電石爐煙氣除塵系統設計探討與實踐
摘 要:介紹了電石爐的生產工藝和除塵系統的工藝特點，以及電石爐除塵系統設計前和實際工程設計中需要注意的一些問題。
關鍵詞:電石爐煙氣除塵,除塵系統設計,風機選型
電石是重要的基本化工原料，但在電石的生產過程中會給環境帶來嚴重的污染（主要是煙塵污染）。據測算，生產每噸電石排塵約60kg，以2萬kVA電石爐日產電石135t計算，每天排入大氣中的煙塵約為8.1t。
1 電石爐生產工藝
電石爐生產過程中，在投料、物料焙燒、出電石等不同生產階段的煙氣溫度和煙氣量是不同的。設計前應充分了解電石爐的生產工藝特點，準確把握煙氣參數的周期變化情況，針對具體的情況選擇合適的除塵工藝和配套設備。
電石爐出料口位置平時煙氣量小，幾乎沒有外逸粉塵，但在電石流出時，由于高溫電石會迅速加熱周圍空氣，造成爐口熱氣流急速上升，同時大量電石粉塵也會迅速充滿爐口周圍空間，對現場操作環境會造成很大污染。電石爐出料整個過程的持續時間根據不同爐型和操作水平的差異約在15～30分鐘，屬間歇性揚塵。
2 電石爐除塵工藝說明
電石爐除塵工藝將電石爐煙氣與出爐口煙氣分別獨立處理。這樣做的優點有：
（1）由于出爐口煙氣的周期性間歇出現，采用獨立的除塵工藝可以針對電石爐生產變化情況啟停風機，節省運行電耗。
（2）出爐口附近集塵罩內的負壓作用將熱煙氣與周圍冷空氣迅速混合，再加上煙氣管道的散熱作用，在煙氣到達布袋除塵器時可以將其溫度降到110℃以下，因此濾料可以采用中常溫的滌綸針刺氈，從而避免采用與主爐煙氣除塵一樣的高溫濾料，大大降低濾料成本。
電石爐產生的煙氣，通過電石爐集塵罩收集，經煙道引至強制風冷器降溫，降溫后的煙氣引至低壓脈沖布袋除塵器，除塵器內采用特殊結構設計，內置防火墻和煙氣穩流段以防止燒毀布袋。經過布袋除塵器處理后的凈氣通過引風機至煙囪排入大氣。當除塵器系統出現故障時，打開集氣罩上的旁路煙道，將高溫煙氣排空。搶修除塵器故障時，可關閉除塵系統主煙道閥門。電石爐出料口的煙氣除塵采用獨立的除塵系統，每次工作時間為20～30分鐘，間隔時間為1小時左右（可手動或自動控制），屬間歇性工作方式。電石爐主除塵系統流程見圖1，出爐口除塵系統流程見圖2。
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3 系統設計前的準備工作
現場需實際考察的主要內容有：
（1）電石爐最大功率負荷應以變壓器最大超負荷為準；
（2）電石爐上部集塵罩的密閉情況需掌握了解：
1）爐罩高度（從操作面到罩頂）以1.4～1.5m為準，超出應另考慮；2）爐門數量及爐門尺寸（長×寬）；3）加料方式是手工還是機械（加料管從爐罩上插入），加料管的數量；4）出煙管的數量，出煙管與電極相對位置及兩煙管夾角；5）所用原料是焦碳還是蘭碳，含水量是多少；6）出煙管向上排空的煙囪有幾個，直徑是多少；7）電石爐的設計產量、實際產量、最大產量；8）電石爐蓋的密閉情況（爐門是否有活動蓋板可蓋，三根電極與爐蓋處空隙是否有密封措施）等；
（3）電石爐出爐口上方是否有集塵罩（大小或安裝形式是否合適），出爐間隔時間及一次出爐用時為多少。
4 實際工程設計的幾點建議
4.1 強力風冷卻器
（1）冷風輸送形式。一般常見的是列管冷卻加軸流風機。軸流風機分層布置，每層兩個，分五層；每層為一組，每組可手動啟閉和與溫度連鎖自動控制各層電機的啟閉。但這樣做會存在隱患：當軸流風機處于停止狀態，而周圍環境有從風機對側吹來的風時，列管周圍的高溫煙氣（100℃或更高）會吹到軸流風機一側，這樣會燒毀風機葉片和電機線圈，影響設備正常運行。而如果讓風機24小時運轉又會造成不必要的浪費。目前可使用一套新的可行的冷風輸送形式：采用通風機經通風管道送風至冷卻器列管，通風機與溫度信號連鎖，通過變頻調速調節風量或啟閉電機，可避免側風對設備的不利影響。
（2）灰斗集灰作用。冷卻器灰斗位置是煙氣流動方向發生急速改變的地方，通過在此處增加V字導板（簡便易行），可以有效捕集大顆粒粉塵，降低后面進入布袋除塵器的粉塵濃度。
（3）冷卻器列管結構形式。冷卻器采用兩套列管， 12米長管和3米短管，煙氣從長管上端進入，經下端大集灰斗進入短列管后從上端出，這樣做出口高度與除塵器進口高度可以大體一致，方便兩設備之間的管道連接，減小施工難度。
4.2 布袋除塵器
（1）沉降箱（火花捕集裝置）原理上與布袋除塵器是兩個不同的功能設備，但在實際的結構設計中將兩者做成一體形式，這樣既能降低鋼耗量，又能有效節省空間場地。
