電石爐技術(shù)的發(fā)展及電石爐尾氣解決方案

1.電石工業(yè)及電石爐技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 電石做為重要的化工**，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域。電石為煤炭化工的中間產(chǎn)品。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷增長，尤其PVC需求量的迅速增加，電石的需求量也在不斷地擴(kuò)大。我國具有豐富的煤炭資源，為電石生產(chǎn)提供了充分的原料保證。特別是近年來石油價格的飛速上漲，導(dǎo)致石油化工生產(chǎn)成本不斷升高，與石油化工相比，煤炭化工已不斷呈顯其自身優(yōu)勢，使得電石工業(yè)迅猛發(fā)展。 電石生產(chǎn)的主體設(shè)備為電石爐，電石爐在電爐種類的劃分中屬埋弧電爐（或礦熱電爐），與一些鐵合金電爐屬同一種類。 我國是一個煤炭大國，同時也是一個電石生產(chǎn)大國，國內(nèi)有大型電石生產(chǎn)骨干企業(yè)五、六十家，中、小型電石企業(yè)更多至幾百家，電石生產(chǎn)設(shè)備主要以中、小型開放式電石爐為主，大型密閉式電石爐占有量相對較少。在今后的電石工業(yè)發(fā)展中，將以大型節(jié)能、環(huán)保型密閉電石爐為主。 我國老式電石爐主要是在前蘇聯(lián)技術(shù)上發(fā)展起來的。國際上以前電石爐技術(shù)比較先進(jìn)的外國公司主要有挪威埃肯公司、德國西馬克·德馬格公司以及日本鉆石公司等，我國曾在20世紀(jì)70年代初期從日本鉆石公司引進(jìn)35MVA密閉式電石爐技術(shù)，20世紀(jì)80年代分別從挪威?？瞎疽M(jìn)25.5MVA密閉電石爐技術(shù)、從德國西馬克·德馬格公司引進(jìn)多種容量大型鐵合金電爐技術(shù)。20世紀(jì)末期，由于國際上石油法化工發(fā)展迅速，電石法化工發(fā)展較為緩慢，國際上提供電石爐設(shè)備技術(shù)的一些大公司在此方面技術(shù)上發(fā)展也相對較為緩慢，特別是日本鉆石公司等現(xiàn)在已基本退出電石爐技術(shù)開發(fā)研究領(lǐng)域。 相反，我國由于電石工業(yè)發(fā)展迅速，在生產(chǎn)中摸索出很多有益經(jīng)驗，并且在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上不斷總結(jié)提高，并且在電石爐設(shè)備技術(shù)中又吸收了很多鐵合金電爐方面的有益經(jīng)驗，使得我國目前電石生產(chǎn)技術(shù)已進(jìn)入國際先進(jìn)行列。 以前由于大型電極設(shè)備技術(shù)及工藝技術(shù)的制約，使得大型電石爐的發(fā)展受到限制，目前直徑1400mm的大型電極已經(jīng)在國內(nèi)大型密閉埋弧電爐上應(yīng)用，且已經(jīng)收到良好的使用效果，*明我國在大型電爐核心技術(shù)掌握上已經(jīng)成熟，為我們設(shè)計制造新型40MVA及以上規(guī)格的超大型電石爐創(chuàng)造了有利條件。 由于大型電石爐具有勞動定員少、易于高水平自動化控制、相對投*少、易于綜合環(huán)境治理等優(yōu)點，建議今后新上電石爐采用30～40MVA大型密閉電石爐。 2.電石爐的分類 電石爐是電石生產(chǎn)的主要設(shè)備，電石生成的電化學(xué)反應(yīng)就是在電石爐內(nèi)完成的。電石爐按其容量可分為小型電石爐（一般容量在10000kVA以下）、中型電石爐（一般容量為10000～25000kVA以下）、大型電石爐（一般容量為25000～40000kVA以下）、超大型電石爐（一般容量為40000kVA以上）；電石爐按其結(jié)構(gòu)可分為開放式電石爐、半開放式電石爐及密閉式電石爐。 