關于密閉電石爐凈化裝置優化的建議

丁永群(新疆藍山屯河能源有限公司，新疆 昌吉 831801)

0 引言

隨著我國產業結構調整、淘汰落后產能、倡導循環經濟等一系列政策的實施，開放型電石爐已淡出歷史舞臺，電石爐向密閉型大容量方向發展。為實現電石爐尾氣綜合利用、節能減排，需對電石爐尾氣進行凈化處理后循環利用，目前采取的干式高溫布袋處理方式是電石爐爐氣凈化主流，具有維護成本低、檢修方便、除塵效率高、無次生危害及污染等特點，但在實際生產應用中因裝置設計因素導致裝置運行效率低下，故障頻發，維修成本升高的現象，現就高溫布袋過濾式凈化裝置設計談幾點建議。

1 主要工藝條件

(1)電石爐爐型：全密閉型40.5 kVA；

(2)含塵量：50～150 g/Nm3；

(3)焦油含量：≤150 mg/Nm3；

(4)電石爐氣量：單座電石爐氣量4 040～5 500 Nm3/h；

(5)爐膛內溫度：正常時500～800 ℃，不正常時達到1 000 ℃以上；

(6)壓力：電石爐壓力-10～+15 Pa；

(7)爐氣成份(如表1所示)；

表1 爐氣成份

(8)電爐產生的尾氣在500～800 ℃，首先經過水冷煙道及旋風冷卻器對高溫煙氣進行初步冷卻并進行初步除塵，將大顆粒粉塵除去，以防在管道或設備中沉降堵塞系統。將爐氣溫度冷卻到300～450 ℃左右后進入一級冷卻器、二級冷卻器冷卻，通過冷卻風量調節將氣體冷卻至200～260 ℃之間。冷卻后的未除塵爐氣經一級風機增壓后經布袋過濾器過濾，過濾后的氣體經二級風機再通過泄放煙道排空或輸送至下游工序。

2 現狀

(1)電石爐凈化裝置溫控技術不成熟，不能精準的控制爐氣溫度，發生高溫燒袋，低溫糊袋等問題，濾袋壽命縮短，維修廠成本增加。

(2)電石爐凈化裝置除塵技術落后，故障率高，不能實現不停機檢修。

(3)電石爐凈化裝置設備、管道堵灰問題時有發生，影響電石爐穩定運行。

(4)電石爐凈化裝置氮氣反吹及氮氣密封、粉塵流化氮氣消耗量大，不利于今后爐氣凈化后作為化工原料。

(5)電石爐凈化裝置風機蝸殼設計不合理，葉輪清灰不便。

(6)電石爐凈化裝置部分管道選材不當，導致高溫受損，故障高發。

(7)電石爐凈化裝置受濾袋選材、設計風速、風壓、風量、溫度、過濾精度等因素的影響，濾袋壽命縮短，維修廠成本增加。

(8)電石爐凈化裝置部分設備采用水冷夾套式設計換熱效果不理想，設備結垢嚴重，冷卻水氣化后導致設備變形、泄漏。

3 設計建議

3.1 煙道、管道

電石爐水冷煙道同電石爐爐蓋連接煙道為水冷夾套結構，此段管道通常采500～600 mm無縫管制作，管道經過長時間運行后電石爐尾氣中焦油、粉塵附著在管壁上，會造成管道通徑變小，同時設計者在設計此段管道時按照正常工況(4 040～ 5 500 Nm3/h)設計，未考慮在電石爐瞬間爐氣增大時(塌料)的設計余量，因此建議此段管道設計余量按照正常通氣量2.5倍設計，建議量為Q=7 500～8 000 Nm3/h、P=10 000～12 000 Pa。增大風量和風壓的目的是增加風機的風量和壓頭，以應對塌料時煙氣突然的增加。在正常使用時風機一般運行在35 HZ以下，當爐氣量突然增加時，風機還有很大的余量可以調節。管道設計成大角度，角度不低于50°，取消所有彎頭。風機進口變徑設置于傾斜管道上，減少氣風機前段的直管段，并增加氮氣吹掃口，定期對易堵位置進行清堵。

電石爐水冷煙道與凈化裝置一級冷卻旋風除塵器對接，此段管道通常采用Q235A鋼板制作，電石爐尾氣在進入旋風除塵器前570 ℃左右，部分地區受限于石灰品質和連續生產等因素，電石爐凈氣溫度控制上限高達850 ℃，導致此段管道長期處于高溫工況運行，出現氧化變形、焊縫開裂等故障。Q235A鋼板最高允許使用溫度350 ℃，因此建議此段管道材質應選擇適用溫度600 ℃左右，防止高溫氣體損壞設備[1]。

3.2 沉降倉

密閉電石爐爐在生產過程中爐氣含帶高溫顆粒，并且粉塵濃度較高，煙氣中粉塵潛熱在溫度降溫時起到很關鍵作用，粉塵含量越少，其降溫效果越好，光冷卻降溫只是把氣體和其表面溫度降下來了，稍大一點的高溫碳顆內部溫度很難在短暫時間內降下來，若這些帶有較高溫度的碳顆粒進入布袋除塵器，粘在布袋上很容易把布袋表面燙壞，逐漸就會給濾袋造成毀滅性的損害，因此需在系統前端設計沉降倉，用于大顆粒粉塵的快速分離，因此沉降倉的設計不少于2級，最大限度的去除中大粒徑顆粒。

