内燃式密闭电石炉烟气余热利用及净化技术.doc

内燃式密闭电石炉烟气余热利用及净化技术
的开发与综合应用
汪为忠 合肥合意环保科技工程有限公司
摘要：本文介绍了我国内燃式密闭电石炉炉气治理的污染现状，论述了目前使用的几种典型的炉气治理方法以及可行性对比。
1 概况
电石是基本的有机化工原料，由它制得的乙炔可替代石油制品生产醋酸、醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙炔碳黑等一系列数千种有机产品。又是冶金、矿山、机械、建筑等工业中必不可少的辅助材料。由于中国原油缺少，现在油价又节节攀升，从氯碱行业的信息看，电石法PVC还将发展，电石行业仍有发展的空间，但大部分电石厂技术落后，装备较差，环保意识淡薄，对我国环境状况构成威胁，随着社会发展和科学技术的进步，我国能源的日趋紧缺，环保要求更加严格，电石生产技术正向高效、节能和环保型的方向发展，形成煤、盐、电、碱、电石、PVC、水泥、CO利用的大型一体化项目，电石规模都在数十万吨以上，甚至规划超百万吨的，无疑将在整合和规范行业的健康发展上产生巨大影响。因此，电石工业朝密闭炉型、大型化、规模化已成趋势。
中国电石行业目前初步资料表明约有电石企业二百多户,生产能力超过700万吨，电石年产量居世界首位。在电石生产中，电石炉的烟气是最大的污染源，以一座20000KVA的内燃式密闭电石炉为例，年排放废气量(以每年生产10个月计算)达到4亿标准立方米，年粉尘排放量超过2000吨，污染极其严重。由于电石炉烟气温度高，粉尘性质特殊，风量变化大，国内电石行业采用了许多除尘技术，进行了大量的烟气净化的实践，但都未能根本解决问题。在全国电石行业，无论是全密闭电石炉、半密闭电石炉还是开放式电石炉，其烟气治理技术多年来都一直是国内电石行业的难题而无法解决。电石行业及环保科技人员做了大量工作，尝试采用了各种除尘技术，但实际应用成功的很少。主要的问题是烟气排放不能达标，另外整个系统的运行可靠性较差，很多电石厂花费了许多人力物力上马的废气除尘装置用不了多久就失去功效而最终废弃不用。电石炉烟气的治理如此困难，主要原因是其烟气量大，含尘浓度高，粉尘性质十分特殊，烟气温度高并存在波动，烟气的性质随炉型的不同有很大的变化，这些给除尘器的设计选型带来了极大的困难。直到1996年8月，由合肥水泥研究设计院设计的我国第一台用于半密闭电石炉烟气的玻纤袋除尘器在三明化工总厂电石分厂20000KVA半密闭电石炉上建成投运，才实现了电石炉烟气治理技术的根本突破。三明化工厂电石炉烟气治理的成功标志着半密闭电石炉的烟气治理技术难题已经得到基本解决，可以说这是电石炉除尘技术发展的一次重大进步。此后三明化工厂另外两台半密闭电石炉也采用该项技术，胜利油田、福维、广维、焦作化一、新疆天业、云南维尼纶等企业内燃式密闭电石炉相继采用了这一技术，均获得了满意的效果。
以这些技术为基础，新的能够适合不同用户要求的电石炉烟气余热利用及烟气净化技术不断被开发出来，并很快获得应用，取得了很好的经济效益和社会效益。

2 内燃式密闭电石炉烟气特性
内燃式密闭电石炉是在引进国外电石炉的基础上根据我国的实际情况自行研制出来的炉型，其烟温及烟气量波动较大、粒径细小而且还有一定的粘性，烟温较高，一般达到400℃以上。一般来说，电石炉的烟气特征如表1、表2、表3所示。
表1： 内燃式密闭电石炉的烟气工艺参数
炉 型
半密闭炉
烟气温度
350～550℃
风量 / 吨电石产量
9,000 Nm3/h
含尘浓度
8～20g/Nm3
氧含量
17%
一氧化碳含量
0.33%
二氧化碳含量
5.0%
氢含量
微量
水蒸气含量
0.9%
氮气含量
76%
焦油含量
微量
表2：电石炉烟气中粉尘的化学成分
粉尘种类
CaO
C
SiO2
Fe2O3
Al2O3
其它
百分比%
37.2
34.1
15.8
0.96
7.1
4.84
表3：电石炉烟气中粉尘的粒径分布
粒 径
0 ～ 2
2 ～ 5
5 ～ 10
10 ～ 20
20 ～ 40
> 40
百分比%
37.5
19.6
21.8
15.6
4.1
1.4

