電石爐煙氣凈化及余熱利用技術的開發(fā)與應用

1、電石爐煙氣凈化及余熱利用技術的開發(fā)與應用1概況中國電石行業(yè)約有電石爐四百多座，年產(chǎn)量居世界首 位。國內(nèi)電石行業(yè)在規(guī)模、爐型、布局、節(jié)能、環(huán)保上存 在先天不足，再加上原料質(zhì)量差、管理水平仍然比較低， 同時能耗高、污染嚴重。一方面電石爐煙氣的余熱利用效 果不佳，另一方面電石爐煙氣的除塵凈化更是難中之難、 重中之重。在電石生產(chǎn)中，電石爐的煙氣是最大污染源，以一座 10000kva的開放式電石爐為例，年排放廢氣量（以每年生 產(chǎn)10個月計算）達6億標準立方米，年粉塵排放量超過 100 0噸，污染極其嚴重。由于電石爐煙氣溫度高，粉塵性 質(zhì)特殊，風量變化大，國內(nèi)電石行業(yè)采用了許多除塵技 術，進行了大量的煙氣

2、凈化的實踐，但都未能根本解決問 題。為推動國內(nèi)電石爐行業(yè)技術進步，我國八十年代末從 德國、挪威、日本等國引進8套25000k va全密閉電石爐， 引進中空電極、氣燒窯、組合式把持器、干法除塵、計算 機控制等五項新技術。從應用上看，組合式把持器、計算 機控制二項技術獲得了成功，但中空電極、電石爐煙氣干 法除塵技術卻始終無法成功，由于煙氣無法凈化而不能向 氣燒窯提供潔凈的氣源，導致氣燒窯技術也最終失敗，煙 氣的污染不能解決，煙氣中的大量的熱能也白白浪費。國內(nèi)電石爐煙氣凈化的實踐告訴我們：無論是早期自 行研制的電石爐除塵技術，還是從國外引進的新技術，或 者改進后的除塵技術；無論是釆用電除塵技術、或者

3、袋除 塵技術，還是釆用耐高溫陶瓷過濾技術，或者水除塵技術, 都因為無法適應電石爐煙氣變化和焦油糊袋、或形成二次 污染而最終全部失敗。新老項目普遍產(chǎn)生的嚴酷現(xiàn)實使電 石爐行業(yè)認識到：即使是引進國外技術，也必須是成熟過 硬的技術，還要符合中國的國情，否則將無法發(fā)揮其先進 性。同時，要求國內(nèi)電石行業(yè)必須下更大的力氣和決心開 發(fā)適合中國國情的電石爐煙氣余熱利用和煙氣凈化裝制。1996年8月，由國家建材局合肥水泥研究設計院、中 國船舶工業(yè)總公司第七研究院、三明化工總廠等單位共同 承擔設計的電石爐煙氣凈化及余熱利用系統(tǒng)在三明化工總 廠4#電石爐投入運行。四年多的運行證明，該裝置運行穩(wěn) 定可靠，除塵器排放多

4、次檢測均小于50 mg/nm3余熱鍋爐副 產(chǎn)蒸汽，經(jīng)濟效益十分顯著。整個系統(tǒng)由計算機集成監(jiān)測 控制，自動化程度很高。三明化工總廠4#電石爐煙氣凈化 余熱利用技術取得了巨大的成功，這標志著國內(nèi)電石爐煙 氣環(huán)保與節(jié)能兩面三刀大難題從技術上來講已經(jīng)完全可以 解決。以這些技術為基礎，新的能夠適合不同用戶要求的 電石爐煙氣余熱利用及煙氣凈化技術不斷被開發(fā)出來，并 很快獲得應用，取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。2電石爐的煙氣特征電石爐從爐型上來說分為開放式爐、半密閉電石爐和 全密閉爐三種。爐型不同，其煙氣性質(zhì)完全不同。開放式 電石爐煙氣量大，煙溫低，一般不超過200°c；半密閉電石 爐煙溫較高，

