顾丽萍
（宝钢工程技术集团有限公司，上海 201999）
摘要电石乙炔是基本的化工原料，在化学工业的发展史上起过极为重要的作用。由于近年来世界石油化工高速发展，在发达国家已由乙烯、丙烯取代了电石乙炔的地位。根据我国化学工业的生产状况以及能源资源现状，电石作为化工原料还会在我国存在相当长的一段时间，而电石炉是高能耗、高污染设备，电石炉在生产过程中会产生大量高温的含尘尾气（烟气），这些尾气处理不当，会影响操作人员的健康，排入大气就会对环境产生污染。而电石炉的尾气中含有大量CO，又是一种可利用的能源介质。本文主要针对电石炉尾气的特性，对电石炉尾气进行收集、净化处理，使电石炉尾气满足清洁能源的要求，这样既改善了电石炉的操作环境，又变废为宝，节约了能源，提高了企业的经济效益，同时符合《电石行业准入条件》的规定。
关键词电石，电石炉尾气，净化，综合利用
Manage and Integrate Utilize the Exhaust Gas of Calcium Carbide Furnace
Gu Liping
(Baosteel Engineering & Technology Group Co., Ltd., Shanghai 201999, China)
Abstract Acetylene derived from calcium carbide is the elementary raw chemical material which had played a significant role in chemical industry developing history. As the result of the high speed expansion of world petroleum chemical in recent years, it has been replaced by ethane and propylene in developed countries. Based on the status of production and energy sources of chemical industry in our nation, calcium carbide will have been used as raw chemical material in a quite long time. As calcium carbide furnace is high expand energy and high pollution facility, it will produce a large quantity of high temperature exhausted gas during production process. Those exhausted gas will impact operators’ health and cause environmental pollution if it was mishandled and been emitted into the atmosphere. There is a great amount of carbon monoxide in exhausted gas of calcium carbide furnace which can be used as a kind of energy medium. Basing on the characteristic of exhausted gas of calcium carbide furnace, this thesis mainly introduced how to collect, purify and manage those exhausted gas in order to meet the standard of clean energy. Thus it not only improved the operation environment of calcium carbide furnace but also make it possible to recycle and save energy which will increase the economic benefit of enterprise and finally correspond the regulation of Access conditions of calcium carbide industry.
Key words calcium carbide, cxhausted gas of calcium carbide furnace, purify,integrate utilization
1引言
电石是基本的化工原料，其利用丰富廉价的石灰石、炭材为资源，生产出低成本的电石，从而满足PVC 等产品对电石的需求，对于延伸产业链、发展循环经济、提升市场竞争力、增强企业抵御风险能力，具有十分重要的意义。而电石炉是高能耗、高污染设备，电石炉在生产过程中会产生大量高温的含尘尾气（烟气），
顾丽萍，女，工学士，高级工程师，长期从事燃气工程的专业设计与研究工作，guliping@baosteel