3.密閉電石爐是什么 密閉電石爐是指電石生產(chǎn)的電化學(xué)反應(yīng)在密閉的容器（包括爐體及爐蓋等）中進(jìn)行，外部的空氣不能進(jìn)入反應(yīng)的容器內(nèi)，這樣的電石爐稱為密閉電石爐。由于密閉電石爐爐內(nèi)隔絕了空氣，其反應(yīng)生成的CO氣體不會在爐內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)。 密閉電石爐的特點： 1)反應(yīng)生成的CO氣體抽出后經(jīng)降溫及除塵凈化處理，可作為氣體燃料及有機(jī)合成工業(yè)的原料，從而使能源得到了綜合利用，降低了電石生產(chǎn)的成本； 2)密閉電石爐電化學(xué)反應(yīng)在密閉的爐蓋下進(jìn)行，在電石爐周圍沒有火焰和粉塵，大大的改善了勞動環(huán)境； 3)由于反應(yīng)生成的CO氣體被抽出，爐面上不再發(fā)生燃燒反應(yīng)，爐內(nèi)氣體溫度降低，延長了設(shè)備的使用壽命； 4)由于密閉電石爐爐面上不再發(fā)生燃燒反應(yīng)，電爐的工作環(huán)境得到了改善，電石爐功率可以提高，電石爐可向大型化發(fā)展，目前世界上大型電密閉石爐容量已達(dá)到100000kVA； 5)密閉電石爐加料為連續(xù)自動加料的方式，取消了現(xiàn)場人工加料； 6)電極升降及壓放采用自動方式在控制室內(nèi)完成，可以減少勞動定員及減輕工人的勞動強(qiáng)度； 7)密閉電石爐可根據(jù)各種儀表來控制電石爐，并且利用儀表進(jìn)行安全檢測，提高了電石爐操作的安全性，為自動化電爐操作提供了基礎(chǔ)； 4.節(jié)能、環(huán)保型密閉電石爐介紹 按照電石生產(chǎn)滿足可持續(xù)發(fā)展的需要，及設(shè)備的先進(jìn)性、生產(chǎn)安全性、環(huán)保達(dá)標(biāo)排放、節(jié)能及達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模的要求，目前新上電石爐在容量上應(yīng)為大型或超大型電石爐，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用密閉式電石爐。下面，將目前國內(nèi)先進(jìn)的節(jié)能、環(huán)保型密閉電石爐情況作以介紹。 4.1密閉電石爐的爐體形式 電石爐的爐體由爐殼和爐襯組成。在電石爐爐體內(nèi)爐料通過其電阻熱及部分電弧發(fā)出的高溫使?fàn)t料熔化反應(yīng)生成電石。由于反應(yīng)溫度高達(dá)2000℃以上，這樣高的溫度，一般耐火材料是難以承受的，所以爐體的容積必須大于反應(yīng)的空間，也就是說反應(yīng)區(qū)與爐襯之間留存一層爐料， 用以保護(hù)爐襯。 爐體的形狀很多，從爐口形狀來說，有圓形的、橢圓形的、方形的 和長方形的。由熱力學(xué)的觀點來看，以圓形較為有利。實際上，爐體形狀的選擇決定于電極位置的布置和co抽取設(shè)備的安裝位置?，F(xiàn)今的電石爐可以說大多數(shù)都是采用圓形爐。 爐體內(nèi)反應(yīng)空間的大小由電極的大小、距離以及電弧作用范圍來決定。電極間的距離與其直徑成正比例，而電極直徑是隨爐子的容量而變的。電極直徑又由其所允許的電流密度來決定。電極的電流又由變壓器的容量來決定。*終結(jié)論是爐體的大小決定于其變壓器的容量。 對爐殼的要求：①爐體強(qiáng)度應(yīng)該能滿足爐襯受熱而產(chǎn)生的劇烈膨脹，適應(yīng)爐襯熱脹冷縮的要求；②在滿足強(qiáng)度要求的情況下，應(yīng)力爭節(jié)省材料，減輕重量；③制造方便，必要時應(yīng)考慮包裝運輸?shù)目赡苄浴? 目前國內(nèi)所用爐殼的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是圓柱形殼，大多數(shù)工廠都采用這種結(jié)構(gòu)。