电石炉烟气净化技术探讨
１ 我国电石工业发展概况
电石工业是高耗能、高排放行业。电石生产中，电石炉排放的烟气是最大污染源。据测算，２００４年我国电石行业排放的含尘烟气量超过６００亿ｍ３，对生态环境造成严重危害。电石炉可分为开放式、内燃式（半密闭式）以及密闭式３种。开放式电石炉在生产中烟气直接排放，污染严重，能耗高，操作条件恶劣，目前国家已明令淘汰；内燃式电石炉在炉顶上加盖了烟罩，生产中产生的大量含有一氧化碳的炉气在炉内燃烧后排放，操作环境有所改善，但综合能耗高，环境污染严重的问题仍然存在，为国家限制发展的工艺；密闭式电石炉适用于大型生产，可燃炉气从炉内引出并综合利用，避免了能源的巨大浪费和大量烟尘的直接排放，能够实现污染物的达标排放，有利于环境保护，是我国电石工业发展的方向。
我国电石产量居世界第一，２００５年全国共有电石生产企业４５０多家，但企业规模小，技术装备落后，占总产能９５％的年产５万ｔ以下的小型企业占了总数９０％以上。这些企业的电石炉为内燃式和敞开式炉型，装备简陋，排放失控，节能、环保上存在先天不足，管理水平低。特别是电石炉烟气净化技术落后，造成能耗高、污染重，成为我国电石工业发展进步的巨大障碍。
２ 电石炉烟气的特性
电石炉炉型不同，其烟气性质完全不同。此外，不同地区、不同工艺操作手段和原材料的优劣，都会对电石炉的烟气特征产生影响。电石炉的烟气特征见表１、表２、表３。
从以上数据可以看出，不同炉型的烟气特征差别很大，但都具有温度高（开放式电石炉烟气温度低、热能利用价值不高），烟气量大，成分复杂，粉尘颗粒细，比表面积大，比重轻的特点。同时，粉尘比电阻也比较高，还具有一定的黏性，难以清灰；粉尘中含有较多的焦炭粉尘，磨蚀性比较强，治理难度较大。
３ 电石炉烟气净化技术进展
国内电石行业为治理电石炉烟气进行了大规模、长时间、形式多样的研究和实践，并取得了一定成效。但由于电石炉烟气温度高，粉尘性质特殊，风量变化大，仍存在一些有待解决的问题。
３．１ 湿法除尘与常规袋式除尘净化技术
湿法除尘器难以除掉粒径＜４ μｍ的粉尘，虽然有一定的除尘效果，但排放质量浓度不达标，而且除尘后的污水含有大量的氰，会产生严重的水污染，加大治理难度，因而国内外已不采用。常规的袋式除尘器温度适应性差，易烧袋，且运行能耗大，更突出的问题是电石炉细微的粉尘黏结在滤袋上难以清除，设备阻力逐渐增加，抽烟量随之减少，直接影响正常生产。
３．２ 开放炉的烟尘净化
开放炉多采用旋风除尘器串电除尘器，由于烟气量很大，烟温低、烟尘比电阻太高，既无法进行余热利用，电除尘器除尘效果也很差，无法达标排放。国家经贸委１９９９年６号令已要求关停或改造所有的开放式电石炉。
３．３ 半密闭电石炉烟气净化及余热利用技术
半密闭炉（内燃式）由于烟气疲软度高，无法直接应用袋除尘器或电除尘器，有些企业采用烟气烘干焦炭后除尘，虽然实现了热能的综合利用，但无法解决利用后的尾气达标排放问题。
经多年努力，合肥水泥研究设计院、福建三明化工总厂等单位共同开发出了半密闭电石炉烟气净化及余热利用技术，并在三明化工总厂４＃电石炉成功运行。该系统由余热锅炉、玻纤袋除尘器、主风机三大主机设备组成主系统，另外还包括软化水系统、落丸清灰循环系统、过热蒸汽并网系统、玻纤袋除尘器反吹风系统、卸灰输送系统、计算机控制系统等辅助系统。其流程是：电石炉产生的烟气由导烟管引入分流室，经主烟道进入余热锅炉进行热交换，温度降至２２０ ℃后进入玻纤袋除尘器除尘，净化后烟气由引风机送入烟囱排放，余热锅炉产生２２０ ℃左右的过热蒸汽供生产使用。
该项技术余热锅炉采用单气包自然循环直立烟道式，用落丸清灰技术有效解决了锅炉受热面的清灰难题；锅炉结构紧凑、工作稳定，保证烟气出口温度稳定在２２０ ℃以下，满足了袋除尘器的要求；根据电石炉烟气特点专门设计的玻纤袋除尘器采用了最新技术，重点考虑了气流分布、清灰方式、卸灰方式、温度控制、设备锁风等技术，并考虑了加强的钢结构设计及整体热应力消除技术；由于采用负压流程，进入主风机的烟气已经得到净化，风机运转的可靠性大大加强。计算机控制方面实现了各工艺过程主要参数的实时监控，锅筒水位自动调节，锅炉受热面和玻纤袋清灰的自动控制，落丸清灰系统过程监控。近几年的运行证明，该装置稳定可靠，烟尘排放多次检测均小于５０ ｍｇ/ｍ３，余热锅炉副产蒸汽正常，经济效益显著。但该技术应用有一定的条件：烟气温度必须超过３５０ ℃才能产生过热蒸汽；烟气中不能有焦油析出，否则余热锅炉和玻纤袋除尘器都将失效；烟气中一氧化碳必须小于一定浓度，否则进余热锅炉容易产生爆炸。