这些尾气处理不当，会影响操作人员的健康，排入大气就会对环境产生污染。而电石炉的尾气中含有大量CO，又是一种可利用的能源介质。若对电石炉尾气进行收集净化并综合利用，就能使其既满足环保要求，
又充分利用能源，同时降低了企业的生产成本，为企业提高了经济效益。
2密闭电石炉尾气的特性
电石生产工艺为石灰和炭材在电石炉内进行熔融还原反应生成电石，并产生副产品电石炉尾气，反应式为：
CaO + 3C====CaC2 + CO
根据电石炉的炉型，电石炉有敞开式和密闭式，敞开式电石炉在含尘尾气进入烟道排入大气前CO
和空气反应燃烧成CO2, 密闭电石炉在尾气排入大气前设置密闭炉盖，尾气中含有大量CO，通过密闭
炉盖的收集，若再经过净化处理，可使尾气中的含尘量控制在≤30mg/Nm3。电石炉每吨电石可回收约430Nm3电石炉尾气，每台电石炉尾气小时产气量为3000～5000 Nm3/h，以40.5MV·A密闭型电石炉为例，每台电石炉平均小时可回收电石炉尾气量约3600 Nm3/h，以年产电石40万吨计算，年回收电石炉
尾气量为1.72亿立方米，相当于5.9万吨标煤。因此密闭电石炉尾气经过密闭炉盖的收集和净化处理可
作为清洁能源使用。
2.1 电石炉尾气成分
电石炉尾气的成分见表1。
表1电石炉尾气成分 (%) 成分CO CO2H2O S O2H2N2
体积百分比70~85 5~8 2.61 0.34 0.33 2~4 6~10
2.2电石炉尾气热值
电石炉尾气热值为9614～10450kJ/Nm3 (2300～2500kcal/Nm3)，平均热值为10032kJ/Nm3(2400kcal/Nm3)。
2.3 电石炉尾气温度
电石炉尾气的温度约为500～650℃，塌料瞬时大于800℃。
2.4 电石炉尾气含尘
电石炉尾气的含尘浓度约为100～150g/Nm3，最大时可达300 g/Nm3。
2.5 电石炉尾气含粉尘成分
（1）C 15%～25%；（2）CaO 28%～35%；
（3）酸不溶物 8%～10%；（4）R2O39%～10%；
（5）MgO 13%～18%；（6）P0.1%；
（7）S 0.18%～0.19%。
2.6粉尘粒径分布
（1）≤2µm 37.2%；（2）2~5µm 19.5%；
（3）5～10µm21.5%；（4）10~40µm10.1%；
（5）50～00µm 11.7%。
3 电石炉尾气的净化
电石炉尾气的含尘浓度约为100～150g/Nm3，最大时可达300 g/Nm3。若要直接把电石炉尾气作为能源使用，含尘尾气中的颗粒会沉积在管道中堵塞管道，同时还会堵塞烧嘴，影响炉子的正常生产，因此对电石炉尾气进行净化处理很有必要。
目前常用的气体净化方法有湿法和干法两种工艺，干法净化又有陶瓷过滤器干法净化和布袋式干法净化工艺。
3.1密闭电石炉尾气净化工艺
3.1.1 湿法净化技术简述
由于国内湿法净化洗气机尚属单层、双层齿棒结构，洗气效率低，同时产生大量含CN污水。这种方法由于过程设备易堵，操作管理困难，另外污水量大，仅适用于大型企业，将污水集中到污水厂处理，污泥排至水泥厂做原料。
3.1.2 陶瓷过滤器干法净化工艺简述
以尾气处理量为6000Nm3/h的过滤器为例，陶瓷过滤器大致尺寸为长10m，宽4m，高6m左右，其中10组过滤器，9组在过滤，1组返吹，返吹一组需20s，即3min内就轮流返吹一次。尾气经带有翅片的外引出管到陶瓷过滤器，一般陶瓷过滤器的工作温度为<500℃，但瞬时可达800～1000℃。经过陶瓷过滤器后，气体含尘由150g/Nm3降至5～10mg/Nm3。净化后气体经过除焦油器再经耐热钢制热交换器（附焦油器的底部是可以加热的）。管外为冷却水，管内为气和油，温度由250℃降至25℃以下，经鼓风机加压后送生产使用。一部分为焦炭干燥用，大部分送往化工厂作燃料。陶瓷过滤器的返吹气体CO2，返吹压力为10～15kPa，风机20kPa，运行中严格控制O2含量，当O2含量在0.8%～1%时，自动报警，而O2含量达到1.5%时过滤的气体会切换到烟囱放空。
该干法净化后的粉尘，用螺旋推进器收集到陶瓷过滤器的一端，然后用气流输送集中到粉尘焚烧装置。粉尘焚烧装置是沸腾床式。粉尘由焚烧室的一端均匀落下，经过一个往复移动的刮板由入料端慢慢刮到尾部，大约30～60s刮一次。而由焚烧室底部往床上鼓入空气。焚烧靠粉尘本身的热量在空气中自燃达到完全燃烧成灰的目的。
陶瓷过滤器的寿命很长。一般每年清理一次，一天则可清完。三年左右整个陶瓷管全部清洗要几周时间。若清洗中操作小心，清洗、安装时不碰坏陶瓷管，那么寿命可达5～10年。所以具有维修方便，除尘效率高，占地小的优点，但陶瓷过滤器价格昂贵。
3.1.3 布袋式干法净化工艺
布袋式干法净化工艺没有湿法净化对水的污染很难解决的问题，价格又比陶瓷过滤器干法净化便宜很多，目前电石行业的电石炉尾气净化大多采用此工艺。
密闭电石炉产生的尾气在500～650℃，瞬时可达800℃以上，电石炉尾气经过水冷管道，再经缓冲沉降器将50％的粉尘和焦油捕集下来, 再经二级空气冷却器（或一级空冷再加粉尘焦油沉降器）将温度降至220～260℃之间，同时将气体中大颗粒的粉尘捕集下来，尾气再经粗风机加压后进入防爆型布袋除尘器进一步除尘，使出口尾气含尘量控制在≤30mg/Nm3，最后由净煤气风机加压抽出送往降温装置降温，尾气温度降到约40℃，压力约5kPa，然后由管道输送至储气柜。