另一種是例圓錐形爐殼，錐角為7°。這種形式的爐殼以前我國曾經(jīng)在大容量密閉電石爐上采用。 4.2密閉電石爐的爐蓋形式 爐蓋的作用是蓋在爐體上面，使電石爐密閉起來，爐蓋與爐體之間密封采用砂封。爐體與爐蓋的密封是為了使電石生產(chǎn)中產(chǎn)生出來的爐氣全部回收。 爐蓋為水冷焊接結(jié)構(gòu)，其上打結(jié)有耐火材料。在爐蓋上設(shè)有檢查孔、安全閥、測溫計孔、爐氣排出口、加料口和3個電極插入口。 4.3密閉電石爐的電極裝置結(jié)構(gòu)形式 電石爐的電極裝置為電石爐設(shè)備的重要組成部分，電極裝置的好壞，直接影響著電石爐是否能夠順利生產(chǎn)。 自焙電極系統(tǒng)由于生產(chǎn)成本低、使用比較可靠，現(xiàn)在電石爐電極系統(tǒng)基本上采用自焙電極系統(tǒng)。 目前大型電石爐電極裝置的控制主要是采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行全自動控制。 電極裝置主要分為組合把持器式電極裝置、液壓報閘式電極裝置、鋼帶抱緊壓放式電極裝置。 組合把持器式電極裝置為近年來在引進(jìn)國外技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的新式電極裝置，此種結(jié)構(gòu)的電極裝置在國內(nèi)一些廠家已得到很好的應(yīng)用，充分*明了其適應(yīng)大型電石爐生產(chǎn)的特性。此種結(jié)構(gòu)的電極裝置已不同于電極裝置的結(jié)構(gòu)形式。此種結(jié)構(gòu)的電極裝置其電極殼上焊接有多個筋片，電極的壓放和導(dǎo)電就是通過夾持筋片來完成的。其分為上、下兩部分。 根據(jù)長期使用，組合把持器式電極裝置與其它電極裝置，具有如下的顯著特點： a)結(jié)構(gòu)簡單，它簡化了把持器和壓放機(jī)構(gòu)，使用可靠，重量輕； b)互換性好，接觸裝置和壓放裝置可適用于各種不同直徑的自焙電極； c)組合把持器接觸電阻小，電效率高，不易與電機(jī)殼間打火； d)電極殼再不會變形； e)電極再不會在滑放時失去控制，為高電耗的冶煉工藝增加了安全電極滑放率； f)由于降低電極的冷卻，因而使電極焙燒位置升高； g)減少了電極斷損事故； h)壽命長，普通的銅瓦式把持器一般壽命較短，塊式抱閘重且易磨損，而組合式電極柱接觸元件及壓放裝置的壽命可在傳統(tǒng)電極柱壽命的5～8倍以上。 i)在電極導(dǎo)電系統(tǒng)中，接觸導(dǎo)電元件與電極殼之間通過彈簧進(jìn)行夾緊，電極壓放時不用降低電爐負(fù)荷，而在電爐滿負(fù)荷的狀態(tài)下進(jìn)行電極的壓放，這樣大大的提高了電石爐的功率利用系數(shù)。 組合式電極柱雖然有以上優(yōu)點，但必須加工制造精密，按照其特性進(jìn)行調(diào)試，才能充分發(fā)揮其優(yōu)點。 5．電石爐空心電極系統(tǒng)介紹 近年來隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，人們又研制出了空心電極系統(tǒng)并得到了很好的應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。電石爐空心電極系統(tǒng)將原料破碎過程產(chǎn)生的石灰粉料和焦碳、無**粉料按比例配料作原料從中空電極內(nèi)部直接加入爐內(nèi)，空心電極系統(tǒng)具有如下的特點: 1)電石爐空心電極系統(tǒng)把配料前篩分下來的粉料（石灰、焦碳及無**粉末）直接從電極心部加入爐內(nèi),提高原料利用率,粉料的加入率*高可達(dá)30%；（無空心電極系統(tǒng)的電石爐，粉料一般作為廢料處理） 2)由于電極為空心結(jié)構(gòu),電極焙燒效果好； 3)快速調(diào)節(jié)溶池原料配比，迅速調(diào)整爐況； 4)由于細(xì)粒原料在爐內(nèi)均勻混合，直接進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，更有利于反應(yīng)的進(jìn)行，降低電耗5%左右； 5)在電石生產(chǎn)中可加入更多的焦碳，而不造成電極上移，可提供更有利的還原條件，提高產(chǎn)品的質(zhì)量； 6)使用空心電極系統(tǒng),可使電極糊及電極殼的消耗量減少1/3以上； 6.