煤化工生产中颗粒物生成的控制

煤化工生产中颗粒物生成的控制

煤化工生产中，煤中的矿物质(如灰分、硅、铝等)会在燃烧过程中以颗粒形式排放，这些颗粒物会悬浮在空气中，污染大气，影响人类健康。特别是在煤的灰分较高时，颗粒物的排放量较大。因此，需要通过多种技术的综合应用，可以有效降低颗粒物排放，推动煤化工行业的绿色转型。

一、颗粒物生成的原因及危害

1.颗粒物生成原因

煤化工生产过程中，颗粒物主要来自于煤的燃烧、气化、炼焦等工艺环节。具体来说，颗粒物的生成原因包括以下几个方面：

（1）煤的燃烧：煤中的矿物质(如石英、黏土、长石、铝土矿等)在燃烧过程中无法完全燃烧，部分固体物质以颗粒的形式排放。这些颗粒物的大小和组成取决于煤的种类、燃烧条件以及煤中含有的矿物元素。

（2）煤的气化：在煤气化过程中，煤与气化剂(如氧气、蒸汽等)发生反应生成合成气，这一过程中可能产生不完全气化的固体颗粒，尤其是当煤的气化温度过低或气化过程不完全时。

（3）炼焦过程：煤通过加热转化为焦炭的过程中，产生的焦炉气中含有大量的颗粒物。这些颗粒物主要由煤中的矿物质、炭化过程中未完全气化的有机物以及煤中含有的硫化物等组成。

（4）煤制化肥：在煤制化肥的过程中，特别是煤气化与氨合成的反应中，会有部分煤中的矿物质作为颗粒物随烟气排放。

（5）粉尘生成：在煤化工的各个环节中，由于操作过程中的煤粉、煤渣等固体物料的搬运、储存和处理，容易产生可吸入的煤粉尘，这些尘土也会随气流进入大气环境。

2.颗粒物的危害

颗粒物(尤其是细颗粒物，PM2.5)具有较大的危害性，主要表现为以下几个方面：

（1）空气质量污染：颗粒物直接污染空气，降低空气透明度，影响环境质量。尤其是PM2.5，它们能长时间悬浮在空气中，影响人类的视觉感受，导致雾霾天气。

（2）对人体健康的影响：细颗粒物(PM2.5)可通过呼吸道进入人体，并沉积到肺部、血液中，长期暴露会增加呼吸系统疾病(如慢性支气管炎、哮喘等)的发病率，甚至会引发心血管疾病、肺癌等疾病。

（3）环境污染：颗粒物不仅影响空气质量，还能在降水中形成酸性沉积物(如酸雨)，导致土壤酸化、水体污染等环境问题，进而影响农作物生长和生态系统。

（3）设备磨损与腐蚀：煤化工生产过程中，颗粒物的积聚会对设备造成磨损和腐蚀，降低设备使用寿命，并增加维护成本。

二、煤化工生产中颗粒物控制技术

为了控制煤化工生产中产生的颗粒物，常用的技术包括电除尘器、袋式除尘器等。以下是对这些技术的详细介绍

1.电除尘器

（1）原理：

电除尘器(ESP)通过高压电场使得颗粒物带电，并利用电场力将带电的颗粒物吸附到电极板上，从而达到分离和清除颗粒物的目的。

（2）工作过程：

电离阶段：在电除尘器中，烟气流经过高压电场(通常为几十千伏至几百千伏)，使颗粒物带上负电荷。

沉积阶段：带电颗粒物在电场作用下向着电极板移动，颗粒物被收集在电极板上。

清理阶段：定期清理电极板上的颗粒物，通过震打或振动清除已沉积的粉尘。

应用领域：电除尘器广泛应用于煤燃烧、气化、炼焦、钢铁冶炼等行业中，尤其适用于大气中悬浮颗粒物的捕集。

（3）优势：

效率高：对粒径较大的颗粒物(如PM10)和细颗粒物(如PM2.5)有较高的捕集效率。

适用范围广：可以处理大量烟气，适用于大流量、高温、高湿的工况条件。

运行成本较低：由于没有滤料，运行维护成本较低。

（4）局限性：

对细颗粒物的捕集效率较低：电除尘器对细颗粒物(特别是PM2.5)和含水量较高的颗粒物的捕集效率较差。

设备体积大：电除尘器体积较大，需要较高的安装空间。

 

2.袋式除尘器

（1）原理：

袋式除尘器(Baghouse Filter)通过滤袋的物理筛分作用，将烟气中的颗粒物捕集在滤袋的表面，从而实现颗粒物的去除。烟气经过滤袋时，颗粒物被滤袋拦截，清洁的气体通过滤袋排出。

（2）工作过程：

烟气进入除尘器，通过滤袋时，颗粒物被截留在滤袋的表面。

随着滤袋上的灰尘积聚，气体流速逐渐减慢，颗粒物沉积越多。

通过定期振打或反吹清洁滤袋上的灰尘，使得积尘脱落，并被排出。

 （3）应用领域：

袋式除尘器在煤化工、钢铁冶炼、水泥生产等行业的颗粒物控制中有着广泛应用，特别适用于处理细颗粒物(PM2.5)。

（4）优势：

高效性：对不同粒径的颗粒物(尤其是细颗粒物PM2.5)具有很好的去除效果。

灵活性：袋式除尘器适应性强，可以根据实际需要调整过滤材料，适用于各种烟气条件。

较低的气流阻力：对于中等大小的颗粒物(如PM10)的去除效率非常高。

（5）局限性：

滤袋维护：滤袋会因积灰而需要定期清理或更换，增加了维护成本。

对气体温度的要求：袋式除尘器对于高温或含水量较高的烟气可能不适用，需要进行预处理。

3.现阶段主要的解决方法

当前煤化工生产中的颗粒物控制，通常是通过以下几种技术的综合应用来实现：

（1）源头减排：优化燃烧工艺和气化过程，减少煤中矿物质和未完全燃烧的颗粒物的生成。例如，采用低氮燃烧技术或控制气化温度，避免产生大量颗粒物。

（2）电除尘器与袋式除尘器组合应用：对于烟气中颗粒物的控制，尤其是细颗粒物的去除，通常采用电除尘器与袋式除尘器的组合应用。电除尘器能够有效去除较大颗粒物，而袋式除尘器则更适合去除细颗粒物。

（3）湿法除尘：对于湿度较高的气体或湿气中的颗粒物，可使用湿法除尘技术，如湿式电除尘器或湿式洗涤塔。这些技术通过水与颗粒物的接触，形成浆料，进而达到去除颗粒物的目的。

（4）高效过滤技术：在一些高温、高湿的工况中，采用新的高效滤材(如纳米材料、超细纤维等)制造滤袋，能够提高颗粒物的捕集效率。

三、进展总结

煤化工生产中的颗粒物控制是实现环境保护和提高生产效益的重要环节。电除尘器和袋式除尘器作为传统的主要控制技术，在减少煤化工行业颗粒物排放中发挥着关键作用。结合源头控制、先进的过滤技术和多种治理方法的综合应用，可以有效地减少颗粒物对环境和人体的危害，为煤化工行业的绿色转型提供支持。