３．４ 电石炉专用屋顶立式电除尘器净化技术
由于电石炉烟温及烟气量波动较大，粉尘比电阻均高，并具有很强的黏性，一旦受潮后更增强了黏结性。采用常规的电除尘器净化电石炉烟尘，会由于黏性粉尘沉集在收尘板和放电芒刺上不易被振打清除而造成电场电晕闭塞现象，使电场运行电流仅为几毫安至几十毫安（正常应在数百毫安），除尘效果明显下降。
诸暨市天立环保工程有限公司与科研机构合作联合开发了能有效治理电石炉烟尘的半密闭炉专用屋顶立式电除尘器。它设置在电石炉厂房的顶部，同时具备收尘和烟囱的功能。该设备不需要占地面积，不需风机强制送风，充分利用了烟气热压的自然升浮力和立式电除尘器的高度，能产生较强的抽力，烟气经垂直的烟道进入高效烟气喷雾调质系统，超细喷雾装置喷出水雾液滴粒径＜１５０ μｍ，能确保水雾在垂直烟道中迅速完全汽化，从而有效降低粉尘比电阻及烟温，以确保粉尘比电阻和烟气温度降低至电除尘器的适应范围。喷雾调质系统还具有粉尘凝聚及沉降的功能，特别有利于烟尘的分离。调质后的烟气通过直立烟道顺利进入设置在屋顶的立式电除尘器的进口，经电场除尘净化的达标烟气通过立式电除尘器的顶部烟囱排入大气。
该电除尘系统完全避免了水平烟道的积灰堵灰现象，同时在垂直烟道的转弯处设置了振动器，以防局部积灰；整个系统的表面均设置有保温层，有效地防止了系统的结露现象，从而避免了结露造成的表面腐蚀和结垢。其主要特点是整体结构轻型化，便于在厂房顶部安装；占地面积小，净化效率高，清灰效果好，运行稳定可靠，操作方便，特别适合半密闭电石炉烟尘的治理。
屋顶电除尘器最高工作温度在３００ ℃左右，而一般的密闭炉烟气温度高达约８００ ℃，烟气经水冷烟道后的温度也在５００ ℃左右。因此，该项技术不能用于密闭炉。
３．５ 全密闭电石炉烟气净化技术
全密闭电石炉的主要技术和装备是我国２０世纪８０年代末从德国、挪威、日本等国引进的，一般规模较大，生产效率较高。由于全密闭电石炉烟温高达６５０ ℃～１ ０００ ℃，烟气中含有大量可燃气ＣＯ，全密闭炉配套干法袋除尘技术，烟气冷却净化后进气烧窑用于烧石灰。从应用上看，由于烟气冷却后焦油容易析出，造成滤袋很快被黏糊而失效，无法向气烧窑提供洁净的气源，气烧窑只能停用，烟气直排大气燃烧，既浪费热能又污染环境。
全密闭炉的烟气干法净化技术即使在发达国家也是一个难题。其难度在于其烟气温度高、粉尘细、一氧化碳含量高、焦油含量高且容易析出、烟温变化大，并存在一定的危险性。从对比分析看，比较可行的有两个方案：一是烟气降温后再进入袋除尘器除尘净化，净化后的气体主要是一氧化碳等可燃气体，经再次降温后送入气柜储存或使用。该方案的关键是烟气降温必须严格控制在一定范围内，既不能超过滤袋所能承受的温度，也不能低于焦油析出的温度；降温装置及玻纤袋除尘器的清灰方式必须可靠，确保含油焦油的黏附性粉尘及时清除；整个系统的密封必须严格保证以防发生燃爆事故。该方案烟气处理量较小，投资较省，但对系统的控制要求很高，同时存在一定的风险性。二是将出炉的可燃烟气直接送入废热锅炉燃烧，炉气经热交换降温后进袋除尘器干法净化，锅炉产生的蒸汽用于并网发电或供其他装置使用。该技术的关键是确保烟气中可燃物充分燃烧，锅炉的消灰及布袋除尘器的清灰、系统各环节的温度控制必须可靠。由于出炉烟气经燃烧后烟气量将大大增加，处理装置也将扩大，因此投资较大。但该方案采用的所有技术都比较成熟，因此可靠性较好。
参考文献
［１］ 熊谟远．电石生产及其深加工产品［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４．
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