電石爐氣體分析解決方案 電石(CaC2)是基本的有機(jī)化工**，曾被譽(yù)為有機(jī)合成之母。由它制得的乙炔氣可代替石油制品生產(chǎn)醋酸、醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙炔炭墨等一系列數(shù)千種有機(jī)產(chǎn)品的氣體原料。電石化工作為煤化工的一個分支，一方面是具有生命力的產(chǎn)業(yè)，另一方面又是高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)。電石生產(chǎn)中，電石爐排放的煙氣是*大的污染源。為了加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)治理和實現(xiàn)能源回收利用、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)和社會效益，按照國家發(fā)改委2007 年70 號文件《電石行業(yè)準(zhǔn)入條件》（2007 年修訂）的意見。新建電石爐必須符合以下4個要求：（1）建設(shè)大型密閉式電石爐；（2）單臺爐容量25000KVA 以上；（3）初始總?cè)萘?00000KVA；（4）電石爐氣必須綜合利用。 電石爐氣的凈化和利用在國內(nèi)外都是難題，要充分、安全、有效地利用電石爐氣，就必須對電石爐尾氣進(jìn)行有效的監(jiān)測。電石爐尾氣分析方法主要有三種：手工（奧氏氣體儀）分析、色譜儀分析、在線分析。 本解決方案僅就密閉式電石爐氣的在線監(jiān)測進(jìn)行簡要分析，對電石爐尾氣分析系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行簡要介紹。希望能拋磚引玉，從而實現(xiàn)在新建電石爐和老的電石爐改造后的尾氣得到充分利用，進(jìn)而實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、勞動保護(hù)以及實現(xiàn)能源回收利用、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)效益。 1. 爐氣的特性 生產(chǎn)過程中的密閉電石爐內(nèi),通電后生成產(chǎn)品的主要反應(yīng)式：CaO+3C=CaC2+CO 1.1 爐氣量：400Nm3/t電石； 1.2 溫度：正常400--800℃，（瞬時）1000℃。 1.3 爐氣的組分（一般） 成分 CO CO2 CH4 N2 H2 O2 CN- 焦油 含量(%) 70-90 1-10 0.5 1-8 0-10 0.2-0.6 微量 微量 1.4 粉塵含量及組分 粉塵含量：50-150 g/ Nm3 粉塵種類 CaO C SiO2 Fe2O3 Al2O3 其它 所占比例(%) 37.2 34.1 15.8 0.96 7.1 4.84 密閉電石爐尾氣有以下特點： 2. 爐氣的特點 (1)電石爐尾氣出爐溫度高且不穩(wěn)定； (2) 爐氣量波動而不平穩(wěn)，尾氣中co濃度高，約含74—85％，且溫度高，屬于易燃易爆的氣體； (3)尾氣粉塵含量大且粒徑小，5～10μm的約占粉塵40％，大于40μm的不足11％，高達(dá)150g／Nm3的煙塵使得尾氣的回收很不利; (4)尾氣有一定的熱值約2300—2600 Kcal／Nm3； (5)尾氣中含有微量的焦油，析出后和粉塵粘連，給低溫除塵帶來不便。