電石爐氣回收利用

1、電石生產(chǎn)中爐氣的回收利用以及發(fā)展現(xiàn)狀趙曉光（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程系內(nèi)蒙古 呼和浩特010051） 摘要：電石爐氣主要是關(guān)鍵詞：電石；電石爐氣；爐氣的凈化；爐氣的利用；燒制石灰電石及電石爐氣概述1.1電石行業(yè)現(xiàn)狀分析我國(guó)電石行業(yè)的發(fā)展已有50多年的歷史，取得了舉世矚目的成績(jī)。產(chǎn)能、 產(chǎn)量躍居世界首位，并呈高速上升趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2006年電石產(chǎn)能達(dá)到 2000萬噸以上，產(chǎn)量突破1000萬噸。近年來，由于過度投資、盲目發(fā)展，加之 受到市場(chǎng)、原料、能源、環(huán)保等多方面的制約，2006年底，電石產(chǎn)量占產(chǎn)能的 50%以上，的陣勢(shì)越來越明顯。當(dāng)前電石生產(chǎn)存在的主要問題是能耗高、污染嚴(yán) 重、資源浪費(fèi)、

2、成本高、經(jīng)濟(jì)效益差、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)落后。生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)化、產(chǎn)品性 能穩(wěn)定化、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)落后。生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)化、產(chǎn)品性能穩(wěn)定化、能量利用最優(yōu)化 應(yīng)成為電石生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)前追求的目標(biāo)。電石的主要用戶是PVC生產(chǎn)企業(yè)，其耗用電石占電石產(chǎn)量70%以上。由于油 價(jià)的攀升，電石法PVC還將發(fā)展，電石行業(yè)仍有發(fā)展的空間。目前電石的產(chǎn)能已 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于需求，但是整體的水平不高，布局也不很合理、符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的 集約化產(chǎn)業(yè)還遠(yuǎn)未形成。面對(duì)這樣的形式，電石行業(yè)勢(shì)必會(huì)向大型化、集約化、 并靠近資源地域發(fā)展。電石生產(chǎn)企業(yè)在遵循電石行業(yè)準(zhǔn)入條件的前提下，勢(shì)必采 用先進(jìn)而適用的成熟技術(shù)，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的理念為基本，降低綜合能 耗

3、，充分利用碎料和爐氣，做大做強(qiáng)企業(yè)。電石裝置向先進(jìn)的、綜合利用率高、 容量大的全密閉電石爐方向發(fā)展。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(gè)月計(jì)算）達(dá)6億標(biāo)準(zhǔn)立方米，年粉 塵排放量超過1000噸，污染極其嚴(yán)重。由于電石爐煙氣溫度高，粉塵性質(zhì)特殊， 風(fēng)量變化大，國(guó)內(nèi)電石行業(yè)采用了許多除塵技術(shù)，進(jìn)行了大量的煙氣凈化的實(shí)踐， 但都未能根本解決問題。為推動(dòng)國(guó)內(nèi)電石爐行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，我國(guó)八十年代末從德國(guó)、挪威、日本等國(guó) 引進(jìn)8套25000KVA全密閉電石爐，引進(jìn)中空電極、氣燒窯、組合式把持器、干 法除塵、計(jì)算機(jī)控制等五項(xiàng)新技術(shù)。從應(yīng)

4、用上看，組合式把持器、計(jì)算機(jī)控制二 項(xiàng)技術(shù)獲得了成功，但中空電極、電石爐煙氣十法除塵技術(shù)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(dǎo)致氣燒窯技術(shù)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(fèi)。國(guó)內(nèi)電石爐煙氣凈化的實(shí)踐告訴我們：無論是早期自行研制的電石爐除塵技 術(shù)，還是從國(guó)外引進(jìn)的新技術(shù)，或者改進(jìn)后的除塵技術(shù)；無論是采用電除塵技術(shù)、 或者袋除塵技術(shù)，還是采用耐高溫陶瓷過濾技術(shù)，或者水除塵技術(shù)，都因?yàn)闊o法 適應(yīng)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(xiàng)目普 遍產(chǎn)生的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)使電石爐行業(yè)認(rèn)識(shí)到：即使是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，也必須是成熟過 硬的技術(shù)，還