（2）防止蘭碳火星到布袋的措施：在實際生產中，電石企業為節省原料成本，通常會使用較廉價的蘭碳做電石原料，但塊狀蘭碳在輸送、周轉、加料過程中容易碎裂，會產生大量細小粉末，這些粉末在電石冶煉過程中會隨煙氣一起進入除塵設備，其中有些還是高溫燃燒著的火星顆粒，一旦接觸到布袋極易毀壞布袋，這對布袋除塵器非常不利。在實際工程中，很多除塵系統都安裝有熱電阻等溫度監測設備，但熱電阻測出的是煙氣溫度，而實際上蘭碳顆粒等煙塵溫度遠遠高于煙氣溫度，所以在實際選擇濾料使用溫度及溫度控制值設定、運行過程中對溫度儀表顯示值分析時都要特別注意。
（3）在除塵器集灰斗內的灰塵，含有一定的可燃炭粉顆粒，這些含炭粉的灰塵如果在灰斗內大量積聚，就容易發生自燃，產生大量熱量，灰斗內的溫度會隨之升高，當煙氣從灰斗進入時，就會攜帶大量的燃燒著的火星粉塵沖向布袋，將布袋燒毀。為防止該現象發生，在工程設計和實際運行中，都要采取有效措施，防止灰斗積灰。可將除塵器每個集灰斗都安裝一個熱電阻，進行運行時的監控。一旦某個灰斗溫度異常高于其它灰斗，就要迅速檢查該灰斗是否發生積灰、堵灰現象，出現問題及時處理，有效預防。
（4）布袋除塵器濾料選用氟美斯針刺氈，正常使用耐溫240℃，瞬時可達260℃。正常情況下，冷卻器可以將除塵器進口位置的煙氣溫度冷卻到220℃以下，但由于電石爐生產存有不確定性因素，排放煙氣時經常會出現異常的高溫現象，設計中可在除塵系統（除塵器進口前）安裝溫度熱電阻檢測溫度，并與除塵系統引風機電機連鎖。當出現異常高溫時連鎖停機，保證濾袋不被燒毀。
（5）由于除塵器正常運行溫度在200℃左右，所以在結構設計中要注意熱膨脹因素，設備啟停過程中，鋼材冷熱交替產生的應力作用要充分考慮，防止設備因應力作用產生開裂現象。
4.3 系統其它設備
（1）輸灰設備
當系統采用獨立灰倉儲灰時，建議灰倉下口排灰設備不要采用粉塵加濕設備來調節粉塵濕度，因為粉塵中的CaC2會與水反應生成易燃的乙炔氣體，粉塵中的炭粒本身就非常容易自燃，當周圍有帶火星的粉塵或高溫粉塵時，容易發生爆炸。所以對粉塵的儲運建議采用干態方法處理。
（2）除塵管道
除塵管道設計風速以16～18m/s（按最大煙氣量）為宜，煙氣量根據電石爐功率，以2萬kVA電石爐為準，大體為每1000kVA對應2000Nm3/h煙氣量，電石爐功率以電石爐變壓器最大輸出功率計算（一般超額定負荷 25%），對于大于或小于2萬kVA的電石爐乘以適當的小于或大于1的系數，再乘以系統的設計漏風系數1.1～ 1.2，即為最大標況煙氣量，然后根據最高煙氣溫度換算成工況煙氣量。由于管道直徑是以最大煙氣量計算的，當實際煙氣量小時，管道內的實際風速要小，管道容易積灰，所以要在管道容易積灰的位置安裝清灰孔，以便于定期清灰。清灰孔位置最好安裝于管道側面，清灰或檢查時要特別注意積灰溫度是否過高，以防發生人員燙傷等危險。
（3）系統風機選型
為配合電石爐煙氣量隨生產周期的變化，風機的設計應能根據負荷實時調節，實際工程中，風機的負荷調節方式有：
1）安裝風機進口調風門電動執行器，通過調節風門來調整風量。該方案較簡便，不需要增加多少成本，風機以增加系統阻力為代價，但運行費用較高，節能效果不明顯。
2）增加變頻器，通過調整（風機）電機轉速來調整風量。該方案由于增加了變頻器，工程成本增加，尤其對于大功率風機電機，一般250kW以上電機多為高壓電機，如采用高壓變頻器，成本會更高，一般為普通低壓變頻器的3～5倍；采用變頻調速，節能效果明顯。
3）通過采用液力偶合器調速來調整風量。該方案增加了液力耦合器，成本增加，節能效果較明顯，但比采用變頻器效果要差些，成本也低些。
綜上所述，建議：對于小型電石爐，工況煙氣變化不大時，為節省建設成本，采用調風機風門調節風量，對于節能要求較高時可采用變頻調速；對于大型電石爐，系統動力電源多為高壓電源，若采用高壓變頻器，會大大增加建設成本，而且就目前技術水平講，高壓變頻器與低壓變頻器比較，技術也不是太成熟，所以，采用液力耦合器進行轉速調整來實現節能比較經濟可行。
5 結語
隨著環保要求的日益嚴格，電石爐除塵系統已經成為電石生產企業正常運行不可缺少的配套設施。其運行狀況的好壞直接影響到電石生產企業的生產率。因此在進行除塵系統設計時，應充分考慮系統運行過程中可能出現的各種問題，努力做到系統的長期、穩定運行。
參考文獻：
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(本文作者來自天津東方環境工程有限責任公司)
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