CN101403506A - 电石炉尾气燃烧利用方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电石炉尾气的燃烧利用方法及装置，电石炉的尾气排放接管、热交换器、除尘器、加压风机、燃烧器用管道串联，燃烧器的喷嘴伸入热工窑炉内。电石炉尾气经热交换器降低温度，除尘器除尘，加压风机加压，被送入燃烧器的燃气管，最终将电石炉气喷入热工窑炉内燃烧。电石炉尾气的燃烧利用装置与热工窑炉及窑尾除尘系统结合，用于生产石灰或其它产品或用于物料烘干，形成一个完整的电石炉气热能利用、除尘净化达标排放、产品生产的系统。

Description

电石炉尾气燃烧利用方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电石炉尾气处理方法及装置，具体地说，是一种具有降温、净化、加压功能的电石炉尾气燃烧利用方法及装置。

背景技术

电石炉气是电石生产过程中产生的尾气。中国电石行业约有电石炉四百多座，年产量居世界首位，但电石炉尾气的热能利用和净化达标排放一直是个重大难题，极其严重的污染一直困扰着我国电石行业的健康发展。电石炉尾气一般具有以下特点：

1.温度高、热值高，不便于风机加压输送，半密闭炉温度可达350～550℃，全密闭炉温度可达600-1000℃。

2.含尘浓度大，半密闭炉可达8～20g/Nm³，全密闭炉达到100-200g/Nm³，CO含量高。全密闭炉烟气的CO含量可达到75％-85％，热值可达2300Kcal/m³～2700Kcal/m³。如不经处理直接利用，易对下游工艺和设备造成不良影响，在热能利用和除尘过程中，防止CO气体泄漏的要求相当高。

3.风量大，半密闭炉可达9000Nm³/吨电石，全密闭炉可达400Nm³/吨电石。

4.含焦油，一般在低于200℃左右时焦油会从电石炉气中析出，影响到除尘设备和输送管道、设备的正常使用。

5.粉尘的性质特殊，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。

因此，如果不对这种电石炉气加以利用和处理，不仅造成能源极大的浪费，而且将对环境造成极大的污染，如果要想利用，难度相当的大，并且投资很大，至今一直没有一种理想的利用办法。

在本发明之前，国内电石行业为治理电石炉尾气进行了大规模、长时间、形式多样、坚持不懈的尾气余热利用及净化试验研究及实践，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温度变化和焦油糊袋、或形成二次污染而最终全部失败。

如浙江巨化焦团电石厂采用复合沉降室外旋风离心式除尘器二级除尘，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，因温度变化大、清灰困难、焦炭粉尘夹带火星烧毁滤袋等原因最终失败。

又如比较好的牡丹江化工一厂利用烟气烘焦炭后除尘，但也未能达到排放标准；三明化工厂1989年上的20000kVA电石炉配套余热利用及烟气净化系统，采用余热锅炉和三级除尘方案，由于设计不过关，虽经多次整改，仍然无法挽救失败的命运。

国内较为先进的如上海吴淞化工厂采用湿法除尘，但未能达标，同时造成严重的水污染，现已被迫停用；杭州电化厂炉气直接引入锅炉燃烧，降温后进旋风、布袋二级除尘，由于锅炉受热面积问题未能彻底解决，热交换恶化后，烟气温度达到400℃烧毁滤料。从国外引进的全密闭炉配套干法袋除尘技术，烟气冷却净化后进气烧窑烧石灰，由于烟气冷却后焦油析出，冷却器滤袋很快被粘糊而失效，气烧窑只能停用，烟气直排大气燃烧(点天灯)，既浪费热能又污染环境。

