全密闭电石炉尾气治理及综合利用

全密闭咆石炉尾气治理及综合利用　石峻。毛志伟。王琦。彭毅　（合肥水泥研究设计院，合肥摘２３００５１）　要：由于全密闭电石炉的尾气性质特殊，治理和综合利用存在一定的难度。本文总结了国内电石生产厂家的　多种治理和利用方法，并根据国家产业政策的要求，提出了适合我国国情的电石炉烟气治理及综合利用方法。　关键词：全密闭电石炉；除尘；气烧石灰窑　中图分类号：Ｘ７０１　文献标志码：Ａ　文章编号：１　０Ｏ６—５３７７（２００７）０２—００５１—０４　技术的推广应用，引导投资方向，促进经济社会的可持　１前言　续发展，实现“十一五”时期单位ＧＤＰ能耗降低２０％的　电石作为基本化工原料，曾在化学工业的发展史上　目标，根据我国电石行业发展的状况，国家发改委、科　起到过极为重要的作用。近年来，由于世界石油化工的　技部和国家环保总局将密闭电石炉尾气热能利用及除尘　高速发展，尤其在发达国家，乙烯、丙烯已取代了电石　技术列入了２００５年ｌ０月２８日发布的　国家鼓励发展的资　乙炔的地位，但在我国，电石工业还会存在相当长的一　源节约综合利用和环境保护技术》。　段时间，这与国际石油市场和我国能源资源现状以及化　工生产有关。电石行业是高能耗、高污染产业，大部分　展，就必须做好环境治理。　２００５年１月１日起开始施行的（《电石行业准入条件》　明确规定，敞开式和ｌ万吨以下的电石炉列入禁止类；　２全密闭电石炉尾气性质，治理和综合利用状况　１尾气性质　的电石炉粉尘都严重超标。因此，电石行业要持续发　２．全密闭电石炉烟温高达６００℃－１０００Ｘ２，但烟气量很　小，除与炉型有关外，不同的地区、工艺流程、操作手段、　原材料都会对电石炉尾气的特征产生影响。一般来说，每　ｔ电石可回收副产炉气（ＣＯ＋Ｈ，／＞９０％）４００Ｎｍ　，折　对环保不达标的电石炉要限期整改，经整改仍不达标的　生产Ｉ１５ｔ，可满足生产ｌｔ石灰所需的燃料。电炉烟气的含　要依法关闭；对于新建、扩建、改建的电石装置，应采　合标煤０．用全密闭技术，单台炉容量在２．５７ｊ＇ｋＶＡ以上，炉气做到　尘浓度为１３０－２００ｇ／Ｎｍ　，成分复杂，同时粉尘颗粒细，比　综合利用，尾气进行除尘处理、达标排放。为进一步推　表面积大，结构疏松比重轻，具有一定的粘性；粉尘中含有　进资源节约、综合利用和环境保护技术的发展，加快新　较多的焦炭粉尘，腐蚀性强。影响电石炉尾气净化的主要因　素是烟气温度高及烟气中存在的焦油对炉气除尘系统的粘　第一作者简介：石峻（１９７；３一），男，安徽省人，高级工　附问题；电石炉尾气综合利用时存在的主要问题是，随烟气　程师；从事大气污染治理工作１　０年；　“电石炉及硅铁炉袋除尘　系统的研制”项目负责人（成果登记号：皖科鉴字０６２５０），　并参与多项科研课题。　温度的降低，析出的焦油会造成容器和管道堵塞。　２．２尾气治理和综合利用技术　目前，国内现有的密闭电石炉尾气除尘和利用技术　ＣＨＩＮＡ　ＥＮＶＩＲＯＨ怔ＮＴＡＬ　ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２００７．２　维普资讯 http://www.cqvip.com

