电石炉气回收利用

1、电石生产中炉气的回收利用以及发展现状赵晓光（内蒙古工业大学 化学工程系内蒙古 呼和浩特010051） 摘要：电石炉气主要是关键词：电石；电石炉气；炉气的净化；炉气的利用；烧制石灰电石及电石炉气概述1.1电石行业现状分析我国电石行业的发展已有50多年的历史，取得了举世瞩目的成绩。产能、 产量跃居世界首位，并呈高速上升趋势，统计数据显示，2006年电石产能达到 2000万吨以上，产量突破1000万吨。近年来，由于过度投资、盲目发展，加之 受到市场、原料、能源、环保等多方面的制约，2006年底，电石产量占产能的 50%以上，的阵势越来越明显。当前电石生产存在的主要问题是能耗高、污染严 重、资源浪费、

2、成本高、经济效益差、经济指标落后。生产技术先进化、产品性 能稳定化、经济指标落后。生产技术先进化、产品性能稳定化、能量利用最优化 应成为电石生产企业当前追求的目标。电石的主要用户是PVC生产企业，其耗用电石占电石产量70%以上。由于油 价的攀升，电石法PVC还将发展，电石行业仍有发展的空间。目前电石的产能已 远远大于需求，但是整体的水平不高，布局也不很合理、符合循环经济产业链的 集约化产业还远未形成。面对这样的形式，电石行业势必会向大型化、集约化、 并靠近资源地域发展。电石生产企业在遵循电石行业准入条件的前提下，势必采 用先进而适用的成熟技术，以循环经济、可持续发展的理念为基本，降低综合能 耗

3、，充分利用碎料和炉气，做大做强企业。电石装置向先进的、综合利用率高、 容量大的全密闭电石炉方向发展。在电石生产中，电石炉的烟气是最大污染源，以一座10000KVA的开放式电 石炉为例，年排放废气量（以每年生产10个月计算）达6亿标准立方米，年粉 尘排放量超过1000吨，污染极其严重。由于电石炉烟气温度高，粉尘性质特殊， 风量变化大，国内电石行业采用了许多除尘技术，进行了大量的烟气净化的实践， 但都未能根本解决问题。为推动国内电石炉行业技术进步，我国八十年代末从德国、挪威、日本等国 引进8套25000KVA全密闭电石炉，引进中空电极、气烧窑、组合式把持器、干 法除尘、计算机控制等五项新技术。从应

4、用上看，组合式把持器、计算机控制二 项技术获得了成功，但中空电极、电石炉烟气十法除尘技术却始终无法成功，由 于烟气无法净化而不能向气烧窑提供洁净的气源，导致气烧窑技术也最终失败， 烟气的污染不能解决，烟气中的大量的热能也白白浪费。国内电石炉烟气净化的实践告诉我们：无论是早期自行研制的电石炉除尘技 术，还是从国外引进的新技术，或者改进后的除尘技术；无论是采用电除尘技术、 或者袋除尘技术，还是采用耐高温陶瓷过滤技术，或者水除尘技术，都因为无法 适应电石炉烟气变化和焦油糊袋、或形成二次污染而最终全部失败。新老项目普 遍产生的严酷现实使电石炉行业认识到：即使是引进国外技术，也必须是成熟过 硬的技术，还

5、要符合中国的国情，否则将无法发挥其先进性。同时，要求国内电 石行业必须下更大的力气和决心开发适合中国国情的电石炉烟气余热利用和烟 气净化。1.2电石的生产合格粒度的石灰、焦炭由仓口分别经配料站块料仓下的振动给料机又经称重 斗，按合适的重量配比，由振动给料机分三层经长胶带式输送机送至电石生产厂 房，经短胶带式输送机分别送到电石炉的环形加料机进入炉料贮斗。电炉炉料共 有12个贮仓，贮仓中的混合物经过向下延伸的料管及炉盖上的进料口靠重力连 续进入炉中。装在电极糊盛斗内的破碎好的电极糊，经单轨吊从地面提升到各电 极筒顶部倒入电极筒内。电能由变压器和导电系统经自焙电极输入炉内，石灰和 碳素原料在电阻电弧