三明化工厂、合肥水泥研究设计院合作，通过对电石炉产生的烟气由导烟管引入分流室，正常情况下经主烟道进入余热锅炉进行热交换，温度降至220℃后进玻纤袋除尘器除尘，净化后烟气由引风机送入烟囱排放。余热锅炉产生220℃左右的过热蒸汽供生产使用。但是应用该技术还是有一定的条件：烟气温度必须超过350℃才能产生过热蒸汽；烟气量不能太大，否则经济上没有可行性；烟气中不能有焦油，否则余热锅炉和玻纤袋除尘器都将失效；烟气中一氧化碳必须小于一定比例，否则进余热锅炉容易产生爆炸。这样的应用条件对于占我国电石行业主要地位的开放炉和全密闭炉来说是无法达到的。另外该技术一次投资太大，如三明化工厂20000kVA半闭炉烟气净化及余热利用系统一次投资达700万元，用户负担较重。特别许多电石厂不需要过热蒸汽，投巨资上余热锅炉没有太大意义。

再比如，宜昌化工等单位采用国外引进技术装备的竖炉石灰窑，以电石炉气为燃料，但必须满足的要求是，提供的电石炉气必须是清洁、常温的，为满足电石炉气必须是清洁、常温这一要求，宜昌化工花费了超过1000万元的投资，但在热能利用和设备运行方面效果并不十分满意。

目前我国全密闭电石炉烟气净化及热能利用至今尚未有十分满意的处理方法，即使在发达国家也是一个难题。其难度在于其烟气高温、粉尘细粘轻、一氧化碳含量高、焦油含量高且容易析出、烟温变化大等因素，并存在一定的危险性。

回转窑和立窑煅烧物料所使用的燃料一般固体燃料、液体燃料和气体燃料均有采用，气体燃料中大多使用转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气、混合煤气、天然气，这些燃气一般为常温和经过除尘净化，便于加压和管道输送。采用具有电石炉气特殊性质的气体燃料，通过一种投资很少安全可靠特殊装置进行降温、除尘、加压处理后与燃烧器组合即可用于回转窑或者立窑煅烧物料特别是煅烧石灰的方法不曾有过报导。

发明内容

本发明的目的是提供一种电石炉尾气投资很少、安全可靠的处理装置，该处理装置能使得电石炉气热能得以利用且除尘净化达标排放。

该电石炉尾气燃烧利用装置，包括热交换器、除尘器、煤气加压风机、燃烧器，电石炉的尾气排放接管、热交换器、除尘器、加压风机、燃烧器采用管道串联，燃烧器的喷嘴伸入热工窑炉(包括回转窑或者烘干机)内。

上述的热交换器、除尘器、加压风机在管道中串联的先后位置可以变换。如可以是热交换器、除尘器、加压风机依次串联，也可以是除尘器、热交换器、加压风机依次串联，还可以是热交换器、加压风机、除尘器依次串联。

该装置的工作过程，是将电石炉尾气气源引接到热交换器降低温度(高于焦油的析出温度)，进入除尘器除尘(去除较大颗粒的尘埃)，再经加压风机加压，被送入燃烧器的燃气管，最终将电石炉气喷入热工窑炉(如石灰回转窑)内燃烧。再加上热工窑炉一般均有窑(炉)尾除尘系统，电石炉尾气经过热工窑炉(如石灰回转窑)燃烧后以及窑尾除尘系统处理，完全可以达标排放。

上述的电石炉尾气燃烧利用装置，热交换器为风冷式热交换器，风冷式热交换器的冷却风出口接燃烧器的助燃风管。冷却风出口的冷却风温度一般也有200℃左右，把该冷却风引入燃烧器的助燃风管，喷入热工窑炉(如石灰回转窑)内后，可以与电石炉尾气混合，起到助燃作用。如果采用水冷式热交换器，将产生热水或蒸汽。

为了控制燃烧器的助燃风量，风冷式热交换器的冷却风进口接冷却风机。通常可以在冷却风机的进风口设立可调节的阀门来控制风量风压，也可以将冷却风机的电机采用变频器来控制风量风压。为使燃烧器得到足够的风速，通常冷却风机采用高压离心风机或者采用罗茨风机。