5、要符合中國(guó)的國(guó)情，否則將無法發(fā)揮其先進(jìn)性。同時(shí)，要求國(guó)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(guó)國(guó)情的電石爐煙氣余熱利用和煙 氣凈化。1.2電石的生產(chǎn)合格粒度的石灰、焦炭由倉口分別經(jīng)配料站塊料倉下的振動(dòng)給料機(jī)又經(jīng)稱重 斗，按合適的重量配比，由振動(dòng)給料機(jī)分三層經(jīng)長(zhǎng)膠帶式輸送機(jī)送至電石生產(chǎn)廠 房，經(jīng)短膠帶式輸送機(jī)分別送到電石爐的環(huán)形加料機(jī)進(jìn)入爐料貯斗。電爐爐料共 有12個(gè)貯倉，貯倉中的混合物經(jīng)過向下延伸的料管及爐蓋上的進(jìn)料口靠重力連 續(xù)進(jìn)入爐中。裝在電極糊盛斗內(nèi)的破碎好的電極糊，經(jīng)單軌吊從地面提升到各電 極筒頂部倒入電極筒內(nèi)。電能由變壓器和導(dǎo)電系統(tǒng)經(jīng)自焙電極輸入爐內(nèi)，石灰和 碳素原料在電阻電弧

6、產(chǎn)生的高溫(20002200C)下轉(zhuǎn)變成電石。冶煉好的電石， 每個(gè)一個(gè)小時(shí)左右從爐口出爐一次，熔融電石流入牽引小車上的電石鍋內(nèi)，由卷 揚(yáng)機(jī)將小車?yán)嚼淦茝S房進(jìn)行冷卻破碎。1.3電石爐氣的產(chǎn)生電石生成反應(yīng)：CaO+3C-CaC2+CO由此可見，電石爐爐氣的主要成分是CO,而在開放爐中，一氧化碳在料面 上燃燒；在半密閉爐中，一氧化碳的一部分被安置于爐上的吸氣罩抽出，剩余的 部分仍在料面燃燒；在密閉爐中，則一氧化碳全部被抽出。1.3.1密閉電石爐尾氣的主要成分及特性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20

7、0C； 半密閉電石爐煙溫較高，一般達(dá)到400C以上，煙氣量大幅降低；全密閉電石爐 煙溫最高，高達(dá)6001000C，但煙氣量很小。除與爐型有關(guān)外，不同的地區(qū)、 工藝流程、操作手段、原材料都對(duì)電石爐的煙氣特征產(chǎn)生影響。而其中密閉電石 爐具有焦耗及電耗低、裝置易大型化、生產(chǎn)能力大、爐況穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量好、爐 氣可全部回收利用等特點(diǎn)，是國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的爐型。電石爐尾氣的成分復(fù)雜，含 有一氧化碳、氫氣、甲烷、乙快、硫化物、磷化物、氤化物、煤焦油等十幾種成 分。由于電石爐尾氣含塵量大、溫度高、易析出焦油、易燃易爆、成分復(fù)雜、氣 體壓力小，因此對(duì)其輸送、凈化或是提純的難度都很大，回收利用較難。表1：電石爐爐氣組

8、分COH2CH4CO2N2O2百分比70 9510 2.5242.5 3.5120.2 0.6表2：電石爐煙氣中粉塵的化學(xué)成分粉塵種CCaOMgO焦油其它百分比10 2530 5515微量1101.4電石爐氣回收技術(shù)現(xiàn)狀回收密閉電石爐氣作為化工原料使用，無論是從凈化、提純的技術(shù)難度上考 慮，還是從經(jīng)濟(jì)合理方面考慮都還存在一定的問題，所以目前國(guó)內(nèi)外一般都把凈 化后的爐氣作為燃料氣使用，大多用于鍋爐、氣燒石灰窯、碳材干燥等方面。爐 氣凈化有十法和濕法兩種工藝。干法凈化技術(shù)國(guó)內(nèi)尚未過關(guān)，技術(shù)及設(shè)備需從國(guó) 外引進(jìn)，投資較大。濕法凈化工藝雖然成熟，但投資高、污水處理所占場(chǎng)地大， 且有二次污染，在技術(shù)上不

