密閉電石爐余熱的應(yīng)用研究

李智杰，高 剛

（陜西北元集團(tuán)錦源化工有限公司，陜西 神木 719319）

電石爐作為電石生產(chǎn)過程中的重要生產(chǎn)設(shè)施，需要進(jìn)行大量電能的消耗。并且在電石生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，這其中會存在大量的灰塵，含塵量一般在每立方米50-150g，并且其中含有大量的一氧化碳以及氰化物，如果直接排放到大氣中，會造成較大的空氣污染。在電石爐煙氣中一氧化碳含量能夠達(dá)到百分之八十左右，而一氧化碳作為熱能產(chǎn)生的重要物質(zhì)，如果進(jìn)行直接的排放處理也會形成較大的熱量流失及浪費(fèi)。并且我國也一直在大力推行節(jié)約型社會的構(gòu)建，在電石行業(yè)中全面實(shí)行密閉式電石爐，并進(jìn)行電石爐余熱的綜合處理與利用，積極深入創(chuàng)新與研發(fā)，切實(shí)充分利用好密閉電石爐余熱。

長期以來，電石爐余熱的綜合利用一直都是我國在電石行業(yè)發(fā)展中面臨的重要難題，究其原因主要是電石爐的余熱除塵凈化非常困難。但是越來越多的專家、學(xué)者以及相關(guān)認(rèn)識正在不斷進(jìn)行深入研究，依據(jù)多種生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)，結(jié)合密閉電石爐余熱的特點(diǎn)，進(jìn)行了多角度的探索。

1 密閉電石爐余熱特點(diǎn)

根據(jù)電石爐的爐型差異，余熱中的物質(zhì)差異會存在較大不同。根據(jù)電石爐的密閉程度來看，密閉程度越高的，其余熱溫度就相應(yīng)越高，其中存在的煙氣量就會越少，但是粉塵含量濃度相對就會越高。此外依據(jù)生產(chǎn)手段、操作能力、原材料質(zhì)量等的不同，余熱中的物質(zhì)含量也會產(chǎn)生不同。另外，地域差異也會對電石爐余熱中物質(zhì)含量產(chǎn)生影響。不一樣的爐型其余熱中煙氣特點(diǎn)不同，并且差異性較大，但是溫度極高、煙氣含量極大、成分較多、粉塵粒度小、比重小都是其共同的特點(diǎn)[1]。而且粉塵中含有較多的焦炭粉塵，有著較強(qiáng)的磨蝕特性，相對來說存在較大的治理困難。

2 密閉電石爐余熱應(yīng)用方式

2.1 熱能應(yīng)用

熱能應(yīng)用主要指的是將電石爐為其產(chǎn)生的余熱作為其他需要熱能生產(chǎn)的燃燒原料，對于電石生產(chǎn)行業(yè)自身生產(chǎn)需求來說，主要包括運(yùn)用余熱在石灰窯生產(chǎn)中進(jìn)行原材料石灰的燒制、用電石爐余熱進(jìn)行蘭炭的烘干等，此外還可以將其進(jìn)行鍋爐蒸汽的燃燒材料。

熱能利用最常使用直接燃燒法以及凈化后再使用的方法。直接燃燒法進(jìn)行電石爐余熱再利用是將電石爐的爐氣在鍋爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，利用產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)中。使用鍋爐進(jìn)行爐氣的燃燒不需占用較大空間，且流程較短，安全性提升，并且其物理產(chǎn)熱與其中顆粒物燃燒的熱能均能得到有效利用。通過燃燒，還能夠降低煙塵的含量，并且氰化物通過燃燒得到分解。通過成熟的工藝手段就能夠直接達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)，降低二次污染的發(fā)生[2]。另外，凈化后再利用的方式主要是將電石爐的尾氣用作石灰窯燃燒原料，通過石灰窯中的燃燒進(jìn)行其成分以及性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，而且使用這種方式少支出的石灰具有較高的活性以及柔軟度，是進(jìn)行電石爐余熱應(yīng)用的一種方式。

