電石爐技術的發(fā)展及電石爐尾氣解決方案

1.電石工業(yè)及電石爐技術的發(fā)展狀況 電石做為重要的化工**，廣泛應用于化工、冶金、醫(yī)藥等諸多領域。電石為煤炭化工的中間產(chǎn)品。隨著國民經(jīng)濟的不斷增長，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)技術上發(fā)展起來的。國際上以前電石爐技術比較先進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70年代初期從日本鉆石公司引進35MVA密閉式電石爐技術，20世紀80年代分別從挪威?？瞎疽M25.5MVA密閉電石爐技術、從德國西馬克·德馬格公司引進多種容量大型鐵合金電爐技術。20世紀末期，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備技術的一些大公司在此方面技術上發(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開發(fā)研究領域。 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，并且在引進國外先進技術基礎上不斷總結提高，并且在電石爐設備技術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)技術已進入國際先進行列。 以前由于大型電極設備技術及工藝技術的制約，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掌握上已經(jīng)成熟，為我們設計制造新型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)的主要設備，電石生成的電化學反應就是在電石爐內(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）；電石爐按其結構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)的電化學反應在密閉的容器（包括爐體及爐蓋等）中進行，外部的空氣不能進入反應的容器內(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，其反應生成的CO氣體不會在爐內(nèi)發(fā)生燃燒反應。 密閉電石爐的特點： 1)反應生成的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)密閉電石爐電化學反應在密閉的爐蓋下進行，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)由于反應生成的CO氣體被抽出，爐面上不再發(fā)生燃燒反應，爐內(nèi)氣體溫度降低，延長了設備的使用壽命； 4)由于密閉電石爐爐面上不再發(fā)生燃燒反應，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； 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，及設備的先進性、生產(chǎn)安全性、環(huán)保達標排放、節(jié)能及達到經(jīng)濟規(guī)模的要求，目前新上電石爐在容量上應為大型或超大型電石爐，在結構上應采用密閉式電石爐。下面，將目前國內(nèi)先進的節(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)出的高溫使爐料熔化反應生成電石。由于反應溫度高達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的空間，也就是說反應區(qū)與爐襯之間留存一層爐料， 用以保護爐襯。 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爐體強度應該能滿足爐襯受熱而產(chǎn)生的劇烈膨脹，適應爐襯熱脹冷縮的要求；②在滿足強度要求的情況下，應力爭節(jié)省材料，減輕重量；③制造方便，必要時應考慮包裝運輸?shù)目赡苄浴? 目前國內(nèi)所用爐殼的結構形式有兩種：一種是圓柱形殼，大多數(shù)工廠都采用這種結構。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。 爐蓋為水冷焊接結構，其上打結有耐火材料。在爐蓋上設有檢查孔、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構形式 電石爐的電極裝置為電石爐設備的重要組成部分，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國外技術基礎上改進而成的新式電極裝置，此種結構的電極裝置在國內(nèi)一些廠家已得到很好的應用，充分*明了其適應大型電石爐生產(chǎn)的特性。此種結構的電極裝置已不同于電極裝置的結構形式。此種結構的電極裝置其電極殼上焊接有多個筋片，電極的壓放和導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)結構簡單，它簡化了把持器和壓放機構，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)在電極導電系統(tǒng)中，接觸導電元件與電極殼之間通過彈簧進行夾緊，電極壓放時不用降低電爐負荷，而在電爐滿負荷的狀態(tài)下進行電極的壓放，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)并得到了很好的應用，取得了很好的經(jīng)濟效益。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)由于電極為空心結構,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)由于細粒原料在爐內(nèi)均勻混合，直接進入反應區(qū)，更有利于反應的進行，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)是基本的有機化工**，曾被譽為有機合成之母。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。為了加強環(huán)境保護治理和實現(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)測進行簡要分析，對電石爐尾氣分析系統(tǒng)的設計進行簡要介紹。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，進而實現(xiàn)環(huán)境保護、勞動保護以及實現(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。