煙氣除塵技術在電石生產中的應用

周江明

（天能化工有限公司， 新疆 石河子832000）

在電石生產的前期工序， 需要將原料在烘干系統烘干，此過程高溫難控，消耗大量能量，且異常因素較多，存在諸多不安全因素，并產生大量煙氣。 因其成分復雜、回收溫度較高、回收工藝復雜而難以達到環境排放指標。因此，需采用干法脫硫工藝與低溫脫硝工藝相結合的方法，確保達到環保要求。

1 原料烘干系統除塵技術現狀

天能化工有限公司電石生產工藝中， 因存在一些條件制約，煙氣中有大量有害物質，原有烘干系統的除塵技術無法使煙氣達到環境排放標準。為此，技術人員對現場環境和工藝的各項指標進行充分采集，建立了煙氣在線監測系統，實時查看煙氣數據及相關設施的運行情況。在烘干系統中，通過對設備工作狀態的數據采集分析、 煙氣平均流量及速度的穩定性的階段性采樣， 為除塵技術控制系統的設計提供了數據依據。

2 除塵技術的研究與應用

結合生產實際，圍繞各種原材料質量、凈消耗量、對智能控制技術裝備、安全操作控制的有效經驗、固廢綜合利用方面的有效措施進行總結分析。 通過能耗核算和效果評估，取得了較好的節能降耗效果。

密閉電石爐的爐氣及煙氣， 需要降溫除塵處理后才能被后續工序使用， 凈化系統是重要的除塵工序，爐氣經過電石爐凈化系統的降溫除塵處理后，經過風機加壓后進入爐氣輸送工段。

當原料烘干系統及電石爐氣凈化系統異常，會造成凈化系統除塵不達標， 凈化排空時超標及凈化管道堵塞，凈化系統壓力異常，風機葉輪沾灰，動平衡失衡，風機振動異常等。循環水系統會因爐氣粉塵不達標，造成洗滌塔循環水污濁，沉淀池淤泥增多，循環水排污時造成環境污染。 爐氣輸送工段羅茨加壓風機因葉輪沾灰，動平衡失衡會造成異常振動。

合理利用現有煙氣熱量和溫度梯度， 采用干法脫硫工藝與低溫脫硝工藝相結合的布袋除塵工藝，實現煙氣脫硫、脫硝、除塵的綜合治理，使煙氣排放達到國家環境排放標準，確保安全環保生產。主要采取的技術措施有：（1）在原料除塵系統過程，設置需要主控控制的工藝參數，對過濾器出口、增壓風機進口、 煙道管出口等位置的重要參數設置二級監控并引入DCS 控制系統， 現場設置防爆傳感器測量儀，在系統的前后加入前端監測預處理裝置。（2）通過對電石爐原料烘干系統的處理灰集中收集并回收利用，對輸送過程環節及凈化系統的除塵灰、篩余物固體廢料進行回收利用以及對現有原料烘干窯改造等固廢回收利用項目的實施， 可以從電石節能降耗中取得進展，降低了電石生產綜合能耗。

當DCS 集散控制系統監測到系統異常時，會將控制線路中大量數據進行羅列報警以提醒處理。 同時將傳感器上傳的數據計算得出當前工藝管線的工藝氣體粉塵濃度與流速， 并通過信號電纜傳輸給DCS 控制系統。 在DCS 控制系統中，采集到的數據信息通過控制系統上傳再通過DCS 組態后的核心程序，把數據實時顯示在操作員計算機上，并添加數據趨勢，對煙氣加入常規控制，便于操作人員進行觀察、記錄、查詢歷史數據等。通過邏輯組態，制作粉塵濃度報警程序與當班產氣量的累計計算程序， 當工藝管線內超標時，DCS 控制系統操作站彈出報警畫面，并發出聲光報警，提示操作人員凈化系統除塵指標是否達標， 并通過對工藝管線內除塵煙氣流速的測量，以電石爐出氣為單元，計算出當班處理除塵的煙氣量，作為當月產氣量等工藝參考數據，做好數據的處理記錄，將數據累計、存檔并作為后期的參考數據。 原料烘干系統的流程示意圖見圖1。