2.2 資源應(yīng)用

在電石爐煙氣中有較大含量的一氧化碳物質(zhì)，這是一種極其重要的化工原料氣體，在很多化學(xué)有機(jī)品的合成上非常重要，采用電石爐煙氣中產(chǎn)生的大量一氧化碳經(jīng)過相關(guān)操作處理后可以將其作為某些化工原料來使用。一氧化碳在化工生產(chǎn)行業(yè)中有極其廣泛的用途，可以用來制作氫氣，合成氨氣，制作甲醇或甲醚、草酸以及甲酸鈉等化學(xué)物質(zhì)。

2.3 綜合應(yīng)用分析

針對電石爐余熱綜合應(yīng)用，我們可以進(jìn)行相關(guān)分析：在熱能運(yùn)用方面，有著工藝簡便、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，但是這種方式下電石爐生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量爐氣中一氧化碳就會燃燒形成二氧化碳直接排放，不僅會提高空氣中碳排放量，還會造成大量一氧化碳資源的浪費(fèi)，相應(yīng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益價值較低[3]；但是采用資源運(yùn)用的方式，能夠?qū)t氣中大量的一氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)產(chǎn)品，不僅會加大碳循環(huán)利用，還能夠有效減少二氧化碳的排放，降低溫室效應(yīng)，對環(huán)境保護(hù)以及精益效益的提升都具有重要價值，但是采用這種方式的時候需要重點(diǎn)關(guān)注電石爐尾氣中其他成分，需要首先對爐氣進(jìn)行初步凈化之后才能夠進(jìn)行一氧化碳的運(yùn)用，相關(guān)凈化難度也較大。

3 密閉電石爐余熱應(yīng)用現(xiàn)狀

密閉式電石爐余熱溫度通常情況下會在六百至八百攝氏度之間，其中的煙塵含量卻達(dá)到了100-150 g/nm3，要保證進(jìn)行密閉式電石爐余熱的綜合運(yùn)用，需要首先進(jìn)行除塵以及凈化的操作，才能夠開展后續(xù)的運(yùn)用。目前國內(nèi)外在電石爐煙氣凈化的方式上主要有三種手段：濕法凈化手段、干法凈化手段以及干濕法混合凈化三種。

3.1 濕法凈化方式

濕法凈化方式不論是在國內(nèi)還是在國外均得到運(yùn)用，電石爐余熱經(jīng)過濕法凈化之后能夠用作燃燒原材料等，在進(jìn)行持續(xù)性的生產(chǎn)中具有較為成熟、完善的優(yōu)勢，但是同時具有一些局限性：首先是需要的流程及設(shè)備較為復(fù)雜，需要的動能消耗較多，對設(shè)備的腐蝕損害性較強(qiáng)，并且需要較高的維修保養(yǎng)費(fèi)用；再有就是需要大量的水能源作為支撐；最后就是產(chǎn)生的二次污染物較多，在凈化的過程中會產(chǎn)生氰化物以及淤泥，還需要更進(jìn)一步的處理，不僅加大投入，增加成本，還增加污水等的排放量[4]。對于具有成型污水處理設(shè)施的工廠來說，采用該種方式較為合理，但是對于一些經(jīng)營電石商品的企業(yè)來說，尤其是針對一些水資源缺乏的區(qū)域，就不適合采用該種方式。

3.2 干法凈化方式

干法凈化方式中最經(jīng)常用到的方式包括微孔陶瓷、靜電除塵以及布袋三種過濾器。微孔陶瓷過濾器是德國公司率先研發(fā)的。該種過濾器中實(shí)際使用中溫度不超過五百攝氏度，但是瞬時溫度卻能夠達(dá)到800-1000 度的高溫，經(jīng)過該過濾器后的電石余熱爐氣中煙塵含量會急劇下降。但是該過濾器的材料需要耐高溫材質(zhì)，因此運(yùn)行費(fèi)用成本投入較大，在我國的應(yīng)用較少。另外靜電除塵過濾器是當(dāng)前使用最廣泛的一種，但是存在較多問題：對細(xì)微煙塵處理效率不高，不能耐高溫以及焦油粘連容易損壞設(shè)備。最后的布袋除塵過濾器曾經(jīng)在我國多家電石廠家進(jìn)行了應(yīng)用，但是出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的管道堵灰問題，很多工廠已經(jīng)停止使用。