6、产生的高温(20002200C)下转变成电石。冶炼好的电石， 每个一个小时左右从炉口出炉一次，熔融电石流入牵引小车上的电石锅内，由卷 扬机将小车拉到冷破厂房进行冷却破碎。1.3电石炉气的产生电石生成反应：CaO+3C-CaC2+CO由此可见，电石炉炉气的主要成分是CO,而在开放炉中，一氧化碳在料面 上燃烧；在半密闭炉中，一氧化碳的一部分被安置于炉上的吸气罩抽出，剩余的 部分仍在料面燃烧；在密闭炉中，则一氧化碳全部被抽出。1.3.1密闭电石炉尾气的主要成分及特性电石炉从炉型上来说分为开放式炉、半密闭电石炉和全密闭炉三种。炉型不 同，其烟气性质完全不同。开放式电石炉烟气量大，烟温低，一般不超过20

7、0C； 半密闭电石炉烟温较高，一般达到400C以上，烟气量大幅降低；全密闭电石炉 烟温最高，高达6001000C，但烟气量很小。除与炉型有关外，不同的地区、 工艺流程、操作手段、原材料都对电石炉的烟气特征产生影响。而其中密闭电石 炉具有焦耗及电耗低、装置易大型化、生产能力大、炉况稳定、产品质量好、炉 气可全部回收利用等特点，是国家鼓励发展的炉型。电石炉尾气的成分复杂，含 有一氧化碳、氢气、甲烷、乙快、硫化物、磷化物、氤化物、煤焦油等十几种成 分。由于电石炉尾气含尘量大、温度高、易析出焦油、易燃易爆、成分复杂、气 体压力小，因此对其输送、净化或是提纯的难度都很大，回收利用较难。表1：电石炉炉气组

8、分COH2CH4CO2N2O2百分比70 9510 2.5242.5 3.5120.2 0.6表2：电石炉烟气中粉尘的化学成分粉尘种CCaOMgO焦油其它百分比10 2530 5515微量1101.4电石炉气回收技术现状回收密闭电石炉气作为化工原料使用，无论是从净化、提纯的技术难度上考 虑，还是从经济合理方面考虑都还存在一定的问题，所以目前国内外一般都把净 化后的炉气作为燃料气使用，大多用于锅炉、气烧石灰窑、碳材干燥等方面。炉 气净化有十法和湿法两种工艺。干法净化技术国内尚未过关，技术及设备需从国 外引进，投资较大。湿法净化工艺虽然成熟，但投资高、污水处理所占场地大， 且有二次污染，在技术上不

9、可取。目前挪威、西德和日本等国家对密闭电石炉气 普遍采用十法除尘净化，以代替传统的湿法除尘净化，从而避免了湿法净化带来 的二次污染问题。50年代中期，西德SKW公司率先颁布以素烧陶管为过滤材料 的炉气干法净化流程，并对收集的粉尘经过焚烧处理除去氤化物。70年代，日 本BEC公司开发了以玻璃纤维布袋为中心的较经济的全密闭式除尘的炉气净化 流程，也包括粉尘焚烧炉，引起了许多国家的关注。该技术为目前世界上技术水 平较先进的炉气净化技术，但投资比较高。国内电石炉气利用的制约因素及概况2.1制约因素采用密闭式电石炉生产1t电石一般副产炉气400m3,炉气温度在800左右， 炉气成分主要为（体积分数）CO

10、82%、CO21.5%、H27%、N27%、焦油1.5%2%及 微量氤化物、甲烷等，低位发热量11286KJ/m3,其中蕴含的热量高于优质烟煤。 电石炉气的利用通常指热能利用（潜热和显热）和化工利用（作化工原料气）。 国内对电石炉气在热能利用方面曾作过干法除尘后气烧石灰；在化工利用方面， 先后进行了甲醇、醋酸、甲酯等产品的调研，但都未能实施。其原因是，热能利 用的最大困难是必须十法除尘，而从国外引进的炉气干法净化技术不过关，多次 攻关，最终还是不能打通全流程。化工利用除干法除尘技术和设备需要引进外， 气体净化技术也暂时无法解决，产品规模、市场和基建投资等都制约着项目的实 施，故化工利用的方向始