为了使得从燃烧器出来的助燃风与电石炉尾气充分混合，燃烧器是由直径不同的钢管组成的同心套管，其横截面至少有用于输送电石炉气的燃气管和用于输送空气的助燃风管两个同心通道。如果电石炉尾气的燃烧还不足以满足热工窑炉的需要，所述燃烧器可以是双燃料燃烧器，该燃烧器横截面包括至少有三个同心通道，除了作为燃气管和助燃风管两个同心通道外，还有一个同心通道(煤风通道)与煤风管道相连接，煤风管道是一个输送煤粉与空气的煤风管道。煤风管道与煤粉仓和煤粉输送风机相连。

上述的电石炉尾气燃烧利用装置，所述加压风机为煤气加压风机。加压风机采用煤气加压风机，是因为煤气加压风机具有防爆防泄漏的功能。

上述的电石炉尾气燃烧利用装置，除尘器为旋风离心式除尘器或重力沉降式除尘器，除尘器的排灰口没入水中。除尘器的排灰口没入水中形成了一种水封装置，防止了电石炉尾气的泄漏和外界空气的混入。

为稳定燃烧器的电石炉气的流量和减少对电石炉和燃烧器工作的影响，在电石炉尾气排放接管和燃烧器之间串联电石炉气的蓄气稳流缓冲容器。比较通用的是采用具有较大容积的重力沉降式除尘器，或者采用大直径的输送管道。

本发明同时提出了电石炉尾气燃烧利用方法，其是把把电石炉尾气降温、除尘、加压后送入位于热工窑炉内的燃烧器内燃烧。降温、除尘、加压的先后顺序一般无特殊要求。电石炉尾气可采用热交换器降温，可采用除尘器除尘，可采用加压风机加压，然后送入位于热工窑炉内的燃烧器内燃烧。热工窑炉的窑尾一般都有引风机，但由于从电石炉到热工窑炉的输送电石炉气的管道很长，仅靠引风机难于把电石炉气吸入热工窑炉，所以需要加压风机对电石炉气进行加压。由于从电石炉中直接排放的电石炉气气温度较高，所以需要对其进行降温以使其适应加压风机的工作要求。之所以对电石炉气进行除尘，是为了不影响热工窑炉生产的产品质量和热工窑炉和燃烧器的正常工作状况。该方法能使得电石炉气热能得以利用且除尘净化达标排放，且投资很少、安全可靠。

上述的电石炉尾气燃烧利用方法，采用旋风离心式除尘器或重力沉降式除尘器进行除尘，旋风离心式除尘器和重力沉降式除尘器的排灰口没入水中形成水密封。排灰口没入水中形成水密封，防止电石炉尾气的泄漏和外界空气的混入。

上述的电石炉尾气燃烧利用方法，燃烧器是由直径不同的钢管组成的同心套管，燃烧器横截面包括至少有分别用于输送电石炉气的燃气管、用于输送空气的助燃风管的二个同心通道。如果电石炉尾气的燃烧还不足以满足热工窑炉的需要，还可以煤粉作为辅助燃料燃烧，那么燃烧器是由直径不同的钢管组成的同心套管，燃烧器横截面包括至少有分别用于输送电石炉气的燃气管、用于输送空气的助燃风管、用于输送煤粉与空气的煤风通道的三个同心通道，煤风通道与输送煤粉与空气的煤风管道相通。

为稳定燃烧器的电石炉气的流量和减少对电石炉和燃烧器工作的影响，在电石炉尾气排放接管和燃烧器之间串联电石炉气的蓄气稳流缓冲容器。比较通用的是采用具有较大容积的重力沉降式除尘器，或者采用大直径的输送管道。

电石炉尾气在燃烧之前，电石炉尾气的温度控制在焦油析出温度之上，以防止焦油析出堵塞管道、除尘器、风机等零部件，影响设备的正常运行。

上述的电石炉尾气燃烧利用方法，所述热工窑炉为附带有尾气除尘系统的回转窑或者烘干机。电石炉尾气经过热工窑炉(如石灰回转窑、水泥回转窑)燃烧后以及窑尾除尘系统处理，完全可以达标排放。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中的燃烧器的截面放大图。