５２　可归纳为三种。　ｎ　实、重、粘性降低，其除尘方式等同于国内成熟的锅炉　（１）湿法回收炉气后再利用　除尘工艺，可使除尘难度大大降低，并解决了氰化物的　湿法回收炉气技术的主要特点是：快速洗涤、易于　污染问题。这套工艺后来被浙江巨化电石有限公司、四　熄火，在很短时间内就可使高温炉气降到饱和温度；烟　平联合化工厂、湖南维尼纶厂、西安西化热电化工有限　气温度的降低可使焦油硬化、析出。　闭电石炉厂家有贵州有机化工总厂、湖南湘维有限公司　和安徽省维尼纶厂等。　以安徽省维尼纶厂２５５００ｋＶＡ全密闭电石炉尾气采用　责任公司、乌海海吉氯碱公司和张家口下花园电石厂等　园电石厂利用锅炉发电。　以巨化电石有限公司２５５００ｋＶＡ全密闭电石炉的除尘　国内较早从冶金行业引用湿法回收炉气技术的全密　企业引用。前五家企业利用锅炉产生蒸汽，张家口下花　工艺为例，其工艺流程如图２所示。　的湿法净化系统为例，其工艺流程如图１所示。　旦互　卜｛壁　选　垫Ｈ塑选二壁Ｈ塑选三壁Ｈ　选三堡Ｈ垦型　旦　出水Ｉ　ｆ上清液　对空排放ｌ　ｌ旋液分离器Ｉ　图１湿法净化回收利用工艺流程　该系统的特点是，按照炉气的走向依次串联设置带　有刮板的炉气洗气机、粗洗一塔、粗洗二塔和精洗三　塔；水流与炉气形成逆向流程，并在洗气机的出水口设　一石一一，　一］空一对一　置旋液分离器，分离器中的上清液回送至一塔的逆流　段。回收的炉气送入锅炉燃烧，产生蒸汽，供厂内生活　取暖用。降温后由于烟气中含有的少量焦油会析出，　故在除尘工艺中采用机械刮板式洗气机，所有器壁的　四周、干湿交接面处的污垢和积灰全部通过机械刮板连　续不断地被刮除，解决了除尘初期最易堵塞、结垢的问　题，保证了系统的稳定运行。洗涤后产生的污水，大部　分进行循环利用。该系统投资超过５００万元蓍　（１９８６年，不　含锅炉），排出的含氰废水造成的二次污染需要另投资　进行治理。　又如湖南湘维有限公司，原设计采用的是将炉气湿　法净化后用以生产甲醇的工艺路线，但由于净化、提纯　的技术不过关，该工艺路线一直未能得到实现；后改造　为废热锅炉燃烧炉气生产蒸汽的工艺。　综上所述，湿法净化回收利用工艺虽较成熟，但工　艺系统较复杂，系统的气密性要求高，不安全隐患较　多；系统的动力消耗大，维护费用较高；占地面积大；　会造成二次污染，不符合循环经济的要求。　（２）直接利用后除尘　我国较早利用全密闭炉炉气作为燃料直接燃烧工艺　的有杭州电化厂等。该工艺利用炉气在余热锅炉内燃　烧，使气体及灰尘中的氰化物全部分解，并使灰尘的物　理性质发生变化，由原来的疏松、轻、粘变成了结构密　中一环铱产生２００７．２　圈一圃一圆　囱’　　图２炉气利用除尘工艺流程　一部分炉气经调节阀直接进入烟囱放空燃烧；另一　部分进入余热锅炉烧嘴，与来自鼓风机的空气混合后燃　烧放热产生高温烟气，出口尾气温度＜２００￣，经袋除　尘器除尘后放空。锅炉各蒸发面与水进行热交换，产生　中压蒸汽，经过送热器送给用户。　采用锅炉燃烧炉气，经济合理，不易发生堵塞；流　程短，占地面积小，系统安全可靠性大大增强；减少　了气体中灰尘的含量，其物理显热与灰尘中的炭尘燃　烧热值均能得到充分利用。巨化电石有限公司系统总　投资为５９４．０４万元（１９９８年），张家口下花园电石厂　３０００ＲＶＡ发电系统投资超过３０００￣ｉ＂元（１９９９年）。　经高温煅烧后的炉气中的粉尘粒度相当小，比表面　积大，具有很强的吸附性能，在锅炉换热面极易粘结，　严重时厚达５～１０ｍｍ；遇潮时团聚严重，且有固化现　象。采用吹灰清灰技术很难将锅炉受热面的积灰清除，　因此锅炉经常需停炉清灰，大大降低了锅炉的作业率。　根据三明化工厂半密闭电石炉余热利用的经验，锅炉采　用单气包自然循环直立烟道，用落丸清灰技术解决锅炉　受热面的清灰难题，即可实现系统的稳定运行。另外，　由于电石炉生产时工况的变动，炉气量会发生变化，造　成锅炉产生的蒸汽压力不稳定。如采用蒸汽发电技术的　下花园电石厂，在必要时需向锅炉内喷入一定的煤粉，　以保证充足的蒸汽压力从而实现发电。　在山东博汇实业有限公司高电石渣掺量干磨干烧新　型干法水泥生产线的设计中，利用全密闭电石炉的炉气　作为电石渣预烘干的热源，将炉气从电石炉中引入生料　维普资讯 http://www.cqvip.com

