骤一：荒煤气进入进气烟道，气流呈直线运动，利用消石灰喷射装置向烟道内喷射粉末状消石灰，吸附荒煤气中的水蒸气，去除荒煤气中大部分有毒物质硫化氢、二氧化硫以及无热值二氧化碳，生成的无害物质硫化钙、亚硫酸钙、碳酸钙，与荒煤气一同进入外腔进行预除尘；

步骤二：荒煤气切向进入外腔，沿外腔呈螺旋形向下流动，气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度较大的粉尘甩向外腔内壁，此部分粉尘靠重力向下落入下部空间；

步骤三：换热盘管通入低温水，荒煤气中的焦油经换热盘管降温后由气态转为雾滴、液态，随着离心力甩向外腔内壁并附着于粉尘之上，并随着粉尘靠重力向下落入下部空间；

步骤四：预除尘的荒煤气经过阳极框架时荷电，然后进入滤袋，其中大量带负电荷粉尘向阳极线移动并聚集附着于阳极线，少量带正电荷粉尘随着荒煤气进入滤袋，并聚集附着于滤袋内表面；

步骤五：荒煤气穿过滤袋过滤，过滤后的净煤气进入内腔，经出气烟道排入下游回收处理；

步骤六：粉尘聚集于阳极线的粉尘厚度不断增加，通过振打使粉尘掉落至下部空间中，聚集于滤袋内表面的粉尘厚度不断增加，通过反吹风使粉尘掉落至下部空间中；

步骤七：掉落至下部空间中的粉尘密闭输送至锅炉进行焚烧处理；由于下部空间收集的粉尘含有焦油等高热值物料，因此出灰输送至锅炉进行焚烧；

步骤八：换热盘管通入的低温水经壳体换热后升温进行热量回收。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。