3.3 空氣冷卻器

兩級冷卻器采用旋風冷卻器，由上部裝置、下部裝置以及旋流板等組成，中心管等關鍵部位均采用無縫鋼管焊接而成。由于進入一級冷卻器、二級冷卻器冷卻尾氣溫度在300～450 ℃左右，旋流板、中心管等部件長期處于超臨界溫度范圍中，因此頻發出現氧化脫落，導致倉下星型卸料器卡死，影響裝置運行。建議中心管采用310S不銹鋼材質，冷卻器內部盡量減少金屬焊接件，無法避免時應考慮材料的適用溫度及焊接工藝的選擇。

3.4 布袋過濾器

電石爐尾氣經過多級冷卻后進入布袋過濾倉，通常除塵濾袋采用氟美斯覆膜濾袋，最高溫度上限280 ℃，這就對凈化裝置工藝溫度精確控制提出了更高要求，溫度控制過高容易造成布袋燒損或減短使用壽命，溫度控制過低焦油析出導致布袋糊袋。因此建議一二級冷卻器采用風冷式冷卻器，風機采用變頻控制，設置溫度連鎖，風機根據溫度條件自動運行，過濾器濾袋采用玄武巖、陶瓷纖維等材質，提高使用溫度至330 ℃，降低對溫度控制精度要求。為應對電石爐塌料時的煙氣增加，建議三臺過濾器單臺過濾面積200～220 ㎡左右，總過濾面積在660 ㎡左右，將常規除塵器0.6～0.8 m/min過濾風速降低至0.4 m/min以下，應對電石爐生產中電石爐塌料時煙氣量增加，布袋長期在高過濾風速下工作影響濾袋的使用壽命。

3.5 煤氣高溫風機

由于電石爐尾氣中含有一定量煤焦油、粉塵等成分，長期運行后粘附在風機葉輪上，導致風機葉輪動平衡失衡，產生振東超標故障，因此風機蝸殼建議采用上下分體式，便于定期清理風機葉輪上積灰檢修，有利于風機軸承、軸、葉輪組件的整體更換[2]。風機葉輪材質選材應考慮適用溫度＞380 ℃材料，材質及結構要求：葉輪材質為耐熱合金鋼材料或不銹鋼，軸材料為35CrMo，風機蝸殼采用鑄造工藝，規避風機葉輪高溫變形的隱患。

3.6 管道

電石尾氣凈化裝置各倉罐之間輸送管道運行一段時間后管道容易積灰，導致通氣量不足，因此建議在設計凈化裝置各倉罐之間管道時盡量避免水平管道及90°彎管，控制風速，防止粉塵沉積。

通常兩臺電石爐為一個生產單元，兩套凈化裝置共用一根煤氣總管，將煤氣輸送至下游工序，但在生產過程中兩臺電石爐運行負荷不同，煤氣量就不同，風機頻率也不相同，就會出現管道背壓現象，因此建議在設計時考慮凈化裝置輸出管道單獨設立，在進入下游工序前設計分配器。

3.7 冷卻器

現在部分凈化裝置在設計電石爐爐氣冷卻裝置時，為增加換熱效率，冷卻器采用水冷夾套式設計，此設計存在兩個問題；

冷卻器內壁在運行初期因循環水溫度控制在25 ℃左右，煤焦油析出溫度在300 ℃以下，因此設備投運不久煤焦油就會在冷卻器內壁粘附，形成一層保溫層，并逐漸增厚，減少冷卻水的換熱效果，因此建議冷卻器的設計采用外殼體風冷設計，結合3.4條款采用變頻風機結合DCS控制系統，精準控制凈化系統溫度。

冷卻器循環水道由于循環水水質控制不理想，導致循環水水道結垢，循環不暢，在電石爐異常狀態下(爐氣溫度瞬間1 000 ℃)循環水氣化后導致設備變形、開裂等故障，因此建議冷卻器設計不采用水冷夾套式設計方式。

電石爐凈化裝置布袋過濾倉采用電磁脈沖進行反吹，由于電石爐尾氣主要成分為一氧化碳，因此無法使用壓縮空氣作為反吹氣體，需采用氮氣作為反吹氣體，脈沖閥使用2寸淹沒式，其在0.3 MPa下每次噴吹時的壓縮氮氣耗量約為280 L，設定10 s噴吹1個閥，一輪噴吹完畢后停止15 min，一小時每個閥噴吹三次，共計耗用氮氣280×18×3=15 120 L/h=15.12 Nm3/h。根據以上結論，整套系統每小時平均使用氮氣量為：L總=132.48+6.7+24.96=154.3 Nm3/h，全年按照8 000 h運行時間計算，共需1 232 000 Nm3氮氣，氮氣對電石爐爐氣純度產生影響，同時不利于下游工序的提純或作為燃料使用的熱值，因此電石爐凈化裝置過濾倉反吹氣建議采用爐氣作為反吹氣。

單臺電石爐凈化裝置正常工況下電石爐處理量4 040～ 5 500 Nm3/h，風機風量設計基本參照正產工況的2倍設計，但實際運行過程中，電石爐會發生塌料等異常狀態，爐氣量是正常工況的2～2.5倍，因此需考慮極端狀態下的爐氣輸送量，建議風機風量按照正常工況的2～2.5倍指標設計。

4 結語

隨著我國裝備制造能力的提升，電石行業自動化程度有了長足的進步，自動出爐小車卷揚機、遠程操控行車、出爐機器人、料面處理機、自動爐門等一系列設備的投運，電石行業自動裝備跨越式發展，電石爐凈化裝置通過各類測溫、測壓儀表，結合DCS控制程序，目前已經取得了良好的運行效果，高溫袋式除塵只要選擇好合理的工藝，配合高水平的操作管理和嚴格的工藝指標控制，大型密閉電石爐爐氣凈化系統可以長期穩定、安全運行。