11、终没有大的进展。2.2国内电石炉炉气除尘和利用技术概况目前，国内现有的密闭电石炉炉气除尘和利用技术可归纳为3种（1）湿法回收炉气后再利用技术湿法回收炉气技术的主要特点是：快速洗涤、易于熄火，在很短时间内就可 以使高温炉气降低到饱和温度，烟气温度的降低可使焦油硬化、析出。国内有3 家企业较早从冶金行业引用湿法回收炉气技术的全密闭电石炉厂家。通过不断的 改造，湿法净化回收利用工艺已经比较成熟，但工艺系统较复杂，系统的气密性 要求高、不安全隐患较多；系统的动力消耗大，维护费用较高；占地面积大，排 出的含氤废水会造成二次污染，不符合循环经济的要求，不能达到环保要求。（2）直接利用后再除尘技术我国较早利

12、用全密闭炉气作为燃料直接燃烧工艺的有杭州电化集团有限公 司等。该工艺利用炉气在余热锅炉内燃烧，使气体及灰尘中的氤化物全部分解， 并使灰尘的物理性质发生变化，由原来的疏松、轻、黏变成了结构密实、重、黏 性降低，其除尘方式等同于国内成熟的锅炉除尘工艺，可使除尘难度大大降低， 并解决了氤化物的污染问题。国内多家企业采用这种技术，利用锅炉产生蒸汽或 利用锅炉发电。采用锅炉燃烧炉气，流程短，占地面积小，系统安全可靠性大大 增强，减少了气体中灰尘的含量，其物理显热与灰尘中的炭尘燃烧热值均能得到 充分利用。但是经高温煅烧后的炉气中的粉尘粒度相当小，比表面积大，具有很 强的吸附性能，锅炉换热面极易黏结，严重时

13、厚达510mm，遇潮时团聚严重， 且有固化现象，采用吹灰清灰技术很难将锅炉受热面的积灰清除，因此锅炉经常 需停炉清灰，大大降低了锅炉的作业率。另外，电石炉生产时工况的变动，炉气 量会发生变化，造成锅炉产生的蒸汽压力不稳定，如采用蒸汽发电技术，在必要 时需向锅炉内喷入一定的煤粉，以保证充足的蒸汽压力从而实现发电。（3）干法除尘后再利用技术工业发达国家的电石企业均采用大容量的全密闭电石炉配套气烧石灰窑（用 回收炉气作燃料生产石灰供生产电石）。为推动国内电石炉行业技术的进步，20 世纪80年代末我国先后从德国、挪威、日本等国引进8套25500KVA全密闭电石 炉及中空电极、气烧窑、组合式把持器、干法

14、除尘、计算机控制5项新技术。2.3电石炉炉气净化再利用的意义电石炉尾气作为燃气内燃机燃料，具有显著的分布式能源特征，模块式设计 可大可小，投资灵活，技术成熟可靠，能源利用效率高，投资回收期短。主要产 品为电，无市场风险。特别适合我国电石生产企业多、分布广的国情。炉气综合 利用后，不但可以减少废气的排放，减少粉尘的排放，尤其是替代燃煤可以减少 二氧化硫的排放。电石炉炉气的利用情况3.1电石炭材烘干合格粒度（25mm）的焦炭和无烟煤经输送机分别送入湿焦炭仓和湿无烟煤 仓，再由仓底电磁振动给料机将焦炭或无烟煤送入回转干燥器进行烘干。冷空气 在热风炉内被净化后的电石炉气燃烧加热后，热空气进入回转干燥器

15、，随着干燥 器的转动，扬料板将物料扬起，使热风与物料充分接触，带走物料中的水分，达 到干燥的目的。烘干后的物料由胶带运输机、斗式提升机送往配料站进行储存和 配料备用。干燥器排出的废气经旋风除尘器和反吹布袋式除尘器净化后排放。3.2用做尾气锅炉燃料该技术将密闭电石炉的含尘尾气直接引入特别设计的余热锅炉燃烧，充分利 用电石炉尾气的显热、可燃气体（CO+H2，含量80%）的燃烧热和尾气中部分粉 尘的燃烧热来生产蒸汽。同时通过锅炉炉膛、烟道落灰斗重力沉降及特别设计的 电除尘器对烟气进行除尘处理，达到电石炉尾气热能利用及十法除尘的双重目 的。该技术巧妙地避开了电石炉尾气难以净化的难题，采取先燃烧后除尘的