圖1 原料烘干系統的流程示意

3 酸性雜質除塵技術控制系統設計

通過煙氣分析發現煙氣中的SO2及其他酸性介質較多， 如何去除此部分雜質是行業內較為關注的技術問題。在研究干法脫硫工藝的技術應用時，專業技術人員通過在除塵器前脫硫反應器內噴入碳酸氫鈉超細粉， 碳酸氫鈉超細粉在高溫煙氣的作用下分解出高活性Na2CO3和CO2， 而活性強的Na2CO3與煙道內煙氣中SO2及其他酸性介質充分接觸發生化學反應，使其凈化，脫硫后粉狀顆粒灰隨煙氣進入布袋除塵器，并進一步進行脫硫處理，即將附著在布袋上的脫硫劑進一步脫硫、吸附、霧化，布袋除塵器出口的SO2及顆粒物均衡反應， 多級處理后達到排放要求。

而煙氣中仍有少量超標的氮氧化物， 采用濕法脫硝技術，即將20%氨水氣化、噴射，均勻分布在系統內作為脫硝劑。這種先氣化再混合的方式，可以使氨水與需要反應的粉塵粒子充分接觸。 經計量的氨水在氨水氣化器內氣化， 成為氣態后與熱煙氣混合均勻，再進入脫硝反應器、脫硝催化反應器，脫硝系統在催化劑的作用下將氮氧化物還原生成氮氣，實現了低溫脫硝，氮氧化物達標排放。

4 除塵技術在線監測控制系統設計

在原生產處理工序中， 操作人員無法直觀判斷電石爐除塵系統的數據及指標異常， 只能在原料烘干系統壓力異常或風機振動大時， 對凈化系統排空點火， 并通過原料烘干系統排空的火焰顏色來判斷凈化系統除塵布袋的好壞。 這樣判斷有嚴重的滯后性，并且增加檢修時間和難度，影響電石的生產周期與產量。

干法脫硫工序與低溫脫硝工藝對系統指標及工藝參數的控制極為重要， 要求具備在線自動調節功能，對Na2CO3和CO2在線濃度、粉狀顆粒的回收濃度、氨水分析儀等均需采用在線分析，并依據進出口NOx 濃度調整氨水噴入量，從而保證氮氧化物達標排放的同時，氨水消耗量最低。 脫硫過程中，需要對風機運行狀態、脫硫裝置運行負荷狀態、機組負荷以及風道擋板開度、 布袋除塵系統壓力等實時在線監測。 上述信號均來自DCS 通道， 其觸點電壓在為12～24 V，以TCP/IP 通信模式實現數據傳送。監測系統平臺設計有主界面、 參數設置界面、 故障信息界面、歷史曲線界面以及趨勢曲線界面等，可以顯示、設置SO2濃度、煙塵濃度、溫度、流量、靜壓、濕度等傳感器信息[1]。

4.1 控制系統形成閉環控制

相關設計要點由除塵中煙道尾氣檢測系統，二氧化硫系統、催化劑系統、脫硝系統、脫硫系統、氣體檢測報警安全控制系統等組成，并對相關數據進行分析，達到在線溫度與壓力、流量的監測控制的同時，提高環保效果和系統的安全性。 同時解決了原除塵中煙道尾氣檢測系統重要參數，如除塵煙道后段監測滯后性、 傳統監測除塵煙道采集不均，不能實時監測煙氣數據等問題，也解決了如電石爐氣在凈化系統后期因凈化環節漏灰造成的管道堵塞與DCS異常監測如風機葉輪堵塞振動的問題。

