電石爐煙氣凈化技術探討
１ 我國電石工業發展概況
電石工業是高耗能、高排放行業。電石生產中，電石爐排放的煙氣是最大污染源。據測算，２００４年我國電石行業排放的含塵煙氣量超過６００億ｍ３，對生態環境造成嚴重危害。電石爐可分為開放式、內燃式（半密閉式）以及密閉式３種。開放式電石爐在生產中煙氣直接排放，污染嚴重，能耗高，操作條件惡劣，目前國家已明令淘汰；內燃式電石爐在爐頂上加蓋了煙罩，生產中產生的大量含有一氧化碳的爐氣在爐內燃燒后排放，操作環境有所改善，但綜合能耗高，環境污染嚴重的問題仍然存在，為國家限制發展的工藝；密閉式電石爐適用于大型生產，可燃爐氣從爐內引出并綜合利用，避免了能源的巨大浪費和大量煙塵的直接排放，能夠實現污染物的達標排放，有利于環境保護，是我國電石工業發展的方向。
我國電石產量居世界第一，２００５年全國共有電石生產企業４５０多家，但企業規模小，技術裝備落后，占總產能９５％的年產５萬ｔ以下的小型企業占了總數９０％以上。這些企業的電石爐為內燃式和敞開式爐型，裝備簡陋，排放失控，節能、環保上存在先天不足，管理水平低。特別是電石爐煙氣凈化技術落后，造成能耗高、污染重，成為我國電石工業發展進步的巨大障礙。
２ 電石爐煙氣的特性
電石爐爐型不同，其煙氣性質完全不同。此外，不同地區、不同工藝操作手段和原材料的優劣，都會對電石爐的煙氣特征產生影響。電石爐的煙氣特征見表１、表２、表３。
從以上數據可以看出，不同爐型的煙氣特征差別很大，但都具有溫度高（開放式電石爐煙氣溫度低、熱能利用價值不高），煙氣量大，成分復雜，粉塵顆粒細，比表面積大，比重輕的特點。同時，粉塵比電阻也比較高，還具有一定的黏性，難以清灰；粉塵中含有較多的焦炭粉塵，磨蝕性比較強，治理難度較大。
３ 電石爐煙氣凈化技術進展
國內電石行業為治理電石爐煙氣進行了大規模、長時間、形式多樣的研究和實踐，并取得了一定成效。但由于電石爐煙氣溫度高，粉塵性質特殊，風量變化大，仍存在一些有待解決的問題。
３．１ 濕法除塵與常規袋式除塵凈化技術
濕法除塵器難以除掉粒徑＜４ μｍ的粉塵，雖然有一定的除塵效果，但排放質量濃度不達標，而且除塵后的污水含有大量的氰，會產生嚴重的水污染，加大治理難度，因而國內外已不采用。常規的袋式除塵器溫度適應性差，易燒袋，且運行能耗大，更突出的問題是電石爐細微的粉塵黏結在濾袋上難以清除，設備阻力逐漸增加，抽煙量隨之減少，直接影響正常生產。
３．２ 開放爐的煙塵凈化
開放爐多采用旋風除塵器串電除塵器，由于煙氣量很大，煙溫低、煙塵比電阻太高，既無法進行余熱利用，電除塵器除塵效果也很差，無法達標排放。國家經貿委１９９９年６號令已要求關停或改造所有的開放式電石爐。
３．３ 半密閉電石爐煙氣凈化及余熱利用技術
半密閉爐（內燃式）由于煙氣疲軟度高，無法直接應用袋除塵器或電除塵器，有些企業采用煙氣烘干焦炭后除塵，雖然實現了熱能的綜合利用，但無法解決利用后的尾氣達標排放問題。
經多年努力，合肥水泥研究設計院、福建三明化工總廠等單位共同開發出了半密閉電石爐煙氣凈化及余熱利用技術，并在三明化工總廠４＃電石爐成功運行。該系統由余熱鍋爐、玻纖袋除塵器、主風機三大主機設備組成主系統，另外還包括軟化水系統、落丸清灰循環系統、過熱蒸汽并網系統、玻纖袋除塵器反吹風系統、卸灰輸送系統、計算機控制系統等輔助系統。其流程是：電石爐產生的煙氣由導煙管引入分流室，經主煙道進入余熱鍋爐進行熱交換，溫度降至２２０ ℃后進入玻纖袋除塵器除塵，凈化后煙氣由引風機送入煙囪排放，余熱鍋爐產生２２０ ℃左右的過熱蒸汽供生產使用。
該項技術余熱鍋爐采用單氣包自然循環直立煙道式，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、工作穩定，保證煙氣出口溫度穩定在２２０ ℃以下，滿足了袋除塵器的要求；根據電石爐煙氣特點專門設計的玻纖袋除塵器采用了最新技術，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了各工藝過程主要參數的實時監控，鍋筒水位自動調節，鍋爐受熱面和玻纖袋清灰的自動控制，落丸清灰系統過程監控。近幾年的運行證明，該裝置穩定可靠，煙塵排放多次檢測均小于５０ ｍｇ/ｍ３，余熱鍋爐副產蒸汽正常，經濟效益顯著。但該技術應用有一定的條件：煙氣溫度必須超過３５０ ℃才能產生過熱蒸汽；煙氣中不能有焦油析出，否則余熱鍋爐和玻纖袋除塵器都將失效；煙氣中一氧化碳必須小于一定濃度，否則進余熱鍋爐容易產生爆炸。
