摘要：介紹了電石爐的生產(chǎn)工藝和除塵系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，以及電石爐除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)前和實(shí)際工程設(shè)計(jì)中需要注意的一些問題。
電石是重要的基本化工原料，但在電石的生產(chǎn)過程中會(huì)給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染(主要是煙塵污染)。據(jù)測(cè)算，生產(chǎn)每噸電石排塵約60kg，以2萬kVA電石爐日產(chǎn)電石135t計(jì)算，每天排入大氣中的煙塵約為8.1t。
1電石爐生產(chǎn)工藝
電石爐生產(chǎn)過程中，在投料、物料焙燒、出電石等不同生產(chǎn)階段的煙氣溫度和煙氣量是不同的。設(shè)計(jì)前應(yīng)充分了解電石爐的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，準(zhǔn)確把握煙氣參數(shù)的周期變化情況，針對(duì)具體的情況選擇合適的除塵工藝和配套設(shè)備。
電石爐出料口位置平時(shí)煙氣量小，幾乎沒有外逸粉塵，但在電石流出時(shí)，由于高溫電石會(huì)迅速加熱周圍空氣，造成爐口熱氣流急速上升，同時(shí)大量電石粉塵也會(huì)迅速充滿爐口周圍空間，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境會(huì)造成很大污染。電石爐出料整個(gè)過程的持續(xù)時(shí)間根據(jù)不同爐型和操作水平的差異約在15～30分鐘，屬間歇性揚(yáng)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(dú)立處理。這樣做的優(yōu)點(diǎn)有：
(1)由于出爐口煙氣的周期性間歇出現(xiàn)，采用獨(dú)立的除塵工藝可以針對(duì)電石爐生產(chǎn)變化情況啟停風(fēng)機(jī)，節(jié)省運(yùn)行電耗。
(2)出爐口附近集塵罩內(nèi)的負(fù)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(dá)布袋除塵器時(shí)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(chǎn)生的煙氣，通過電石爐集塵罩收集，經(jīng)煙道引至強(qiáng)制風(fēng)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(nèi)采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)置防火墻和煙氣穩(wěn)流段以防止燒毀布袋。經(jīng)過布袋除塵器處理后的凈氣通過引風(fēng)機(jī)至煙囪排入大氣。當(dāng)除塵器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，打開集氣罩上的旁路煙道，將高溫?zé)煔馀趴铡屝蕹龎m器故障時(shí)，可關(guān)閉除塵系統(tǒng)主煙道閥門。電石爐出料口的煙氣除塵采用獨(dú)立的除塵系統(tǒng)，每次工作時(shí)間為20～30分鐘，間隔時(shí)間為1小時(shí)左右(可手動(dòng)或自動(dòng)控制)，屬間歇性工作方式。電石爐主除塵系統(tǒng)流程見圖1，出爐口除塵系統(tǒng)流程見圖2。 +01+02
3系統(tǒng)設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作
現(xiàn)場(chǎng)需實(shí)際考察的主要內(nèi)容有：
(1)電石爐最大功率負(fù)荷應(yīng)以變壓器最大超負(fù)荷為準(zhǔn)；
(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(zhǔn)，超出應(yīng)另考慮；2)爐門數(shù)量及爐門尺寸(長(zhǎng)×寬)；3)加料方式是手工還是機(jī)械(加料管從爐罩上插入)，加料管的數(shù)量；4)出煙管的數(shù)量，出煙管與電極相對(duì)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(gè)，直徑是多少；7)電石爐的設(shè)計(jì)產(chǎn)量、實(shí)際產(chǎn)量、最大產(chǎn)量；8)電石爐蓋的密閉情況(爐門是否有活動(dòng)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(shí)間及一次出爐用時(shí)為多少。
4實(shí)際工程設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議
4.1強(qiáng)力風(fēng)冷卻器