5、一般達到400°c以上，煙氣量大幅降低；全密 閉電石爐煙溫最高，高達6 001000°c,但煙氣量很小。除 與爐型有關外，不同的地區(qū)、工藝流程、操作手段、原材 料都對電石爐的煙氣特征產(chǎn)生影響。一般來說，電石爐的 煙氣特征如表1、表2、表3所示。表1不同爐型電石爐的煙氣工藝參數(shù)爐型開放式爐半密閉爐全密閉爐 煙氣溫度 1 60200°c350 550°c6001 000°c 風量/噸電石產(chǎn)量 30000n m3/h9000nm 3/h400nm3/h含塵濃度 1 3 g/nm3820g /nm313020 0g/nm3 氧含量1 917微量 一氧化

6、碳含量二氧化碳含量微量微量5 氫含量氮氣含量微量微量較多表2電石爐煙氣中粉塵的化學成分粉塵種類caoc sio2fe2o3a 1203其它 百分比表3電石爐煙氣中粉塵的粒徑分布粒徑 u m 0225510 10202040 >40 百分比3國內(nèi)電石爐煙氣治理存在的問題從上面的數(shù)據(jù)可以看出，電石爐煙氣溫度高，風量大, 成分復雜，不同爐型的煙氣特征差別很大。同時粉塵的性 質(zhì)比較特殊，粉塵顆粒細，比表面積大，比重輕，同時還 具有一定的粘性，難以清灰；粉塵中含有較多的焦炭粉塵, 磨蝕性比較強；粉塵中的比電阻也比較高，治理難度比較 大。國內(nèi)電石行業(yè)為治理電石爐煙氣進行了大規(guī)模、長時 間、形式多樣、

7、堅持不懈的煙氣余熱利用及凈化試驗研究 及實踐。具體來說，開放爐多采用旋風除塵器、電除塵器, 如浙江巨化焦團電石廠采用復合沉降室外旋風除塵器二級 除塵，便未能達標；還有某電石廠采用電除塵器因此比電 阻太高也無法達標；山西某電石廠采用反吹風袋除塵器， 因溫文工團變化大，清灰困難、焦炭粉塵夾帶火星燒毀濾 袋等原因最終失敗。半密閉爐由于煙氣疲軟度高，無法直接應用袋除塵器 或電除塵器，比較好的如牡丹并化工一廠利用煙氣烘焦炭 后除塵，但也未能達到排放標準；三明化工廠1989年上的 20000kva電石爐配套余熱利用及煙氣凈化系統(tǒng)，采用余熱 鍋爐和三級除塵方案，由于設計不過關，雖經(jīng)多次整改， 仍然無法挽救失

8、敗的命運。全密閉電石爐煙溫高達6001000°c,煙氣成分復雜。 國內(nèi)較為先進的如上海吳淞化工廠采用濕法除塵，但未能 達標，同時造成嚴重的水污染（含氧廢水），現(xiàn)已被迫停用; 杭州電化廠爐氣直接引入鍋爐燃燒，降溫后進旋風、布袋 二級除塵，由于鍋爐受熱面積問題未能壬底解決，熱交換 惡化后，煙氣溫度達到4 00°c燒毀濾料。從國外引進的全 密閉爐配套干法袋除塵技術，煙氣冷卻凈化后進氯燒窯燒 石灰，由于煙氣冷卻后焦油析出，冷卻器濾袋很快被粘糊 而失效，氣燒窯只能停用，煙氣直排大氣燃燒（點天燈）， 既浪費熱能又污染環(huán)境。在1996年以前的國內(nèi)電石行業(yè)，無論是國內(nèi)自行設計 的還是從發(fā)達

9、國家引進的余熱利用及煙氣凈化技術，都沒 有解決環(huán)保與節(jié)能兩大問題。雖然有少數(shù)企業(yè)對電石爐煙 氣的部分熱能進行了利用，但利用后的尾氣始終無法解決 達標排放的問題。4三明化工廠4#電石爐煙氣治理的實踐三明化工廠4#2 ooookva半密閉電石爐1989年建成， 按照環(huán)保三同時的要求，在國內(nèi)外沒有成功除塵技術的 情況下，設計建設一套余熱利用、三級除塵裝置，試運行 后很快暴露出一些問題：余熱鍋爐因受熱面積灰影響熱效 率，煙氣出口溫度偏高燒毀濾袋，同時煙塵堵塞受熱管影 響通風；袋除塵器設計及工藝參數(shù)不合理，運行故障多， 清灰效果差，檢修維護困難；由于粉塵粒徑細，比重輕， 前二級除塵基本沒有效果，反而增加

