81000kva電石爐凈化系統機理研究

余鵬，康文斌

（中國石化寧夏能化公司，寧夏 銀川 750001）

1 電石爐凈化系統介紹

1.1 工藝簡介

1.1.1 工藝描述

（1）工藝描述。電石爐產生的尾氣在500～700℃，最高可能達到1000℃，尾氣由煙道經過沉降冷卻器冷卻，將氣體降溫至≤260℃(瞬間最高不得大于280℃)，同時，將氣體中大顆粒的粉塵捕集下來。然后，進入布袋過濾器過濾，經沉降冷卻器和布袋過濾器濾下的粉塵由輸送機送至粉塵總倉。

1.1.2 密閉電石爐尾氣參數

（1）每噸電石附產爐氣：650Nm3/t電石。（2）電石爐粗尾氣的熱值為2300～2750kcal/Nm3，平均為2400kcal/Nm3。（3）電石爐粗尾氣的溫度約為500～700℃，最高時可達1000℃。（4）電石爐粗尾氣的含塵濃度約為100～150g/Nm3，最大時可達300g/Nm3。

1.2 現有系統中粉塵的粒度分布情況

由于各位置收集的物料粒度分布較接近，可以明確地判斷出煙氣中總的粒度分布情況：煙道尾氣中粉塵粒徑小于3μm的占10%以上，小于5μm的占15%～18%左右，小于10μm的占40%左右，小于20μm的占55%左右，小于50μm的占70%以上，粉塵平均粒徑小于20μm。

1.3 現有系統存在的問題

1.3.1 原有沉降冷卻器的氣固分離效率低

原有沉降冷卻器應為重力除塵器。一般用于除去50μm以上比較粗大的顆粒，利用慣性碰撞及捕集方式分離臨界粒徑為20～30μm的顆粒。由通過粒度分布可知，煙道尾氣中粉塵粒徑大于20μm的僅占45%左右，大于50μm的僅占30%，對更細顆粒的灰塵難以起到分離效果的。

1.3.2 布袋除塵器堵塞、使用壽命短

由于沉降冷卻器分離效率低導致進入后續布袋除塵器粉塵量大，原有四級沉降冷卻器串聯后總除塵效率在20%左右，導致布袋除塵器進氣濃度約為35～70g/m3，遠遠超過布袋除塵器對入口氣體含塵濃度：100～300mg/m3的要求，從而導致布袋除塵器遠超負荷運行。由于粉塵顆粒存在延遲放熱現象，將導致顆粒聚集到布袋除塵器表面時，會緩慢升溫，甚至超過布袋除塵器的極限溫度，造成布袋除塵器過熱，燒毀濾袋的同時存在較大的安全隱患。

綜上，現有布袋除塵器存在易堵塞、易損壞、使用壽命短等一系列問題。

1.3.3 物料在設備及管路上黏結、搭橋造成堵塞

因電石爐尾氣中含有微量焦油，當溫度降低后會凝析出來微量焦油，且氧化鈣與氧化鎂粉末本身都有較強的黏附性，容易自聚團或在壁面上黏附沉降下來，致使設備及管路物料形成板結堵塞。

1.3.4 冷卻效果不理想

由于粉塵物料大量在設備及管路上黏結堵塞，導致設備及管道壁面污垢熱阻增大，從而影響沉降冷卻器及管道的散熱。

2 改進措施

2.1 工藝系統改造

將現有一二級沉降冷卻器由兩級串聯型式改為兩臺并聯型式；將三四級沉降冷卻器去除，更換為兩級旋風分離器串聯進行除塵；出二級旋風分離器氣體再進入降溫器降溫，經一級沉降冷卻（兩臺并聯）+兩級旋風串聯后可保證電石爐尾氣含塵量降至300mg/m3以下，此時，尾氣中主要為5μm以下粉塵，并且由于細顆粒的跟隨性好，低濃度尾氣進入降溫器不易產生顆粒沉積堵塞設備的問題；經降溫后的尾氣最后進入布袋除塵器進一步凈化，使尾氣含塵量降至20mg/m3以下，最終滿足尾氣凈化冷卻要求。