3国内内燃式密闭电石炉烟气净化状况及存在的问题
从电石的粉尘性质可以看出，电石炉烟气温度高，粉尘性质复杂，烟气量大，比电阻高，治理难度是较大的。炉气由于在炉面燃烧，产生的炉气主要成分是CO2和粉尘，目前国内用于内燃式密闭电石炉的净化处理方法中有两种，分别是湿法除尘和干法除尘，湿法除尘在实际使用过程中存在很大的问题，主要原因是粉尘中含有CaO，遇水生成Ca(OH)2，碱性、粘性大，在高温下形成酸液严重腐蚀设备并造成二次污染。干法除尘有旋风除尘、袋式除尘和静电除尘，旋风除尘由于除尘效率低一般都不能达标；静电除尘要降低粉尘比电阻，才能够实现粉尘的达标排放，国内目前能够实现达标排放的几乎没有；布袋除尘使用的比较普遍，但在选用时要考虑降温、滤料和清灰方式的选择才能实现粉尘的达标排放；相比来说，布袋除尘的除尘效率是最高的，可以达到99%。
多年来国内电石企业和环保科技人员做了大量工作，尝试采用了各种除尘技术，成功的先例较少。主要存在的问题为①除尘方式的选用不当，②整个系统的运行可靠性较差，而且影响电炉的正常生产。③采用干法除尘时设备采用的清灰方式选用不当，建议采用新型的高压喷管脉冲清灰技术。电石炉的烟气特点主要为烟气量大、含尘多、粉尘颗粒细小比重轻且具有一定的粘度、烟气温度较高并存在一定程度的波动。④采用干法除尘时的滤料选用不当，由于电石炉烟气温度变化较大，不同的炉型及不同的工艺状况其温度不同，即使是同种炉型在不同的煅烧阶段其温度也会有变化，选用滤料应以烟气波动过程中所达到的最高温度来考虑，综合考虑是选用冷却系统+常温滤料(高温滤料)+除尘器或是无冷却系统直接为高温滤料+除尘器的方式，对电石炉的烟气温度估计不足而导致滤袋烧坏的现象时有发生。电石炉烟气的治理如此困难，多年来电石炉烟气除尘一直是电石行业的一大难题。

4内燃式密闭电石炉高温烟气净化技术介绍
4.1工艺流程
内燃式密闭电石炉炉气净化系统一般由一个主系统和四个附属系统来组成的，主要工艺流程简图为：
4.2主要工艺过程说明
上述整个工艺流程是采用余热利用或降温装置加袋式除尘器系统的负压工艺流程，具体为电石炉高温炉气进入专门设计的余热锅炉或冷却设备降温，降至200℃左右，然后经袋除尘器净化后由高压风机排出。整个炉气的混合、流动均由引风机作为动力源，整个系统处于负压状态。袋除尘器采用高压脉冲喷吹进行清灰，当积聚在滤袋外表面的粉尘达到一定的厚度，清灰系统发出清灰信号，脉冲系统进行高压清灰，清灰结束后又进入正常的过滤状态。电石炉废气保留旁通烟道，主烟道和旁通烟道用水冷蝶阀进行切换。整个系统采用计算机控制系统集中控制。除尘器收集下的粉尘由灰斗和储灰仓储存，定时由小车或输送设备输送作为建材原料。
系统中应设置紧急降温装置和旁通烟道，以自动或手动阀门切换。还可以考虑将出炉口烟气一并考虑由上述净化系统集中处理。
上述整个工艺流程的完成均由一Micropro控制系统完成自控及过程中温度压力的监测，清卸灰的实现，并实行报警功能。
a．每台电石炉单独设向天排空的旁通烟道，并设蝶阀控制；
b．每台电石炉单引主烟道用蝶阀控制；
c．当余热锅炉或冷却设备降温至200度左右后进入长袋脉冲除尘器过滤净化。
d．除尘系统用一台引风机进行抽引，变频控制，由一根钢烟囱排出；
上述主要工艺过程就是烟气冷却，净化设备、清灰装置、自动控制系统、旁路系统和报警装置组成。