10、了漏風和運行阻力； 主風機震動劇烈，多次震斷地角螺栓。由于整個系統(tǒng)設計 不合理，使用的技術也不過關，該系統(tǒng)盡管經(jīng)過多次整改, 仍不能最后解決問題，煙氣只能直排大氣污染環(huán)境。由于 三明化工廠地處國家衛(wèi)生城市三明市中心，解決電石爐 煙氣污染的問題列入該市1994年市長為民辦實事項目、 福建省環(huán)保重點治理項目。同年，三明化工廠將4#電石爐 煙氣治理作為重點科技攻關項目，專題研究，限期解決， 19 95年列入福建省產(chǎn)學研聯(lián)事開發(fā)項目。為了給改造方案提供可靠的基礎數(shù)據(jù)，對4#電石爐組 織了多次的測定。取得了煙氣成分、濕度、溫度、煙氣流 量、粉塵成分及粒成分及粒徑分布、爐面壓力等到重要參 數(shù)，研究了爐面的

11、操作情況和和項工藝參數(shù)的波動情況， 并對原裝置中存在的問題進行分析和測試，找出失敗的癥 結。在本行業(yè)沒有成功經(jīng)驗，最后提出了余熱利用、落丸 清灰、玻纖袋除塵、負壓流程、計算機控制的技術方案， 該項目由合肥水泥研究設計院和中國船舶工業(yè)總公司第七 研究院、三明化工總廠等單位共同承擔設計和設備成套。該方案的工藝流程如下圖：電石爐產(chǎn)生的煙氣由導煙管引入分流室，正常情況下 經(jīng)主煙道進入余熱鍋爐進行熱交換，溫度降至220°c后進玻 纖袋除塵器除塵，凈化后煙氣由引風機送入煙囪排放。余 熱鍋爐產(chǎn)生220°c左右的過熱蒸汽供生產(chǎn)使用。該系統(tǒng)由余熱鍋爐、玻纖袋除塵器、主風機三大主機 設備組成主

12、系統(tǒng)，另外還包括軟化水系統(tǒng)、落花流水丸清 灰循環(huán)系統(tǒng)、過熱蒸汽并網(wǎng)系統(tǒng)、玻纖袋除塵器反吹風系 統(tǒng)、卸灰輸送系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。關鍵技 術的突破包括鍋爐受熱面清灰技術、玻纖袋清灰技術、溫 度控制技術、鋼結構熱應力補償技術、系統(tǒng)設計技術、引 風機耐溫防震技術、濾料設計技術等。余熱鍋爐采用單氣 包自然循環(huán)直立煙道式，用落丸清灰技術有效解決了鍋爐 受熱面的清灰難題；鍋爐結構緊湊、熱工制度穩(wěn)定，保證 煙氣出口溫度穩(wěn)定在220°c以下，滿足了袋除塵器的要求。 根據(jù)電石爐煙氣特點專門設計的lfee玻纖袋除塵器釆用了 一些最新技術，重點考慮了氣流分布、清灰方式、卸灰方 式、溫度控制、設備鎖風等技術，并考慮了加強的鋼結構 設計及整體熱應力消除技術。由于采用負壓流程，進入主 風機的煙氣已經(jīng)得到凈化，風機運轉的可靠性大大加強。 計算機控制方面實現(xiàn)了各工藝過程主要參數(shù)的實時監(jiān)控， 鍋筒水位自動調(diào)節(jié)，鍋爐受熱面和玻纖袋清灰的自動控制, 落丸清灰系統(tǒng)過程監(jiān)控。主要工藝參數(shù)實現(xiàn)了實時曲線或 數(shù)據(jù)顯示，并可以根據(jù)需要隨時查詢打印。該系統(tǒng)于199 6年8月投入運行，效果相當令人滿意， 經(jīng)當?shù)丨h(huán)保局及三明化工廠檢測后各項指標如表4。表4三明化工廠4#20000kva電石爐煙氣凈化及余熱利 用系統(tǒng)技術指項目技術指標爐面負壓50loopa處理風量1 20