烘干系统的沸腾炉内与空气混合，直接燃烧。为防止烟　气在管路中结焦粘堵，采用强力送风，缩短输送路径和　时间；为防止喷嘴结瘤和堵塞，采用大口径喷嘴。实际　该系统的关键技术在于以下三个方面：　（１）降温系统及其温度控制系统　烟气采用两级降温措施，先采用水冷套管将烟气温　２８Ｏ℃。通过调节强制风冷器上轴流风机运转台数控制冷　应用中，一台２５５００ｋＶＡ的全密闭电石炉产生的炉气完　度降至４５０Ｃ以下，然后进入强制风冷器降至２４０℃～　全能够满足一台　３．０×２５ｍ烘干机的热量需求。但是，　同样由于气源的不稳定，在生料预烘干的设计中，保留　风量，实现温度控制；温度要低于２８０＂（２以保护滤袋、高　了煤粉供应系统作为应急热源。另外，在电石炉停炉期　于２４０Ｃ（根据下花园电石厂的使用经验，焦油析出温度　间，需要对炉气输送系统进行清理。此管道输送系统投　在２２０℃左右）以避免焦油析出；一旦烟气超温，可以掺　资很低，仅需十万元左右。　（５）干法除尘后再利用　工业发达国家的电石企业均采用大容量的全密闭电　石炉（２０世纪７０年代容量已达７５０００ｋＶＡ，个别甚至达　到９６０００ｋＶＡ）配套气烧石灰窑（用回收炉气作燃料生　产石灰供电石生产用）。为推动国内电石炉行业技术的　进步，我国８Ｏ年代末从德国、挪威、日本等国引进８套　２５５００ｋＶＡ全密闭电石炉及中空电极、气烧窑、组合式　把持器、干法除尘、计算机控制５项新技术。从应用上　看，组合式把持器、计算机控制二项技术获得了成功，　而中空电极、电石炉烟气干法除尘技术却没有获得成　功，另外，由于烟气无法净化而不能向气烧窑提供洁净　的气源，导致气烧窑技术也最终失败。如张家口下花园　电石厂于１９８７年分别从挪威某公司和西德某公司引进电　石生产技术，先将炉气干法净化，然后引入石灰窑烧生　石灰，１９９０年９月投入运行后出现管道、冷却器和灰斗　及卸料阀的严重堵灰，致使净化系统流程无法打通，后　将其改造为废热锅炉燃烧炉气发电的工艺系统。　气烧石灰窑所制得的生石灰比较柔软，反应性较好，　对电石生产有利；可以综合利用小块石灰石，而且１临时ｌ生的　开、停窑操作非常方便。但是全密闭电石炉的炉气必须经过　净化才能直接作为燃料使用，且炉气中存在的焦油气＿旦　达到冷凝温度，就极易变成冷凝物，该冷凝物十分微细，粒　径为０．１－１　ｐｍ，最小的可达０．Ｏ１　ｐｍ，加之焦油微粒粘而不　易润湿，所以很难从气体中清除。　３全密闭电石炉尾气干法净化及气烧石灰窑　工艺流程如图３所示。　盛豳一卤　豳一　团一匿垂星亘　—圃．匿卤ｊ！豆圃一　一一　匝叵　亟　］重　重口　图３干法净化工艺流程　人氮气辅助降温；若温度仍然超限，可进行放散处理；　除尘后输送管道要采取保温措施，避免温度降低析出焦　油，导致管道阻塞。　每次开机运行时，应尽可能将系统温度提上来。炉　气流量大时，系统温度可适当低控；流量小时就适当高　控。总之，应以系统卸灰顺畅，满足设备能力为原则。　（２）系统密封及其保护、控制系统　１）管道系统增设水封，所有法兰之间增设氮气密　封；利用一级高温风机克服除尘前管道阻力后将烟气送　人反吹风玻纤袋式除尘器，然后再利用二级高温风机克　服除尘器的阻力；除尘后的尾气利用增压风机送入石灰　窑的喷嘴燃烧。