干熄焦一次除尘器的结构形式及其对除尘效率的影响

干法熄焦（Coke Dr y Quenchi ng）简称干熄焦（CDQ）， 是相对于湿法熄焦而言的，是指采用惰性气体将红焦冷却的一种熄焦方法。在干熄焦过程中，红焦从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却区红焦层，吸收红焦显热，冷却后的焦炭从干熄 炉底部排出。从干熄炉环形风道出来的高温惰性气体经一次除尘器除尘后流经干熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环。干熄焦在节能、环保和改善焦炭质量等方面优于湿法熄焦。一次除尘器是干熄焦工艺中的预除尘设备，位于干熄室和干熄焦锅炉之间，是干熄室到干熄焦锅炉的过渡性气体通道，其基本工作原理是在重力作用下， 悬浮的颗粒状焦粉粉尘从运动的气流中沉降下来，从一次除尘器底部排出，达到保护锅炉炉管的目的。

一、一次除尘器的主要结构形式 

目前国内外设计的具有代表性的干熄焦一次除尘器结构主要有两种形式，即带大挡墙结构和不带大挡墙结构。虽然还存在其他结构形式，但由于实际使用很少，故本文不做过多论述。

1.带大挡墙结构的一次除尘器

带大挡墙结构的一次除尘器示意图见图1。大挡墙结构的一次除尘器是一种惯性除尘器装置，通过设置挡墙结构，使含尘气体强制转换流动方向，使密度大于循环气体密度的焦粉在惯性作用下撞向大挡墙或除尘器灰斗壁面从而损耗动能，失去动能后脱离循环气体裹挟，最终被灰斗收集下来。该种结构形式的除尘器具有除尘效率高、结构简单等特点，在早期的干熄焦除尘设备设计中广泛应用。

2、不带大挡墙结构的一次除尘器 

不带大挡墙结构的一次除尘器示意图见图 2。不带大挡墙结构的一次除尘器一般设计出口比入口标高稍高，因此也可称错差式除尘器。其工作原理为重力除尘，利用焦粉与循环气体密度不同，使焦粉在重力作用下自然沉降，相当于化工设备中的箱式除尘器，给定处理能力的情况下，除尘效率只与焦粉密度和形状、沉降高度、停留时间有关。该类型除尘器具有结构简单、系统阻力小、运行生产过程不易损坏等优点，但缺点也很明显——除尘效率低。当焦粉粒径小于0.5mm时，大部分焦粉无法在有限时间内沉降至除尘器灰斗内而落入锅炉内。该类型除尘器仅适用于下游设备对循环气体含尘量要求不高的场合。

二、两种结构形式的一次除尘器除尘效率仿真模拟分析

1.带大挡墙结构的除尘器除尘效率分析 

带大挡墙结构的除尘器的除尘效率虽然高，但也仅是相对于无大挡墙设计的除尘器，当焦粉粒径小于0.5mm时，焦粉运动过程受高速流动的循环气体裹挟，大量焦粉并不能顺利除去。受限于该类型除尘 器的除尘原理（见图 3）和特征结构，循环气体在流经除尘器时都会发生转向或流通截面突然缩小等过程，系统阻力较大，一般为200Pa~600Pa。

粒径约 1. 0 mm焦粉在干熄焦炉及除尘器内的运动轨迹见图 4。焦粉在飞出斜道口后在环形风道内自 然沉降，大颗粒焦粉沉降速度快，大概率被除尘器灰 斗捕捉，小颗粒焦粉沉降速度慢，易被循环气体裹挟飞出除尘器。

受大挡墙除尘器结构限制，挡墙下部循环气体迅 速转向上升，在挡墙底部和灰斗锅炉侧上部出现高流速区。焦粉在惯性作用下撞击挡墙后，在下落过程中遭遇循环气体转向气流，使部分焦粉再次被循环气流裹挟飞出除尘器，从而降低了除尘效率。如果能实现焦粉沉降方向与循环气流流动方向不交叉，可大大提高该类型除尘器的除尘效率；目前虽然在已公开的中国 发明专利里出现了大量优化方案，但具体实施的不多。带大挡墙的除尘器实际标定数据与数值仿真模拟除尘效率对比见表1。由表1可知：粒径超过2.0mm的焦粉除尘效率接近100%，粒径小于0.15mm的焦粉除尘效果甚微。

