電石爐煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討與實(shí)踐

姚木申

(天津東方環(huán)境工程有限責(zé)任公司，天津 300350)

電石爐煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討與實(shí)踐

姚木申

(天津東方環(huán)境工程有限責(zé)任公司，天津 300350)

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。

電石爐煙氣除塵;除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì);風(fēng)機(jī)選型

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，對現(xiàn)場操作環(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。

和諧是一種完美，是自然界、人類社會(huì)、人類思維存在的最理想狀態(tài)。“凡是美的都是和諧的和比例合度的，凡是比例和諧的和比例合度的就是真的，凡是既美又真的也就在結(jié)果上是愉快的和善的。”這段話揭示出和諧與真、善、美的關(guān)系。教學(xué)的最終目的是使學(xué)生的基本素質(zhì)和個(gè)性品質(zhì)得到全面、充分、和諧的發(fā)展。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作

現(xiàn)場需實(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×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。

圖1 電石爐主除塵系統(tǒng)流程

圖2 出爐口除塵系統(tǒng)流程圖

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)對側(cè)吹來的風(fēng)時(shí)，列管周圍的高溫?zé)煔猓?00℃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米長管和3米短管，煙氣從長管上端進(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)測設(shè)備，但熱電阻測出的是煙氣溫度，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?？蓪⒊龎m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，對于節(jié)能要求較高時(shí)可采用變頻調(diào)速；對于大型電石爐，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。因此在進(jìn)行除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的各種問題，努力做到系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定運(yùn)行。

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[4] 趙振奇，等.工業(yè)企業(yè)粉塵控制工程綜合評述[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

Abstract:This article describes the production technology of calcium carbide furnace and characteristics of dust removal system, and focuses on attention to the dust removal system of calcium carbide furnace before designing, and actual engineering design.

Key words:flue gas dust removal of calcium carbide furnace; design of dust removal system; fan selection

Designing Exploration and Practice on Flue Gas Dust Removal System of Calcium Carbide Furnace

YAO Mu-shen
(Tianjin Dongfang Environmental Engineering Co., Ltd, Tianjin 300350, China)

X701.2

A

1006-5377（2010）03-0041-03