电石炉烟气净化及余热利用技术的开发与应用 
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1 概况
    中国电石行业约有电石炉四百多座，年产量居世界首位。国内电石行业在规模、炉型、布局、节能、环保上存在先天不足，再加上原料质量差、管理水平仍然比较低，同时能耗高、污染严重。一方面电石炉烟气的余热利用效果不佳，另一方面电石炉烟气的除尘净化更是难中之难、重中之重。
    在电石生产中，电石炉的烟气是最大污染源，以一座10000KVA的开放式电石炉为例，年排放废气量（以每年生产10个月计算）达6亿标准立方米，年粉尘排放量超过1000吨，污染极其严重。由于电石炉烟气温度高，粉尘性质特殊，风量变化大，国内电石行业采用了许多除尘技术，进行了大量的烟气净化的实践，但都未能根本解决问题。 
    为推动国内电石炉行业技术进步，我国八十年代末从德国、挪威、日本等国引进8套25000KVA全密闭电石炉，引进中空电极、气烧窑、组合式把持器、干法除尘、计算机控制等五项新技术。从应用上看，组合式把持器、计算机控制二项技术获得了成功，但中空电极、电石炉烟气干法除尘技术却始终无法成功，由于烟气无法净化而不能向气烧窑提供洁净的气源，导致气烧窑技术也最终失败，烟气的污染不能解决，烟气中的大量的热能也白白浪费。 
    国内电石炉烟气净化的实践告诉我们：无论是早期自行研制的电石炉除尘技术，还是从国外引进的新技术，或者改进后的除尘技术；无论是采用电除尘技术、或者袋除尘技术，还是采用耐高温陶瓷过滤技术，或者水除尘技术，都因为无法适应电石炉烟气变化和焦油糊袋、或形成二次污染而最终全部失败。新老项目普遍产生的严酷现实使电石炉行业认识到：即使是引进国外技术，也必须是成熟过硬的技术，还要符合中国的国情，否则将无法发挥其先进性。同时，要求国内电石行业必须下更大的力气和决心开发适合中国国情的电石炉烟气余热利用和烟气净化装制。 
    1996年8月，由国家建材局合肥水泥研究设计院、中国船舶工业总公司第七研究院、三明化工总厂等单位共同承担设计的电石炉烟气净化及余热利用系统在三明化工总厂4#电石炉投入运行。四年多的运行证明，该装置运行稳定可靠，除尘器排放多次检测均小于50 mg/Nm3余热锅炉副产蒸汽，经济效益十分显著。整个系统由计算机集成监测控制，自动化程度很高。三明化工总厂4#电石炉烟气净化余热利用技术取得了巨大的成功，这标志着国内电石炉烟气环保与节能两面三刀大难题从技术上来讲已经完全可以解决。以这些技术为基础，新的能够适合不同用户要求的电石炉烟气余热利用及烟气净化技术不断被开发出来，并很快获得应用，取得了很好的经济效益和社会效益。 
2 电石炉的烟气特征
    电石炉从炉型上来说分为开放式炉、半密闭电石炉和全密闭炉三种。炉型不同，其烟气性质完全不同。开放式电石炉烟气量大，烟温低，一般不超过200℃；半密闭电石炉烟温较高，一般达到400℃以上，烟气量大幅降低；全密闭电石炉烟温最高，高达600~1000℃，但烟气量很小。除与炉型有关外，不同的地区、工艺流程、操作手段、原材料都对电石炉的烟气特征产生影响。一般来说，电石炉的烟气特征如表1、表2、表3所示。
表1 不同炉型电石炉的烟气工艺参数
炉型     开放式炉    半密闭炉    全密闭炉     
烟气温度    160～200℃    350～550℃    600～1000℃    
风量/吨电石产量    30000Nm3/h     9000 Nm3/h    400Nm3/h    
含尘浓度    1～3g/ Nm3    8～20g/Nm3    130～200g/Nm3    
氧含量    19%    17%    微量    
一氧化碳含量    1.2%    5.0%    10%    
二氧化碳含量    微量    微量    5%    
氢含量    80.4%    76%    13%    
氮气含量    微量    微量    较多    
  
表2 电石炉烟气中粉尘的化学成分
粉尘种类    CaO    C     SiO2    Fe2O3    Al2O3    其它    
百分比%    37.2    34.1    15.8    0.96     7.1    4.84    
表3 电石炉烟气中粉尘的粒径分布
粒径μm    0～2    2～5     5～10    10～20    20～40    >40    
百分比%    37.5    19.6    21.8    15.6    4.1    1.4    
3 国内电石炉烟气治理存在的问题
    从上面的数据可以看出，电石炉烟气温度高，风量大，成分复杂，不同炉型的烟气特征差别很大。同时粉尘的性质比较特殊，粉尘颗粒细，比表面积大，比重轻，同时还具有一定的粘性，难以清灰；粉尘中含有较多的焦炭粉尘，磨蚀性比较强；粉尘中的比电阻也比较高，治理难度比较大。
    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、坚持不懈的烟气余热利用及净化试验研究及实践。 具体来说，开放炉多采用旋风除尘器、电除尘器，如浙江巨化焦团电石厂采用复合沉降室外旋风除尘器二级除尘，便未能达标；还有某电石厂采用电除尘器因此比电阻太高也无法达标；山西某电石厂采用反吹风袋除尘器，因温文工团变化大，清灰困难、焦炭粉尘夹带火星烧毁滤袋等原因最终失败。
    半密闭炉由于烟气疲软度高，无