9、可取。目前挪威、西德和日本等國(guó)家對(duì)密閉電石爐氣 普遍采用十法除塵凈化，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濕法除塵凈化，從而避免了濕法凈化帶來 的二次污染問題。50年代中期，西德SKW公司率先頒布以素?zé)展転檫^濾材料 的爐氣干法凈化流程，并對(duì)收集的粉塵經(jīng)過焚燒處理除去氤化物。70年代，日 本BEC公司開發(fā)了以玻璃纖維布袋為中心的較經(jīng)濟(jì)的全密閉式除塵的爐氣凈化 流程，也包括粉塵焚燒爐，引起了許多國(guó)家的關(guān)注。該技術(shù)為目前世界上技術(shù)水 平較先進(jìn)的爐氣凈化技術(shù)，但投資比較高。國(guó)內(nèi)電石爐氣利用的制約因素及概況2.1制約因素采用密閉式電石爐生產(chǎn)1t電石一般副產(chǎn)爐氣400m3,爐氣溫度在800左右， 爐氣成分主要為（體積分?jǐn)?shù)）CO

10、82%、CO21.5%、H27%、N27%、焦油1.5%2%及 微量氤化物、甲烷等，低位發(fā)熱量11286KJ/m3,其中蘊(yùn)含的熱量高于優(yōu)質(zhì)煙煤。 電石爐氣的利用通常指熱能利用（潛熱和顯熱）和化工利用（作化工原料氣）。 國(guó)內(nèi)對(duì)電石爐氣在熱能利用方面曾作過干法除塵后氣燒石灰；在化工利用方面， 先后進(jìn)行了甲醇、醋酸、甲酯等產(chǎn)品的調(diào)研，但都未能實(shí)施。其原因是，熱能利 用的最大困難是必須十法除塵，而從國(guó)外引進(jìn)的爐氣干法凈化技術(shù)不過關(guān)，多次 攻關(guān)，最終還是不能打通全流程?；だ贸煞ǔ龎m技術(shù)和設(shè)備需要引進(jìn)外， 氣體凈化技術(shù)也暫時(shí)無法解決，產(chǎn)品規(guī)模、市場(chǎng)和基建投資等都制約著項(xiàng)目的實(shí) 施，故化工利用的方向始

11、終沒有大的進(jìn)展。2.2國(guó)內(nèi)電石爐爐氣除塵和利用技術(shù)概況目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的密閉電石爐爐氣除塵和利用技術(shù)可歸納為3種（1）濕法回收爐氣后再利用技術(shù)濕法回收爐氣技術(shù)的主要特點(diǎn)是：快速洗滌、易于熄火，在很短時(shí)間內(nèi)就可 以使高溫爐氣降低到飽和溫度，煙氣溫度的降低可使焦油硬化、析出。國(guó)內(nèi)有3 家企業(yè)較早從冶金行業(yè)引用濕法回收爐氣技術(shù)的全密閉電石爐廠家。通過不斷的 改造，濕法凈化回收利用工藝已經(jīng)比較成熟，但工藝系統(tǒng)較復(fù)雜，系統(tǒng)的氣密性 要求高、不安全隱患較多；系統(tǒng)的動(dòng)力消耗大，維護(hù)費(fèi)用較高；占地面積大，排 出的含氤廢水會(huì)造成二次污染，不符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，不能達(dá)到環(huán)保要求。（2）直接利用后再除塵技術(shù)我國(guó)較早利

12、用全密閉爐氣作為燃料直接燃燒工藝的有杭州電化集團(tuán)有限公 司等。該工藝?yán)脿t氣在余熱鍋爐內(nèi)燃燒，使氣體及灰塵中的氤化物全部分解， 并使灰塵的物理性質(zhì)發(fā)生變化，由原來的疏松、輕、黏變成了結(jié)構(gòu)密實(shí)、重、黏 性降低，其除塵方式等同于國(guó)內(nèi)成熟的鍋爐除塵工藝，可使除塵難度大大降低， 并解決了氤化物的污染問題。國(guó)內(nèi)多家企業(yè)采用這種技術(shù)，利用鍋爐產(chǎn)生蒸汽或 利用鍋爐發(fā)電。采用鍋爐燃燒爐氣，流程短，占地面積小，系統(tǒng)安全可靠性大大 增強(qiáng)，減少了氣體中灰塵的含量，其物理顯熱與灰塵中的炭塵燃燒熱值均能得到 充分利用。但是經(jīng)高溫煅燒后的爐氣中的粉塵粒度相當(dāng)小，比表面積大，具有很 強(qiáng)的吸附性能，鍋爐換熱面極易黏結(jié)，嚴(yán)重時(shí)