(1)冷風(fēng)輸送形式。一般常見的是列管冷卻加軸流風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)分層布置，每層兩個(gè)，分五層；每層為一組，每組可手動(dòng)啟閉和與溫度連鎖自動(dòng)控制各層電機(jī)的啟閉。但這樣做會(huì)存在隱患：當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，而周圍環(huán)境有從風(fēng)機(jī)對(duì)側(cè)吹來的風(fēng)時(shí)，列管周圍的高溫?zé)煔?100℃或更高)會(huì)吹到軸流風(fēng)機(jī)一側(cè)，這樣會(huì)燒毀風(fēng)機(jī)葉片和電機(jī)線圈，影響設(shè)備正常運(yùn)行。而如果讓風(fēng)機(jī)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)又會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。目前可使用一套新的可行的冷風(fēng)輸送形式：采用通風(fēng)機(jī)經(jīng)通風(fēng)管道送風(fēng)至冷卻器列管，通風(fēng)機(jī)與溫度信號(hào)連鎖，通過變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量或啟閉電機(jī)，可避免側(cè)風(fēng)對(duì)設(shè)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(dòng)方向發(fā)生急速改變的地方，通過在此處增加V字導(dǎo)板(簡(jiǎn)便易行)，可以有效捕集大顆粒粉塵，降低后面進(jìn)入布袋除塵器的粉塵濃度。
(3)冷卻器列管結(jié)構(gòu)形式。冷卻器采用兩套列管，12米長(zhǎng)管和3米短管，煙氣從長(zhǎng)管上端進(jìn)入，經(jīng)下端大集灰斗進(jìn)入短列管后從上端出，這樣做出口高度與除塵器進(jìn)口高度可以大體一致，方便兩設(shè)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(gè)不同的功能設(shè)備，但在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將兩者做成一體形式，這樣既能降低鋼耗量，又能有效節(jié)省空間場(chǎng)地。
(2)防止蘭碳火星到布袋的措施：在實(shí)際生產(chǎn)中，電石企業(yè)為節(jié)省原料成本，通常會(huì)使用較廉價(jià)的蘭碳做電石原料，但塊狀蘭碳在輸送、周轉(zhuǎn)、加料過程中容易碎裂，會(huì)產(chǎn)生大量細(xì)小粉末，這些粉末在電石冶煉過程中會(huì)隨煙氣一起進(jìn)入除塵設(shè)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(duì)布袋除塵器非常不利。在實(shí)際工程中，很多除塵系統(tǒng)都安裝有熱電阻等溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備，但熱電阻測(cè)出的是煙氣溫度，而實(shí)際上蘭碳顆粒等煙塵溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煙氣溫度，所以在實(shí)際選擇濾料使用溫度及溫度控制值設(shè)定、運(yùn)行過程中對(duì)溫度儀表顯示值分析時(shí)都要特別注意。
(3)在除塵器集灰斗內(nèi)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(nèi)大量積聚，就容易發(fā)生自燃，產(chǎn)生大量熱量，灰斗內(nèi)的溫度會(huì)隨之升高，當(dāng)煙氣從灰斗進(jìn)入時(shí)，就會(huì)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(xiàn)象發(fā)生，在工程設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行中，都要采取有效措施，防止灰斗積灰。可將除塵器每個(gè)集灰斗都安裝一個(gè)熱電阻，進(jìn)行運(yùn)行時(shí)的監(jiān)控。一旦某個(gè)灰斗溫度異常高于其它灰斗，就要迅速檢查該灰斗是否發(fā)生積灰、堵灰現(xiàn)象，出現(xiàn)問題及時(shí)處理，有效預(yù)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(shí)可達(dá)260℃。正常情況下，冷卻器可以將除塵器進(jìn)口位置的煙氣溫度冷卻到220℃以下，但由于電石爐生產(chǎn)存有不確定性因素，排放煙氣時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常的高溫現(xiàn)象，設(shè)計(jì)中可在除塵系統(tǒng)(除塵器進(jìn)口前)安裝溫度熱電阻檢測(cè)溫度，并與除塵系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)電機(jī)連鎖。當(dāng)出現(xiàn)異常高溫時(shí)連鎖停機(jī)，保證濾袋不被燒毀。