2.2 設備改造及選型方案

2.2.1 沉降冷卻器改造方案

將一二級沉降冷卻器改為并聯后，為防止沉降冷卻器堵塞，可將兩臺沉降冷卻器內迷宮式折流板全部去除。經計算，采用兩臺并聯型式分離效率可增加至20%左右，略有提高。為進一步提高沉降冷卻器的沉降效率，可考慮在沉降冷卻器中間增加一豎直擋板，利用豎直擋板的阻擋作用，可起到慣性除塵的目的，為避免流通界面不足的缺點，可在擋板上設置非均勻開孔。由于采用的是豎直擋板，因此不用擔心粉塵在擋板上沉降堵塞的問題。

2.2.2 旋風分離器選型及設計

（1）常規旋風除塵器的原理及弊端。

常規旋風除塵器氣體由直筒段上部進入器內，沿邊壁螺旋向下流入錐體，由于流體向下流動時，錐體截面不斷縮小，大部分氣體逐漸趨向中心，并沿軸心自下而上螺旋上升至除塵器頂部，再從中心排氣管排出。部分氣體夾帶著被分離下來的粉塵進入灰倉，在灰倉內與粉塵分離后返回除塵器內。該除塵器具有以下缺點：流體的流動路線為沿邊壁自上而下再沿軸心自下而上，流體流動路線長，軸向流速快，且兩個相反流動方向的流體旋渦，導致了流體剪應力大，故壓降大。

（2）環流式旋風除塵器的工作原理。如圖1所示，環流式旋風除塵器的外形仍為圓柱圓錐形。啟用時，氣體從直筒段下部以切向方式進入器內內件，在內件中螺旋上升進行一次分離，達到凈化要求的氣體（占總氣體流量的85%左右）直接從頂部排出，少部分氣體連同被分離下來的粉塵由頂部特設旁路引入錐體，在錐體內進行二次分離，分離后的流體在錐體下部沿軸心返回一次分離區，少量氣體將粉塵送入灰倉后返回器內。此新型旋風除塵器的特點在于：①壓降低。85%的流體由直筒段底部旋轉而上，直接從頂部出氣口排出，流體流動路線短，且內件中只有一個向上的旋渦，流體沿徑向、軸向速度梯度小，流體剪應力小，故壓降和能耗低（壓降僅為常規型旋風除塵器的1/2左右）。②放大效應小。由于器內剪應力小、能耗低，在大直徑設備中仍能保證多相流分離所需要的旋轉速度，器內流體不易發生湍動，故放大效應小。③分離效率高。特殊的流路設計，防止了流體的短路及錐體和灰倉內顆粒的卷揚，分離效率大幅度提高，且具有操作彈性大、操作穩定性好等特點。

圖1

（3）旋風分離器設計方案。一級選用α型旋風分離器、二級采用高效低阻型環流式旋風除塵器。進入一級旋風分離器煙氣仍較高，考慮設備安全因素旋風分離器的設計溫度為500℃。除塵效率：一旋95%以上；二旋達到90%以上（兩級串聯99.5%以上），經兩級旋風串聯除塵后尾氣含塵量≤300mg/m3。

2.2.3 布袋除塵器改造

經過上述改造后，可保證布袋除塵器入口氣體含塵濃度小于300mg/m3，可延長布袋除塵器的使用壽命，解決布袋除塵器堵塞問題。針對布袋除塵器還存在的反吹風壓力不高，反吹風分布盤漏氣的問題?？稍黾右慌_反吹氣增壓風機，提高反吹風壓力約2kPa；改進反吹風方式，以強化反吹過程。

2.2.4 系統防堵塞方案

現場測量并進行管道和設備的布置，在沉降冷卻器、旋風分離器、布袋除塵器等設備下灰口除設置電磁振打器，在下灰管關鍵部位增加氮吹裝置，利用振打器與氮吹雙重作用避免下灰管及設備的堵塞。

2.3 分離效率計算

旋風除塵效率數學模型

式中，fi為進入除塵器中粉塵的分布密度。

經計算，對于上述工況條件下粉塵的分離效率一旋95%以上；二旋達到90%以上（兩級串聯99.5%以上），經兩級旋風串聯除塵后，尾氣含塵量≤300mg/m3。

3 結語

此方案只是對后續尾氣治理系統的改造，且沒有引入其他介質，因而不會影響電石爐系統正常運轉，也不會對煙氣質量產生影響,整個系統安全可靠。