13、厚達(dá)510mm，遇潮時(shí)團(tuán)聚嚴(yán)重， 且有固化現(xiàn)象，采用吹灰清灰技術(shù)很難將鍋爐受熱面的積灰清除，因此鍋爐經(jīng)常 需停爐清灰，大大降低了鍋爐的作業(yè)率。另外，電石爐生產(chǎn)時(shí)工況的變動(dòng)，爐氣 量會(huì)發(fā)生變化，造成鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力不穩(wěn)定，如采用蒸汽發(fā)電技術(shù)，在必要 時(shí)需向鍋爐內(nèi)噴入一定的煤粉，以保證充足的蒸汽壓力從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電。（3）干法除塵后再利用技術(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的電石企業(yè)均采用大容量的全密閉電石爐配套氣燒石灰窯（用 回收爐氣作燃料生產(chǎn)石灰供生產(chǎn)電石）。為推動(dòng)國(guó)內(nèi)電石爐行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，20 世紀(jì)80年代末我國(guó)先后從德國(guó)、挪威、日本等國(guó)引進(jìn)8套25500KVA全密閉電石 爐及中空電極、氣燒窯、組合式把持器、干法

14、除塵、計(jì)算機(jī)控制5項(xiàng)新技術(shù)。2.3電石爐爐氣凈化再利用的意義電石爐尾氣作為燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)燃料，具有顯著的分布式能源特征，模塊式設(shè)計(jì) 可大可小，投資靈活，技術(shù)成熟可靠，能源利用效率高，投資回收期短。主要產(chǎn) 品為電，無市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。特別適合我國(guó)電石生產(chǎn)企業(yè)多、分布廣的國(guó)情。爐氣綜合 利用后，不但可以減少廢氣的排放，減少粉塵的排放，尤其是替代燃煤可以減少 二氧化硫的排放。電石爐爐氣的利用情況3.1電石炭材烘干合格粒度（25mm）的焦炭和無煙煤經(jīng)輸送機(jī)分別送入濕焦炭倉和濕無煙煤 倉，再由倉底電磁振動(dòng)給料機(jī)將焦炭或無煙煤送入回轉(zhuǎn)干燥器進(jìn)行烘干。冷空氣 在熱風(fēng)爐內(nèi)被凈化后的電石爐氣燃燒加熱后，熱空氣進(jìn)入回轉(zhuǎn)干燥器

15、，隨著干燥 器的轉(zhuǎn)動(dòng)，揚(yáng)料板將物料揚(yáng)起，使熱風(fēng)與物料充分接觸，帶走物料中的水分，達(dá) 到干燥的目的。烘干后的物料由膠帶運(yùn)輸機(jī)、斗式提升機(jī)送往配料站進(jìn)行儲(chǔ)存和 配料備用。干燥器排出的廢氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器和反吹布袋式除塵器凈化后排放。3.2用做尾氣鍋爐燃料該技術(shù)將密閉電石爐的含塵尾氣直接引入特別設(shè)計(jì)的余熱鍋爐燃燒，充分利 用電石爐尾氣的顯熱、可燃?xì)怏w（CO+H2，含量80%）的燃燒熱和尾氣中部分粉 塵的燃燒熱來生產(chǎn)蒸汽。同時(shí)通過鍋爐爐膛、煙道落灰斗重力沉降及特別設(shè)計(jì)的 電除塵器對(duì)煙氣進(jìn)行除塵處理，達(dá)到電石爐尾氣熱能利用及十法除塵的雙重目 的。該技術(shù)巧妙地避開了電石爐尾氣難以凈化的難題，采取先燃燒后除塵的

16、方 案，一臺(tái)尾氣鍋爐系統(tǒng)集除塵、供汽、消除有毒有害污染物于一體；電石爐出來 的高溫爐氣經(jīng)尾氣鍋爐煅燒后，粉塵中的氤化物含量為零，氣體中的氤化物亦被 完全分解。高溫電石爐尾氣不經(jīng)冷卻直接進(jìn)入尾氣鍋爐燃燒，其爐氣顯熱、可燃 氣體的燃燒熱以及尾氣中炭粉的燃燒熱都得到了最大限度地利用，克服了十、濕 法除塵裝置需先對(duì)爐氣進(jìn)行冷卻，易造成物理顯熱及除塵灰中炭塵燃燒熱得不到 利用的缺點(diǎn)，是目前較為成功的技術(shù)。但該技術(shù)也存在一定的缺點(diǎn)和局限性：一是鍋爐的運(yùn)行完全受電石爐運(yùn)行的 影響，鍋爐開停次數(shù)多，運(yùn)轉(zhuǎn)率受限，不能穩(wěn)定供汽；二是需有蒸汽用戶，否則 必須配套系統(tǒng)復(fù)雜、投資大、熱效率僅20%25%的汽輪發(fā)電機(jī)組。