2.不带大挡墙结构的除尘器除尘效率分析 

不带大挡墙（错差式）除尘器焦粉运动轨迹见图5。对比图5和图3可以发现：由于大挡墙的存在，焦粉的运动轨迹受到了影响，从而导致二者的除尘效率也有所不同。

相同工况下，带大挡墙除尘器与错差式除尘器的 数值模拟除尘效率对比见表2。

综合考虑干熄焦循环气体中焦粉的粒径并非均匀分布，焦粉中粒径大于1.0mm的约占8%（质量分数），小于0.5mm的约占67%（质量分数），相同工况下数值模拟分析出的大挡墙除尘器的总除尘效率约为43.80%，错差式除尘器的除尘效率为9.30%。粒径0.5 mm焦粉在错差式除尘器中的运动轨迹见 图 6。焦粉在环形风道内开始沉降，由于靠近除尘器侧斜道口开度小，循环气体流速快，大量焦粉被带向除尘器顶部，故而大部分焦粉不能落入灰斗中，除尘效率较低。如果能在除尘器入口拱顶处合理设置一定高度的挡墙或抬高除尘器出口的高度，除尘器的效率还可明显改善，但上述改善仅限于粒径 0. 5 mm以上的焦粉。

综上所述，相比于大挡墙除尘器设计，错差式除尘器除尘效率是相对低的，这种差别是由于原理和结构的不同所导致的，很难通过结构参数的优化加以弥补。

三、两种结构形式的一次除尘器综合比较

1. 除尘效率

根据第2节计算机模拟结果可知：带大挡墙的一次除尘器的除尘效率比较高，约为43.80%。差错式一次除尘器由于取消了大挡墙，改变了一次除尘器的结构，导致焦粉在一次除尘器里的运动轨迹也跟着变化， 其除尘效率约为9.30%，比带大挡墙结构的一次除尘器除尘效率要低很多。

2.耐材使用量 

对于相同处理量的干熄焦装置，由于大挡墙的存在，带大挡墙结构的一次除尘器的耐材使用量要比差 错式结构的一次除尘器耐材使用量大。虽然不同处理能力的一次除尘器大挡墙的大小、耐材用量不同，但由 于其占整个干熄焦耐材用量的比例很小，故两种结构 形式的耐材量差距不大，对干熄焦投资的影响可以忽 略不计。

3.阻力损失 

根据带大挡墙除尘器的除尘原理和特征结构，循 环气体在流经除尘器时都会发生转向或流通截面突然 缩小等过程，系统阻力较大，一般为200Pa~600Pa。由于大挡墙的存在增加了整个干熄焦工艺的系统阻力，因此带大挡墙结构一次除尘器的干熄焦系统的动能损失较大，系统阻力也大

4. 生产维护 

在生产过程中，由于大挡墙不断受到焦粉的冲击和摩擦，在实际生产过程中容易损坏、倒塌。因此从生产维护角度看，不带大挡墙结构的一次除尘器更易于维护保养。

四、结论及建议 

（1）一次除尘器作为干熄焦系统锅炉入口前的除尘设备，其除尘效率与结构形式密切相关，带大挡墙的除尘器的除尘效率明显高于无挡墙设计，尤其对于粒径大于1mm的焦粉，该差别极为明显。而对于粒径小于0.15 mm的焦粉，两种形式的除尘器除尘效果均不佳。

（2）带大挡墙结构的一次除尘器虽然除尘效率高， 但挡墙结构长期受含尘气流冲刷且受高温变形影响易损毁，同时存在系统阻力大的缺点，因而，在一次除尘器的选择上，应该兼顾循环气体中携带焦粉的特性、系统各部位阻力需求以及锅炉的耐磨性能等多种因素。同时，还应考虑一次除尘器作为惯性或重力除尘设备的工作极限。目前竖直方向设置的锅炉装置必然在锅炉底部沉积大量焦粉，应考虑在锅炉底部设置 定期排渣装置，收集不断沉积的焦粉。

（3）在一次除尘器的优化方面，带大挡墙的惯性除尘器存在循环气体的转向区域与焦粉下落区域重 叠，造成部分离心分离出的焦粉被气流裹挟飞出除尘 器的情况。如果能使气体转向的路径与焦粉沉降路径 不交叉，则除尘效率会有很大提升。例如：在除尘器中设置挡墙，使气流水平向上旋转，挡墙下方直接收集沉降的焦粉。对于无大挡墙的除尘器优化，则应考虑优化结构使循环气体的流速下降、缩减沉降高度以及合理的设置小挡墙结构，使更多的焦粉沉积在灰斗内。