16、方 案，一台尾气锅炉系统集除尘、供汽、消除有毒有害污染物于一体；电石炉出来 的高温炉气经尾气锅炉煅烧后，粉尘中的氤化物含量为零，气体中的氤化物亦被 完全分解。高温电石炉尾气不经冷却直接进入尾气锅炉燃烧，其炉气显热、可燃 气体的燃烧热以及尾气中炭粉的燃烧热都得到了最大限度地利用，克服了十、湿 法除尘装置需先对炉气进行冷却，易造成物理显热及除尘灰中炭尘燃烧热得不到 利用的缺点，是目前较为成功的技术。但该技术也存在一定的缺点和局限性：一是锅炉的运行完全受电石炉运行的 影响，锅炉开停次数多，运转率受限，不能稳定供汽；二是需有蒸汽用户，否则 必须配套系统复杂、投资大、热效率仅20%25%的汽轮发电机组。

17、改进的方向是：采用国内成熟的循环流化床锅炉掺烧高炉和转炉煤气（转炉 煤气的主要成分也是CO,但发热值没有电石炉尾气高）技术，掺烧热量比例可 达20%40%，实现锅炉稳定运行和汽轮发电装置规模化。3.3用做化工原料一氧化碳是一种用途广泛的化工原料，可以生产甲醇、甲酸、甲酸甲酯、碳 酸二甲酯、甲醛、聚甲醛等重要的一碳化工产品。但密闭电石炉尾气作为化工原料，不仅需要除尘净化，而且需要提纯。特别 作为合成氨、甲醇这些使用触媒的化工生产的原料，即使是微量的杂质，也可能 导致触媒中毒造成生产无法进行，密闭电石炉尾气的净化提纯成了化工利用的最 大技术障碍。化工生产流程长、技术难度大、投资较大，从经济合理性来

18、看，装置只有达 到一定的规模才有效益。在没有成熟可靠的技术工艺和产业化示范装置的情况 下，企业自然不愿冒这种风险。因而成功利用密闭电石炉尾气作为化工原料的工 程实例，屈指可数。3.4用做烧制石灰气烧窑的燃料石灰生产在我国已有几千年的历史只是气烧石灰是近几年才在我国发展起 来的石灰生产技术，众所周知石灰是由石灰石烧制而成的石灰石主要成分为碳酸 钙(CaCO3),烧成后的石灰为氧化钙(CaO)。传统的石灰烧制是使用固体燃料，包 括：煤、焦炭来烧。现在随着人们能源节约意识加强和国家对环境问题的重视， 从八十年代开始逐步发展起来了用气体燃料烧制石灰2。因为气烧窑的工艺和 结构比煤烧窑简单，而且气烧窑烧

19、成的石灰无杂质无炉渣，特别是现在烧石灰窑 用的燃料气大部分都是过去作为废气排放的有害气体。现在用来烧石灰窑完全是 变废为宝成本较低。事实上是既节能又环保。因此发展很快。目前最普遍的利用 方法是做电石生产的热源燃料，电石属高能耗产品，其生产过程中的石灰烧制、 焦炭干燥等都需要大量的热源。采用电石炉尾气做热源燃料，可就近利用电石炉 尾气，直接降低电石能耗，国内已有多家企业采用该技术。气烧窑工艺4.1气烧窑工艺简介原料经过筛选、除尘后由卷扬机传送全石灰窑的顶端。石灰窑分三个部分： 预热带、煅烧带、冷却带。在预热带，煅烧石灰产生的高温302可以可以在此预 热刚进入窑中的石灰石，使其能够在煅烧带充分燃烧。在煅烧带中，煤气与空气 燃烧，对原料块进行高温煅烧。由于窑内的上吸气梁和下鼓风梁之间产生的压力 差，使得石灰石与生石灰能匀速下落。在冷却