17、改進(jìn)的方向是：采用國(guó)內(nèi)成熟的循環(huán)流化床鍋爐摻燒高爐和轉(zhuǎn)爐煤氣（轉(zhuǎn)爐 煤氣的主要成分也是CO,但發(fā)熱值沒有電石爐尾氣高）技術(shù)，摻燒熱量比例可 達(dá)20%40%，實(shí)現(xiàn)鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行和汽輪發(fā)電裝置規(guī)?；?.3用做化工原料一氧化碳是一種用途廣泛的化工原料，可以生產(chǎn)甲醇、甲酸、甲酸甲酯、碳 酸二甲酯、甲醛、聚甲醛等重要的一碳化工產(chǎn)品。但密閉電石爐尾氣作為化工原料，不僅需要除塵凈化，而且需要提純。特別 作為合成氨、甲醇這些使用觸媒的化工生產(chǎn)的原料，即使是微量的雜質(zhì)，也可能 導(dǎo)致觸媒中毒造成生產(chǎn)無法進(jìn)行，密閉電石爐尾氣的凈化提純成了化工利用的最 大技術(shù)障礙?；どa(chǎn)流程長(zhǎng)、技術(shù)難度大、投資較大，從經(jīng)濟(jì)合理性來

18、看，裝置只有達(dá) 到一定的規(guī)模才有效益。在沒有成熟可靠的技術(shù)工藝和產(chǎn)業(yè)化示范裝置的情況 下，企業(yè)自然不愿冒這種風(fēng)險(xiǎn)。因而成功利用密閉電石爐尾氣作為化工原料的工 程實(shí)例，屈指可數(shù)。3.4用做燒制石灰氣燒窯的燃料石灰生產(chǎn)在我國(guó)已有幾千年的歷史只是氣燒石灰是近幾年才在我國(guó)發(fā)展起 來的石灰生產(chǎn)技術(shù)，眾所周知石灰是由石灰石燒制而成的石灰石主要成分為碳酸 鈣(CaCO3),燒成后的石灰為氧化鈣(CaO)。傳統(tǒng)的石灰燒制是使用固體燃料，包 括：煤、焦炭來燒?，F(xiàn)在隨著人們能源節(jié)約意識(shí)加強(qiáng)和國(guó)家對(duì)環(huán)境問題的重視， 從八十年代開始逐步發(fā)展起來了用氣體燃料燒制石灰2。因?yàn)闅鉄G的工藝和 結(jié)構(gòu)比煤燒窯簡(jiǎn)單，而且氣燒窯燒

19、成的石灰無雜質(zhì)無爐渣，特別是現(xiàn)在燒石灰窯 用的燃料氣大部分都是過去作為廢氣排放的有害氣體。現(xiàn)在用來燒石灰窯完全是 變廢為寶成本較低。事實(shí)上是既節(jié)能又環(huán)保。因此發(fā)展很快。目前最普遍的利用 方法是做電石生產(chǎn)的熱源燃料，電石屬高能耗產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程中的石灰燒制、 焦炭干燥等都需要大量的熱源。采用電石爐尾氣做熱源燃料，可就近利用電石爐 尾氣，直接降低電石能耗，國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)采用該技術(shù)。氣燒窯工藝4.1氣燒窯工藝簡(jiǎn)介原料經(jīng)過篩選、除塵后由卷揚(yáng)機(jī)傳送全石灰窯的頂端。石灰窯分三個(gè)部分： 預(yù)熱帶、煅燒帶、冷卻帶。在預(yù)熱帶，煅燒石灰產(chǎn)生的高溫302可以可以在此預(yù) 熱剛進(jìn)入窯中的石灰石，使其能夠在煅燒帶充分燃燒。在煅燒帶中，煤氣與空氣 燃燒，對(duì)原料塊進(jìn)行高溫煅燒。由于窯內(nèi)的上吸氣梁和下鼓風(fēng)梁之間產(chǎn)生的壓力 差，使得石灰石與生石灰能勻速下落。在冷卻