浅谈密闭电石炉尾气回收及综合利用

浅谈密闭电石炉尾气回收及综合利用近年来，由于原油价格暴涨，使乙烯法PVC的生产成本直线上升，利润降低，严重制约了其发展，因而促进了电石工业的迅速发展，但大部分电石厂技术落后，装备较差，环保意识淡薄，对我国环境构成严重威胁。随着能源的日益紧缺和科学技术的进步，我国节能减排环保要求更加严格，电石法PVC生产过程中出现的污染严重和消耗过高的问题亟待解决，特别是电石生产的污染问题，是制约电石法PVC发展的关键因素之一。当前，电石生产技术正向着高效、节能和环保型的方向发展，密闭炉型、大型化、规模化已成电石工业的发展趋势。本文就电石生产中污染最严重的尾气净化方法及综合利用进行分析。一、密闭电石炉尾气的特点密闭电石炉尾气温度高，气量波动大，尾气成分复杂，尾气中粉尘颗粒粒径细小、粘性较强，这给尾气净化除尘带来了不小的难度。以新疆中泰化学（集团）股份有限公司运行的30000kVA密闭电石炉为例，尾气温度在650～1200℃左右，粉尘浓度在100～250g/Nm3，含有75%左右CO及少量煤焦油成分，因此密闭电石炉尾气易燃、易爆、粉尘显粘性；同时，粉尘颗粒比表面积大，比重轻，难溶于水，且低温下难以清灰，治理难度较大。见表1。从表1可以看出，尾气成分中CO含量高，净化后可作为燃料或化工原料。粉尘中烧失量及CaO含量最高，它们分别来自于焦炭、兰炭和石灰，经过除尘器的捕捉，收集到的粉尘都是粒度极细的颗粒，给运输带来一定困难。因此，要想利用好尾气，就得设计好尾气净化系统。结合电石炉尾气CO含量高的特点，大部分电石厂均建设电石炉尾气回收利用装置，把电石炉尾气作为燃料，提高环保效益，使废物再利用。例如：安徽省维尼纶厂把电石炉尾气净化后输送至燃气锅炉，产生的蒸汽供厂内生活取暖用；张家口下花园电石厂利用净化后的尾气做锅炉燃料发电；新疆中泰矿冶有限公司电石厂用电石炉尾气烧石灰窑；宁夏大地冶金化工公司则使用电石炉尾气做化工原料，于2009年建成2×31500kVA密闭电石炉尾气生产6万t/a合成氨项目。二、国内电石炉尾气净化工艺及综合利用技术目前，国内电石炉尾气净化工艺较多，比较理想的工艺主要分为以下三类:1.湿法净化后利用湿法净化的主要特点是：净化速度快，除尘效果好，温度快速降低，但是易析出焦油，对塔设备的寿命有直接影响。该系统优点是降温快，三级水洗效率高，缺点是焦油析出，所有器壁粘结焦油，需经常清理，水洗后带来的二次污染需另行投资进行治理。2.直接利用后再除尘该工艺采用锅炉燃烧尾气，经济合理，流程短，占地面积小，系统安全性大大增强，但其粉尘具有很强的吸附力，在锅炉换热面极易粘结，严重是厚达5～10mm，遇潮时团聚严重，并且有固化现象，采取吹灰清灰技术也无法彻底清除积灰，必须停炉进行清灰，降低了锅炉的作业率。国内较早使用直接利用全密闭电石炉尾气做燃料直接燃烧工艺的有杭州电化厂、浙江巨化电石厂、四平联合化工、湖南维尼纶厂、西安西化热电厂、乌海海吉氯碱公司等企业。3.干法除尘后再利用发达国家电石工业均采用大容量的全密闭电石炉配套气烧石灰窑。我国电石行业20世纪80年代末从德国、挪威、日本等国引进8台25500kVA全密闭电石炉及空心电极、气烧石灰窑、组合式把持器、干法乙炔等新技术。组合式把持器的引进已获得成功，而空心电极、干法除尘技术却没有获得成功。随着我国科技能力的逐步提高，我国自主研发能力也有所提高，近年来，国内电石企业开始自主设计干法除尘装置，工艺水平逐渐提高。2002年陕西省某电石厂的干法净化除尘工艺是：电石炉尾气经空气冷却器后进入沉降除尘器，经过两级除尘后送至下级用户。该方法大大降低了电石炉尾气的温度，方便下级用户使用，但除尘效果欠佳，未除尽的粉尘给下级用户带了很多麻烦，需经常停车清理积灰，效益降低。该方法将电石炉尾气通入强制风冷器后再通过布袋除尘送至石灰窑，设备简单操作方便，虽然主风机需要选择耐高温风机，造价相对普通风机较高，一次性投资高，但风机运转时间长，无异常事故一般不用停车清理积灰，积灰量很少。缺点是布袋除尘器容易烧毁，由于只通过一级冷却就直接到布袋除尘器，一般耐高温布袋只能耐220℃的高温，使用该工艺的电石厂常会遇到烧布袋的问题，给后续工序带来不便。新疆中泰矿冶有限公司电石厂设计产能38万t/a电石，其中2台内燃炉，6台30000kVA全密闭电石炉，其中4台配套气烧石灰窑装置，回收电石炉尾气做气烧石灰窑燃料。该单位使用干法净化除尘，除尘效果良好，自2008年投产后净化除尘工序未出现过异常停车，设计水平达到国内先进。工艺流程是：电石炉尾气通过粗气风机首先输送至沉降除尘器，以重力的方式除去尾气中的大颗粒粉尘，同时带走一部分热量；然后，再进入旋风冷却器，夹套式的旋风装置使尾气旋转进入装置，除去剩余较大颗粒的粉尘，主要是带走大部分热量，如果1号旋风冷却器未能处理完粉尘或温度未降到下级布袋除尘所能接受的温度时，系统连锁启动2号旋风冷却器再次降温；最后进入布袋除尘器，温度已被降至布袋允许的范围内，通过1、2、3号布袋除尘器后将尾气中的粉尘降至50g/Nm3送至石灰窑。净化系统所有除尘器收集的积灰通过链式刮板机输送至卸灰罐，使用特种灰车运输至下级用户。该工艺流程简单，设备容易维护，除尘效果好，无二次污染，并且控制温度得当，使得焦油的析出量尽可能的减少（送出温度在180℃以上），在很大程度上延长了净化设备的寿命，减少了维修时间，保证了石灰窑的正常运行，投资估算(按3000Nm3/h)约290万元（含土建费用），值得推广。三、结论综上所述，采用全密闭电石炉尾气烧石灰窑或合成氨最符合循环经济的要求，但是只有保证电石炉正常运行的情况下才能实现后续的尾气综合利用持续稳定运行。目前，正是煤、电、化工一体化发展的关键时期，因此只单独建设电石生产基地是不适宜的。事实上，经过综合治理和经济发展规律的引导，电石行业正在日益向煤、盐、电、碱、电石、聚氯乙烯、水泥、CO利用的大型化、规模化、一体化方向发展，而尾气回收及综合利用则是其中的技术难题之一。因此，在符合电石行业准入条件的前提下，应采用大型全密闭电石炉及其尾气综合利用的技术措施，以循环经济为目标，坚持可持续发展，降低综合能耗，充分利用炉气，并寻求政府在政策上和资金上的扶持。