缓冲沉降器、两级空冷器与防爆型布袋除尘器收集下来的粉尘经过卸灰阀卸至刮板输送机、储灰仓，最后通过汽车外运。
降温装置可采用水洗降温装置或冷却降温装置。
水洗降温装置的水经沉淀池沉淀后由泵再送往水洗装置，水循环使用，亏水运行，同时设置隔油池，去除循环水中的微量焦油。
冷却降温装置水或空气和尾气间接接触，可采用全厂冷却水，装置底部设置冷凝水和焦油排放装置。
电石炉尾气净化工艺流程详见图1。
图1 电石炉尾气净化工艺流程
汽车尾气处理装置图3.2电石炉尾气净化装置的控制要求
电石炉在正常生产过程中要保持微正压运行，以确保生产安全，对密闭电石炉炉压太高会使炉子的泄爆口炸开，炉内形成负压内会吸入空气，引起炉内CO爆炸，因此炉压的控制对安全生产很重要，正常生产时炉压通过净化系统的粗风机流量进行调节，以确保安全生产。尾气的成分反映了炉内的生产状况，H2含量高说明原料含水分太高，甚至可能是炉子水冷管道漏水，需要检查。O2含量太高，有可能吸入空气，因此电石炉尾气净化装置的控制对电石炉的安全生产至关重要。
密闭电石炉尾气净化装置一般采用机旁手动和PLC自动两种控制方式。根据工艺需要在尾气净化装置中设置浓度(CO、H2、O2及含尘量)、温度、压力、故障等检测与高位和低位报警装置，氮气系统、压缩空气系统、冷却水系统中设置温度、压力、故障等检测与高位和低位报警装置，灰仓需设置料位检测。在净化装置与放散烟囱接口处、空冷器前后、布袋除尘器前后、风机前后设温度、压力测点，空冷器前后温度测量与冷却风机连锁，风机均采用变频风机，确保布袋除尘器入口温度。粗气加压风机采用变频风机与电石炉压力连锁，根据炉压调节。如有异常将自动报警，报警系统根据事故部位发出声光报警信号，并把综合信号传送给电石炉控制室，要求切断净尾气烟道阀停止运行尾气净化装置，并完全打开荒炉气烟道阀，同时净化装置需采取相应的紧急停车措施。
4密闭电石炉尾气综合利用
密闭电石炉尾气中一氧化碳体积百分比70%～85%，热值范围9614～10450kJ/Nm3 (2300～2500kcal/Nm3)，净化处理使出口尾气含尘量控制在≤30mg/Nm3，拟作为清洁能源使用。
电石炉正常生产时每吨电石可回收尾气430Nm3/t，折合热量约为1.032×106kcal/t（电石），相当于147kg 标准煤，生产1t电石需消耗合格粒度石灰0.92t，考虑到粉料损耗，一般生产1t电石需消耗石灰按1.022t 备料，若石灰的燃料消耗按1000kcal/kg计算，则生产1.022t石灰需热量1.022×106kcal，尾气略有多余，多余尾气可供炭材烘干使用，实现能源平衡，详见图2。
山西阳泉煤业集团公司年产40万吨电石项目就采用了此工艺，投产至今已运行3年多，系统运行稳定，同时为企业节约了能源，该项目被评为2013年度冶金行业优秀工程设计二等奖。
图2 电石炉尾气综合利用热量平衡图
4.1 密闭电石炉尾气综合利用流程
电石炉生成液态电石是周期性从炉口间断放出，可回收的净尾气基本连续，但是可回收的尾气量和可燃成分是波动的。由于电石炉尾气波动大，为此拟设置储气柜，以解决热值的波动以及产气和用气之间波动。因此电石炉尾气作为燃料综合利用的流程为：电石炉尾气经烟道收集和净化处理后含尘量≤30mg/Nm3，在净化系统出口尾气管道上设置电动蝶阀、扇形阀，同时设置止回阀，然后进入降温系统，使尾气温度降到约40℃，压力约5kPa，进入储气柜，由储气柜输出的尾气经加压后通过管道输送供各类加热炉作燃料使用。
储气柜容量的确定应考虑以下情况：
（1）一座电石炉短期检修需补充的燃气量；
（2）电石炉尾气消耗周期性波动或短时间变化的调节。
4.2作为石灰窑、炭材烘干的燃料
在电石生产厂根据工艺的需要一般同步配套建设石灰窑、炭材烘干等设施，净化后的电石炉尾气可供石灰窑作燃料使用，多余的尾气送烘干系统作燃料使用。
根据电石生产工艺，每吨电石需消耗粒度为5～40mm石灰0.92t，考虑到粉料的损耗，按年产40万吨电石为例，需消耗石灰40.88万吨，石灰窑生产石灰的燃料消耗不同的窑型会有些变化，基本上都在950～
1050kcal/kg之间，若石灰的燃料消耗按1000kcal/kg，电石炉尾气热值按平均值10032kJ/Nm3 (2400kcal/Nm3)考虑，年生产40.88万吨石灰需电石炉尾气1.7亿立方米，比年回收电石炉尾气量1.72亿立方米略少，多余的200万立方米电石炉尾气可作为烘干系统燃料的补充。
4.3作为锅炉等的燃料
电石生产厂若不配套建设石灰窑、炭材烘干等设施，可做锅炉燃料，或供发电厂使用。
5总结
通过密闭电石炉尾气净化处理和综合利用实现：
（1）密闭电石炉尾气经净化处理后可满足石灰窑的燃气用量，多余的尾气还可供炭材烘干使用；
（2）实现电石生产企业燃料的自给，降低生产成本；
（3）电石炉尾气的回收利用，改善了工作和大气环境，同时为企业提高了经济效益；
（4）利用尾气净化装置粗风机流量的调节，确保电石炉内压力的稳定，保证了工艺生产的安全运行。
参考文献
[1] 钢铁工业除尘工程技术规. HJ 435-2008
[2] 钢铁企业燃气设计参考资料（煤气部分）.
[3] 电石行业准入条件（2007年修订）. 2007年第70号公告.
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