4.2 重要工藝的聯鎖設置

通過焦爐煙氣量聯鎖、SO2濃度與脫硫系統聯鎖設置、 脫硫系統的自動控制、 脫硝系統的自動控制、 系統pH 值控制精度要求及氣體檢測系統安全檢測預警的相關信息， 系統會自動觸發相關聯鎖信號，同時適時啟動軟件濾波處理環節，也可依據相關參數修正煙氣速度，將各種信息反饋至DCS 控制系統，避免因氣體泄漏引發事故。聯鎖設置解決了傳統點火中煙氣放散對環境的污染， 避免了因控制閥門泄漏引發的環境污染和安全隱患，實現了自動檢測、自動激發的智能化控制。重要工藝聯鎖設置圖見圖2。

圖2 重要工藝聯鎖設置圖

5 關鍵技術的設計要點與實施

項目主要研究在密閉式電石爐生產工藝過程中，設有專用的噴射和摻混部件，提高氣固接觸時間和摻混的均勻度。采用噴粉控制技術，及時根據焦爐煙氣量和SO2濃度的變化， 有效調整碳酸氫鈉粉的噴入量，從而保證脫硫灰硫酸鈉的純度在90%以上，并降低運行費用。布袋除塵器的濾料耐溫在180 ℃，有效保證了布袋除塵器的穩定運行。采用分級磨，出粉粒徑800～1 000 目以上（20 μm 左右），破碎比大，能量利用率高，產品粒度好、穩定。

根據現場設置脫硝反應器， 出煙氣混合系統的熱煙氣進入脫硝催化反應器，在催化劑作用下NOx被NH3還原成N2，實現低溫SCR 脫硝過程，氮氧化物達標排放。系統具有在線自動調節功能，可以依據進出口NOx 濃度調整氨水噴入量。 保證NOx 達標排放的同時，實現氨水消耗量的經濟性。脫硝反應器設置于煙氨混合系統后，反應器內部結合流場模擬，采用特殊結構設計， 設置有摻混及延長煙氣停留時間裝置， 反應器的設置能夠提高催化劑脫硝效率以及氨水的利用率。

6 實施方法及效果

通過采用干法脫硫工藝， 配備高效的布袋除塵系統，可保證顆粒物排放能達到10 mg/m3以下。通過設計脫硫除塵脫硝系統，保證煙氣中SO2達標排放，實現脫硫劑消耗量最經濟。該技術成功應用后，利用現有煙氣熱量和溫度梯度，實現煙氣脫硫、脫硝、除塵的綜合治理，使煙氣排放達到國家環境排放指標。

電石生產工藝中原料烘干系統除塵技術的應用，使得自動化控制更加精準，對系統各項消耗與在線檢測指標加大了監測與管控力度，環保且安全，雖然脫硫劑的單價有所提高，但其運行阻力低，無需工藝水，電耗低，能源利用率高。脫硝反應器體積小，效能高，并可根據工藝需要采用多級脫硫或脫硝工藝，疊加在煙氣除塵、脫硫工序后，不對原有系統造成干擾，另外煙氣成分較為干凈，不易造成孔道堵塞及活性組分中毒等，從而降低了脫硝運行成本；而催化劑組分中不含釩等重金屬，且催化劑可以回收利用，降低二次更換催化劑的成本。

電石生產工藝中原料烘干系統除塵技術核心設計采用干法脫硫工藝與低溫脫硝結合的除塵工藝，實現對炭材在烘干過程中釋放出的煙氣凈化效果，電石生產系統達到清潔，減少環境污染，且催化劑可以回收利用，降低更換催化劑的成本，同時在爐氣輸送工段洗滌塔循環水的二次應用提升了水利用水平，在環保效益方面較為突出，除塵系統中羅茨風機的葉輪沾灰造成的振動異常問題也得以解決， 并延長了檢修周期，提高了生產效率；降低了煙氣后序應用中電石企業、化工企業、電廠應用端的點火器探頭與阻火器探頭的堵塞率， 延長了后序企業的設備使用周期，降低了故障率與阻火器的安全隱患，提高了生產效率。