３．４ 電石爐專用屋頂立式電除塵器凈化技術
由于電石爐煙溫及煙氣量波動較大，粉塵比電阻均高，并具有很強的黏性，一旦受潮后更增強了黏結性。采用常規的電除塵器凈化電石爐煙塵，會由于黏性粉塵沉集在收塵板和放電芒刺上不易被振打清除而造成電場電暈閉塞現象，使電場運行電流僅為幾毫安至幾十毫安（正常應在數百毫安），除塵效果明顯下降。
諸暨市天立環保工程有限公司與科研機構合作聯合開發了能有效治理電石爐煙塵的半密閉爐專用屋頂立式電除塵器。它設置在電石爐廠房的頂部，同時具備收塵和煙囪的功能。該設備不需要占地面積，不需風機強制送風，充分利用了煙氣熱壓的自然升浮力和立式電除塵器的高度，能產生較強的抽力，煙氣經垂直的煙道進入高效煙氣噴霧調質系統，超細噴霧裝置噴出水霧液滴粒徑＜１５０ μｍ，能確保水霧在垂直煙道中迅速完全汽化，從而有效降低粉塵比電阻及煙溫，以確保粉塵比電阻和煙氣溫度降低至電除塵器的適應范圍。噴霧調質系統還具有粉塵凝聚及沉降的功能，特別有利于煙塵的分離。調質后的煙氣通過直立煙道順利進入設置在屋頂的立式電除塵器的進口，經電場除塵凈化的達標煙氣通過立式電除塵器的頂部煙囪排入大氣。
該電除塵系統完全避免了水平煙道的積灰堵灰現象，同時在垂直煙道的轉彎處設置了振動器，以防局部積灰；整個系統的表面均設置有保溫層，有效地防止了系統的結露現象，從而避免了結露造成的表面腐蝕和結垢。其主要特點是整體結構輕型化，便于在廠房頂部安裝；占地面積小，凈化效率高，清灰效果好，運行穩定可靠，操作方便，特別適合半密閉電石爐煙塵的治理。
屋頂電除塵器最高工作溫度在３００ ℃左右，而一般的密閉爐煙氣溫度高達約８００ ℃，煙氣經水冷煙道后的溫度也在５００ ℃左右。因此，該項技術不能用于密閉爐。
３．５ 全密閉電石爐煙氣凈化技術
全密閉電石爐的主要技術和裝備是我國２０世紀８０年代末從德國、挪威、日本等國引進的，一般規模較大，生產效率較高。由于全密閉電石爐煙溫高達６５０ ℃～１ ０００ ℃，煙氣中含有大量可燃氣ＣＯ，全密閉爐配套干法袋除塵技術，煙氣冷卻凈化后進氣燒窯用于燒石灰。從應用上看，由于煙氣冷卻后焦油容易析出，造成濾袋很快被黏糊而失效，無法向氣燒窯提供潔凈的氣源，氣燒窯只能停用，煙氣直排大氣燃燒，既浪費熱能又污染環境。
全密閉爐的煙氣干法凈化技術即使在發達國家也是一個難題。其難度在于其煙氣溫度高、粉塵細、一氧化碳含量高、焦油含量高且容易析出、煙溫變化大，并存在一定的危險性。從對比分析看，比較可行的有兩個方案：一是煙氣降溫后再進入袋除塵器除塵凈化，凈化后的氣體主要是一氧化碳等可燃氣體，經再次降溫后送入氣柜儲存或使用。該方案的關鍵是煙氣降溫必須嚴格控制在一定范圍內，既不能超過濾袋所能承受的溫度，也不能低于焦油析出的溫度；降溫裝置及玻纖袋除塵器的清灰方式必須可靠，確保含油焦油的黏附性粉塵及時清除；整個系統的密封必須嚴格保證以防發生燃爆事故。該方案煙氣處理量較小，投資較省，但對系統的控制要求很高，同時存在一定的風險性。二是將出爐的可燃煙氣直接送入廢熱鍋爐燃燒，爐氣經熱交換降溫后進袋除塵器干法凈化，鍋爐產生的蒸汽用于并網發電或供其他裝置使用。該技術的關鍵是確保煙氣中可燃物充分燃燒，鍋爐的消灰及布袋除塵器的清灰、系統各環節的溫度控制必須可靠。由于出爐煙氣經燃燒后煙氣量將大大增加，處理裝置也將擴大，因此投資較大。但該方案采用的所有技術都比較成熟，因此可靠性較好。
參考文獻
［１］ 熊謨遠．電石生產及其深加工產品［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２００４．
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