(5)由于除塵器正常運(yùn)行溫度在200℃左右，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要注意熱膨脹因素，設(shè)備啟停過程中，鋼材冷熱交替產(chǎn)生的應(yīng)力作用要充分考慮，防止設(shè)備因應(yīng)力作用產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。
4.3系統(tǒng)其它設(shè)備
(1)輸灰設(shè)備
當(dāng)系統(tǒng)采用獨(dú)立灰倉儲(chǔ)灰時(shí)，建議灰倉下口排灰設(shè)備不要采用粉塵加濕設(shè)備來調(diào)節(jié)粉塵濕度，因?yàn)榉蹓m中的CaC2會(huì)與水反應(yīng)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(dāng)周圍有帶火星的粉塵或高溫粉塵時(shí)，容易發(fā)生爆炸。所以對(duì)粉塵的儲(chǔ)運(yùn)建議采用干態(tài)方法處理。
(2)除塵管道
除塵管道設(shè)計(jì)風(fēng)速以16～18m/s(按最大 煙氣量)為宜，煙氣量根據(jù)電石爐功率，以2萬kVA電石爐為準(zhǔn)，大體為每1000kVA對(duì)應(yīng)2000Nm3/h煙氣量，電石爐功率以電石爐變壓器最大輸出功率計(jì)算(一般超額定負(fù)荷25%)，對(duì)于大于或小于2萬kVA的電石爐乘以適當(dāng)?shù)男∮诨虼笥?的系數(shù)，再乘以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)漏風(fēng)系數(shù)1.1～1.2，即為最大標(biāo)況煙氣量，然后根據(jù)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(jì)算的，當(dāng)實(shí)際煙氣量小時(shí)，管道內(nèi)的實(shí)際風(fēng)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(cè)面，清灰或檢查時(shí)要特別注意積灰溫度是否過高，以防發(fā)生人員燙傷等危險(xiǎn)。
(3)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)選型
為配合電石爐煙氣量隨生產(chǎn)周期的變化，風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)能根據(jù)負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)際工程中，風(fēng)機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式有：
1)安裝風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)風(fēng)門電動(dòng)執(zhí)行器，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門來調(diào)整風(fēng)量。該方案較簡(jiǎn)便，不需要增加多少成本，風(fēng)機(jī)以增加系統(tǒng)阻力為代價(jià)，但運(yùn)行費(fèi)用較高，節(jié)能效果不明顯。
2)增加變頻器，通過調(diào)整(風(fēng)機(jī))電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)整風(fēng)量。該方案由于增加了變頻器，工程成本增加，尤其對(duì)于大功率風(fēng)機(jī)電機(jī)，一般250kW以上電機(jī)多為高壓電機(jī)，如采用高壓變頻器，成本會(huì)更高，一般為普通低壓變頻器的3～5倍；采用變頻調(diào)速，節(jié)能效果明顯。
3)通過采用液力偶合器調(diào)速來調(diào)整風(fēng)量。該方案增加了液力耦合器，成本增加，節(jié)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(duì)于小型電石爐，工況煙氣變化不大時(shí)，為節(jié)省建設(shè)成本，采用調(diào)風(fēng)機(jī)風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量，對(duì)于節(jié)能要求較高時(shí)可采用變頻調(diào)速；對(duì)于大型電石爐，系統(tǒng)動(dòng)力電源多為高壓電源，若采用高壓變頻器，會(huì)大大增加建設(shè)成本，而且就目前技術(shù)水平講，高壓變頻器與低壓變頻器比較，技術(shù)也不是太成熟，所以，采用液力耦合器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整來實(shí)現(xiàn)節(jié)能比較經(jīng)濟(jì)可行。
5結(jié)語
隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，電石爐除塵系統(tǒng)已經(jīng)成為電石生產(chǎn)企業(yè)正常運(yùn)行不可缺少的配套設(shè)施。其運(yùn)行狀況的好壞直接影響到電石生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)率。