圖1 電石爐干法凈化方式流程圖

3.3 干濕混合凈化方式

針對于干法與濕法凈化方式中分別存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行整合與創(chuàng)新優(yōu)化，形成了干濕混合凈化方式。電石爐的余熱使用引風(fēng)機(jī)引出以后進(jìn)行降溫處理，降溫滴降低到150 至500 攝氏度之間，壓力在-150 至+150 千帕之間，然后送到1 至4 級干法脫塵分離裝置中進(jìn)行除塵，將煙塵能夠進(jìn)行8-9成的處理，將余熱爐氣中的含塵量減少到20 g/nm3～50 g/nm3，之后再送進(jìn)1 至4 級的濕法水洗裝置中進(jìn)行水洗除塵，再次將含塵量減低到10m g/nm3以下，然后就可以輸送給用戶進(jìn)行原料使用[5]。這個過程中用到的洗滌水能夠通過循環(huán)沉淀裝置形成炭泥，然后經(jīng)過分解為無害物。

4 密閉電石爐余熱綜合應(yīng)用分析

密閉電石爐煙氣中一氧化碳含量能夠達(dá)到百分之八十左右，其熱值則在9 614kJ/nm3～10 450 kJ/nm3。因?yàn)殡娛癄t余熱波動較大，因此要想將電石爐余熱作為燃燒原材料進(jìn)行綜合利用，首先就要讓電石爐的尾氣經(jīng)過煙道裝置以及有效凈化處置之后將其煙塵含量減低到30mg/ nm3以下，并在凈化裝置的爐氣出口處裝上電動的蝶閥以及扇形閥門，還要安裝止回閥，此后送入降溫裝置中進(jìn)行降溫處理，將溫度減低到四十度左右，壓力大概在5～10 千帕，然后送入儲氣裝置里邊，在經(jīng)過初期裝置進(jìn)行加壓處理送入各類燃燒通道作為燃燒原料使用[6]。但是在進(jìn)行儲氣裝置選擇的時候要考慮到在進(jìn)行緊急檢修時候需要的燃?xì)鈹?shù)量以及周期性波動范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的變動量。

陜西北元集團(tuán)錦源化工作為省內(nèi)最大的電石生產(chǎn)地，更是一直在致力于電石余熱的綜合應(yīng)用探究，隨著其在電石技術(shù)不斷提升的基礎(chǔ)上，電石爐余熱綜合運(yùn)用也得到較大提升。公司經(jīng)過一系列技術(shù)改造，將電石爐余熱替代燃煤進(jìn)行發(fā)電，降低了大量的煤炭資源消耗。電石爐爐氣進(jìn)行燃燒之后，能夠?qū)⑵渲械那杌镞M(jìn)行高溫分解，改變煙塵物理性質(zhì)，減輕氰化物的環(huán)境污染。公司經(jīng)過不斷的研究學(xué)習(xí)與探索，充分了解了電石爐余熱能夠燒制出更高品質(zhì)石灰的手段，采用套筒石灰窯與密閉電石爐余熱中和使用，充分帶領(lǐng)我國的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及技能環(huán)保的不斷進(jìn)步。

5 結(jié)語

綜上所述，使用大型的密閉電石爐進(jìn)行電石生產(chǎn)是目前電石行業(yè)推進(jìn)發(fā)展的趨勢，但是電石爐余熱的再利用成為目前眾多電石生產(chǎn)企業(yè)面臨的重要困難之一。電石爐余熱爐氣中含量最高的是一氧化碳，對其再利用方式包括燃燒熱能運(yùn)用以及化工產(chǎn)品的資源運(yùn)用兩種。因?yàn)榧夹g(shù)能力的限制，在熱能運(yùn)用方式上主要是進(jìn)行石灰的燒制以及作為余熱鍋爐的燃料使用，雖然這種方式能夠進(jìn)行一定的熱能再利用，但是在本質(zhì)上來說并沒有降低空氣中的碳排放，與目前我國提倡的低碳環(huán)保理念相違背，加劇全球變暖的問題。還有一種方式是進(jìn)行化工品再運(yùn)用，也是當(dāng)前進(jìn)行電石爐余熱綜合利用的發(fā)展趨勢，這一方式面臨的主要問題就是還需要就其煙塵含量凈化上進(jìn)一步的研究，進(jìn)行更高純度的一氧化碳的提取，用于其他工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，不僅降低空氣污染源，還提升社會經(jīng)濟(jì)效益，做到了雙贏。