4.3关键技术
4.3.1降温技术
目前国内布袋承受的烟气温度一般在220℃以下，因此首先将烟气温度降到220℃以下，然后进行布袋除尘，冷却方式常用空冷、水冷或加冷风等方法来降温，但这些方法是不经济的，最科学的方法是对烟气进行余热利用的同时也降低烟温。余热利用可获得一定的经济效益，从而改变环保只投入无产出的情况。选择冷却器或者余热锅炉的形式要根据各厂的实际情况来定。
4.3.2漏风技术问题
系统中严重的漏风，加快除尘器的过滤速度，降低除尘效率，增加引风机的负担，使整个系统无法正常使用。降低烟气温度，减少余热利用量，增加排烟量。
4.3.3阻力技术问题
系统阻力过大，会造成引风机压头不足，无法将电炉烟气全部抽入系统运行。
4.3.4受热面清灰技术问题
电石炉烟气中含尘量大而粉尘细小，很容易在管壁、炉墙上产生很厚的积尘层，因此能否有效地清除受热面上的积灰层，是余热锅炉能否有效地进行工作，回收利用 烟气余热产生过热蒸汽，同时保证烟温降至200℃左右，保证布袋除尘器安全工作的关键。
4.3.5控制系统
控制系统由计算机、PLC、显示器、操作箱温压仪表等组成；采用定时、定阻联合清灰设计；停机自清灰系统；提供烟气超温放风报警系统及主旁通烟道自动切换系统；提供除尘器进出口温度和压差显示；独立卸灰输送控制系统及卸灰系统连锁开启控制；提供稳定炉面负压的自动控制；提供主烟道和旁通烟道切换阀的电动操作及开度显示；
内燃式密闭电石炉烟气温度变化幅度很大，平均温度500℃，高时连续在600℃以上，这对冷却设备的受热面布置和排烟温度的控制带来很大的困难，也给后面的除尘器滤料带来很大的冲击，对整个系统的安全带来隐患，因此必须有可靠的温控技术和经济安全措施作为安全运行的保证。所以设计的冷却装置和余热锅炉必须适应比较大的温度变化范围，同时要有温控装置控制排烟温度幅度在30℃左右，另外还加有紧急自动进冷风装置。
4.3.6除灰外运系统
除灰外运系统是保证除尘器除灰与飞灰外运中无二次污染设计的，飞灰比重轻，容易造成二次污染，应采用密封输送，封闭型集灰箱装运飞灰的系统，以确保无二次污染。
4.4余热综合利用
对于密封好的内燃式密闭电石炉炉气温度可达到600℃左右，其热量还是有很大的利用价值，针对不同的用户可选择烘干焦碳或余热锅炉产蒸汽的方式。炉气中热量的利用，可以达到更高的经济效益、环保效益和社会效益，开创三丰收的局面。

5.投资比较
根据各公司电石扩建实际情况，将不同的净化方法做以下比较：
选择20000KVA内燃式密闭电石炉炉气净化系统为代表
序号
处理工艺
增湿塔+静电除尘
冷却+布袋除尘
余热利用+袋除尘
备注
1
工艺特点
1、维修简单
2、运行费用低
1.维护简单
2.清灰效果好
1、余热锅炉自动清灰
2、采用负压除尘
3、采用变频技术，实现节能

2
技术特点
粉尘排空浓度
可行
＜200mg/m3
可行
＜50mg/m3
可行
＜80mg/m3

3
运行情况
好
好
好

4
项目总投资
350万元
400万元
600万元

5
经济效益
无
无
360万元/年

6
综合结论
投资少，效果一般
投资较大，效果好
投资大，效益好

6 小结
我公司在全国各地电石炉烟气净化与余热利用系统的成功应用，较好地解决了电石生产节能与环保问题，各项技术都已经被证明先进可靠、运转率高，并取得经济效益、环境效益、社会效益三丰收的成绩。这对推动整个电石行业的技术进步具有重要意义。之后，更具针对性、更经济、新型的电石炉余热利用及烟气净化技术不断被开发应用，满足不同炉型和用户的需要。余热利用方面既可以采用余热锅炉副产蒸汽、也可考虑采用空气冷却器烘干焦炭；冷却器方面可考虑强制风冷、自然风冷、水冷供选择；除尘技术方面也有脉冲袋技术、玻纤除尘技术、静电除尘技术供用户选择。

部分应用业绩
序号
工艺型号
处理风量
设备名称
数量
投运时间
使用单位
备注
1
18000KVA半密闭电石炉
100000m3/h
余热锅炉+LFSF10×358
1
2001.5
广西维尼纶集团