采用微正压输送，避免炉气的泄露和外　界氧气的进入。　２）为避免焦油糊袋，在除尘器人口增设喷石灰保　护，一旦温度降低，利用氮气做高压风机的气源，使储　灰罐中的石灰随烟气进入除尘器，在滤袋表面形成保护　膜，使焦油随粉尘混合被清除进入灰斗。　３）除尘器反吹清灰气源采用净化炉气，同时氮气　作为备用清灰气源；对冷却器灰斗、除尘器和灰斗进行　保温，同时对灰斗进行加热，以防止结垢。增设氮气做　气源的空气炮，对除尘器灰斗、冷却器及其灰斗进行清　堵，在冷却器灰斗和除尘器灰斗处增设仓壁震动器以防　止蓬松堵料；灰斗采用双层卸灰阀，以保证密封。　４）在一些易堵部位，包括水平管、管路及设备底　部，增设清灰孔，以解决运行中的粉尘沉积过多问题。　５）控制系统对温度进行实时记录并显示，采用数　据模块控制；一旦超限则进行预先报警并提示启动自动　或手动措施，以保护整个系统。　６）为适应烟气工况的波动，系统风机采用变频调　速，以满足工艺系统的要求。　（５）除尘器的选择　为得到较洁净的炉气，又要避免焦油的析出；除尘　器尤其是滤袋必须要能承受２４０Ｃ以上的高温。而高温　ＣＨＩＮＡ　ＥＮＶＩＲＯ　＿＾卧ｒｒＡＬ　ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２００７．２　维普资讯 http://www.cqvip.com

５４　Ｅｎｇｌｎ程ｏｏｒｌｎ　ｇＡｐｐ剧ｌｃａｔｌ。ｎ　滤袋主要是采用两种清灰方式，一种是利用风机进行反　水泥、ＣＯ利用的大型一体化项目，电石规模都在数十　吹弱清灰，这种设备选用玻纤做滤袋，过滤风速低，但　万吨以上，甚至规划了超百万吨的，这无疑将会给整合　容易实现。另一种采用脉冲阀喷吹进行清灰，也可以　和规范行业的健康发展带来巨大影响。而尾气除尘和综　采用玻纤针刺毡作为滤袋，但其最高只能承受２８０℃的　合利用是其中的技术难题。如果投资允许，设计时采用　高温，而采用陶瓷纤维或不锈钢纤维做滤袋，可承受　大型一体化，利用炉气作为烘干机热源是总体投资少且　８００＂（３的高温，过滤风速也可适当提高。由于脉冲阀不　安全便捷的方案。而对于总体投资受限的项目，可以采　能承受高温，清灰气源只能采用氮气，这样会使系统负　用气烧石灰窑的方案。　荷增加并可能导致烟气温度降低。另外，设计中为避免　面对这样的形势，电石生产企业在符合电石行业准　高温辐射，将脉冲阀远离除尘器，但也会对脉冲阀的使　入条件的前提下，应采用大型全密闭炉及其尾气综合利　用寿命产生很大影响，而且与除尘器接触部位的密封也　用技术进行改造。以循环经济、可持续发展为基本理　存在一定难度。采用前一种除尘方式，造价低且可行性　念，降低综合能耗，充分利用炉气，并寻求政府在政策　高，但允许烟气波动范围小；后一种方式造价高，实现　和资金上的支持。　起来不确定因素多，但进入除尘器的烟气温度控制难度　小，除尘后烟气温度也可适当提高。　参考文献：　２５５００ｋＶＡ全密闭电石炉采用反吹清灰的除尘系统投　［１］赵佳英，等．浅谈３０ＭＶＡ矿热炉的煤气净化回收利用［Ｊ］．铁合金，２００２．（４）　［２］汪波．含焦油烟气治理工艺简介［Ｊ］．中国环保产业，２０Ｏ３（８）．　资估算（按２４００Ｎｍ　／ｈ风量计算）为２２０万元。　［３］刘平，等．炭素培烧沥青烟气治理［Ｊ］．环境污染与防治，２ＯＯ２（８）．　［４］杨尚平，等．１６５∞ＫＶＡ锰硅合金封闭电炉煤气的回收利用［Ｊ］．冶金能源，　４结论　１９９９（７）．　［５］陈信生，等．