2
18000KVA半密闭电石炉
260000m3/h
混风室+LPJ24×183
1
2002.5
广西维尼纶集团

3
20000KVA半密闭电石炉
100000m3/h
余热锅炉+LPJ10×183
1
2003.10
云南维尼纶集团

4
20000KVA半密闭电石炉出炉口
50000m3/h
LPJ4×183
1
2003.10
云南维尼纶集团

5
8000KVA半密闭电石炉
60000m3/h
强风冷却器+LFSF10×358
1
2003.10
河南焦作华翔电力集团

6
6300KVA半密闭电石炉
60000m3/h
强风冷却器+LPJ5×183
1
2004.6
陕西神木电化公司

7
10000KVA半密闭电石炉
100000m3/h
强风冷却器+LPJ10×183
1
2004.6
陕西神木电化公司

8
8000KVA半密闭电石炉
80000m3/h
强风冷却器+ LPJ8×183
3
2004.8
陕西榆林市恒源电石厂

9
8000KVA半密闭电石炉
80000m3/h
强风冷却器+ LPJ8×183
1
2005.6
陕西榆林市云河化工公司

10
6300KVA半密闭电石炉
60000m3/h
强风冷却器+ LPJ5×183
1
2004.8
陕西神华神东电石

11
16500KVA半密闭电石炉
260000m3/h
自然混风室+LPJ24×183
1
2004.8
新疆天业集团有限公司

12
16500KVA半密闭电石炉
120000m3/h
强制风冷+LPJ12×183
2
2004.8
新疆天业集团有限公司

13
24000KVA半密闭电石炉
200000m3/h
强制风冷+LPJ18×183
1
2005.9
新疆天业集团有限公司

14
24000KVA半密闭电石炉
200000m3/h
强制风冷+LPJ18×183
1
2005.10
新疆天业集团有限公司

15
24000KVA半密闭电石炉
200000m3/h
强制风冷+LPJ18×183
1
2005.11
新疆天业集团有限公司

16
24000KVA半密闭电石炉
200000m3/h
风冷+LPJ18×183
1
2005.11
新疆天业集团有限公司
余热烘兰碳
17
4×10000KVA密闭电石炉
160000m3/h
直燃室+强制风冷+LPJ14×183
2
2004.12
乌鲁木齐环鹏集团有限公司

18
20000KVA电石炉原料烘干系统烟气除尘
105000m3/h
PPC96-2×8
1
2004.10
贵州安龙华宏化工有限公司

19
20000KVA半密闭电石炉尾气
130000m3/h
LPJ12×180+余热锅炉
1
预计2006年1月运行
贵州水晶化工股份有限公司

20
20000KVA电石炉原料烘干系统烟气除尘
105000m3/h
PPC96-2×8
1
预计2006年1月运行
贵州安龙华宏化工有限公司

21
20000KVA电石炉原料烘干系统烟气除尘
105000m3/h
PPC96-2×8
1
预计2006年1月运行
贵州遵义联合电化有限公司

22
20000KVA电石炉原料烘干系统烟气除尘
105000m3/h
PPC96-2×8
1
预计2006年1月运行
云南文山州煤业有限公司

23
医疗垃圾半干法尾气处理系统
6000m3/h
喷雾干燥塔+反应器+LPJ70
1
2004.11
重庆同兴医疗废物处理有限公司

24
18000KVA半密闭电石炉
60000Nm3/h
强风冷却器+ LPJ12×183
1
2004.11
呼铁如意煤化工集团

25
2×6300KVA硅铁炉
60000Nm3/h
水冷冷却器+ LPJ12×183
1
2003.10
内蒙古三维集团

26
Ø2.4×18烘干机
40000m3/h
LFSF4×358
1
2004.10
新疆天业集团有限公司

27
振动筛
8000m3/h
PPC32-4
3
2005.7
新疆天业集团有限公司

28
颚破和提升机
10000m3/h
PPC32-5
3
2005.7
新疆天业集团有限公司

29
Ø2.4×18烘干机
40000m3/h
LFSF4×358
1
2005.11
新疆天业集团有限公司

30
6300KVA半密闭电石炉
60000m3/h
强风冷却器+ LPJ4×183
1
2006.8
四川屏山金石化工

31
24000KVA半密闭电石炉
200000m3/h
余热锅炉+LPJ18×183
1
2006.8
新疆天业集团有限公司