密闭电石炉炉气净化系统：实用新型专利说明书［Ｐ］：２Ｏ３４—０１　综上所述，采用全密闭电石炉尾气烧石灰窑或作为　［６］斯文国，等．密闭电石炉炉气回收方法发明专利申请公开说明书［Ｐ］：１９９１－０１　水泥生料烘干机的热源，最经济且符合循环经济的要　［７】金小梅．密闭电石炉气的综合利用［Ｊ］．化工设计通讯，２０００（３）．　求。但是，只有当电石炉正常运行且烟气工况不存在大　［８］林金平．密闭电石炉余热锅炉［Ｊ］．化工生产与技术。２０００（２）．　［９］林金平．密闭电石炉余热锅炉的除尘［Ｊ］．煤化工。２００１（１）．　范围波动时，才能实现后续的尾气综合利用持续稳定　［１　０］唐根华，等．高电石渣掺量干磨干烧新型干法水泥生产线的设计及调试［Ｊ］．　运行。　水泥，２０Ｏ６（３）．　目前，煤、电、化已有一体化企业发展的趋势，因　［１　１］中国电石协会．全密闭电石炉炉气干法净化技术技术介绍［ｃ］．２Ｏ０５．　［１２］石峻，等．ＬＭＣ袋除尘器在矿热炉烟气治理中的应用［ｃ］．厦门：全国袋式过滤　此单独建设商品电石的生产基地是不适宜的。事实上，　技术研讨会论文集（２００３－２００５）．　经过治理整顿和经济发展规律的引导，电石行业的整合　［１　３］电石行业现状及趋向．中国化工技术网．　倾向已日益明显，开始从煤矿一电石及电力一电石的简　［１４］北京安邦咨询公司．节能降耗是化学工业发展必然之路【Ｃ］．２Ｏ０５．　［．５］研　Ｉ业现状，共图健康发展［Ｃ］　单一体化，发展成煤、盐、电、碱、电石、聚氯乙烯、　２Ｏ０５．　１１ａｉｌ　Ｇａｓ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｕｌ１．Ａｉｒｔｉｇｈｔ　Ｃａｒｂｉｄｅ　Ｆｕｒｎａｃｅ　ＳＨＩ　Ｊｕｎ。ＭＡ０　Ｚｈｉ－ｗｅｉ。ＷＡＮＧ　Ｑｉ，ＰＥＮＧ　Ｙｉ　（Ｈｅｆｅｉ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ，Ｈｅｆｅｉ　２３００５１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｔａｉｌ　ｇａｓ　ｏｆ　ｆｕｌｌ－ａｉｒｔｉｇｈｔ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｆｕｒｎａｃｅ，ｉｔ　ｅｘｉｓｔｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ　ｉｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　ｆｏｒ　ａｃｒｂｉｄｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｕｎｔｒｙ　ａｎｄ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｈａｔ　ａｒｅ　ａｐｐｌｉａｃｂｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｃｕｎｔｒｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｐｏｌｉｃｉｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｕｌｌ－ａｉｔｒｉｇｈｔ　ａｃｒｂｉｄｅ　ｆｕｒｎａｃｅ；ｄｕｓｔ　ｒｅｍｏｖａｌ；ｇａｓ－ｉｆｒｅｄ　ｌｉｍｅｋｉｌｎ　中一环傣产土２００７．２