具体实施方式

图1是一种由热交换器、除尘器、煤气加压风机、冷却(兼助燃)风机、燃烧器、煤粉仓、煤粉输送风机等组成的电石炉气燃烧装置，并与回转窑以及回转窑附带的窑尾除尘系统结合，用于生产石灰或其它产品或用于物料烘干，形成一个完整的电石炉气热能利用、除尘净化达标排放、产品生产的系统。

电石炉气源、蓄气稳流缓冲容器、热交换器、除尘器、加压风机、燃烧器用管道串联。从电石炉气源11引接输送管道(电石炉尾气排放接管)1至蓄气稳流缓冲容器13内，再经过热交换器2降低温度，与除尘器3的进风口相接，除尘器3的出气口与煤气加压风机4的进口相接，从煤气加压风机4排出的电石炉气引接到燃烧器5的燃气管，最终将电石炉气通过燃烧器5的喷嘴喷入石灰回转窑12来煅烧石灰或者其它热工窑炉内燃烧。

热交换器2通常为单管或列管风冷式热交换器。单管或列管风冷式热交换器的内管21即内单管或列管与高温的电石炉气输送管道1联接。单管或列管风冷式热交换器的外管22为冷却风管，通过管道8其进口与冷却风机6出口相联接，其出口与燃烧器5的助燃风管相联接。

一种最简单的单管风冷式热交换器，即是在高温的电石炉气输送管道1外加套一根冷却风管22，用冷却风机6将空气鼓入外套的冷却风管内。

冷却风机6的风量是根据电石炉气需要冷却到的温度和燃烧器5的助燃风量来决定的，通常可以在冷却风机6的进风口设立可调节的阀门来控制风量风压，也可以将冷却风机6的电机采用变频器来控制风量风压。为使燃烧器5得到足够的风速，通常冷却风机6采用高压离心风机或者采用罗茨风机。为控制冷却风机6的流量、压力、温度，热交换器的冷却风出口管道上安装了流量、压力、温度检测控制仪表10，在中央控制室实现自动控制。

燃烧器5是一种可以同时燃烧电石炉气和煤粉的双燃料四通道燃烧器，其是由直径不同的4根钢管组成的一根同心套管，从同心套管的截面形状看，由内向外形成4个同心通道51-54。同心通道52作为用于输送电石炉气的燃气管与煤气加压风机4的出口相连。同心通道53作为输送煤粉与空气的煤风通道(辅助燃料管)与煤风管道9的出口相连。同心通道54和同心通道51(燃烧器内管)作为用于输送空气的助燃风管并联接于热交换器的冷却风出口管道上。同心通道51(燃烧器内管)的出口处安装了旋流器而产生高速旋转风。燃烧器5在伸进回转窑12内的受高温部分，外壳采用耐火浇注料保护。

电石炉尾气和从热交换器接来的助燃空气分别以不同的速度和是否旋转、旋转角度，从同心通道中喷出。从热交换器接来的助燃空气，分别从燃烧器内管高速旋转喷出和从同心通道54高速直线喷出。电石炉气从同心通道52喷出。煤粉从同心通道53喷出。电石炉气喷出速度低于从同心通道54喷出的助燃空气速度。燃烧器这样的结构更有利于电石炉气的燃烧。

这种双燃料燃烧器解决了可能因为电石炉气量不足的问题，可以使用煤粉作为辅助燃料。

除尘器3采用旋风离心式除尘器或重力沉降式除尘器。在除尘器3的排灰口采用的密封装置，这种密封装置可以使收集下来的粉尘排放出来，但电石炉气不会泄漏出来，外界的空气也不会混入到电石炉气内。典型的密封装置是一种水封装置，这种水封装置是一种盛水容器7，除尘器的排灰口没入盛水容器7中有一定深度的水中，从而隔绝了电石炉气的泄漏和外界空气的混入。

煤气加压风机4具有防爆防泄漏的功能。为控制电石炉尾气的输送流量、压力、温度，在煤气加压风机4进口管道上安装了流量、压力、温度检测控制仪表10，煤气加压风机4采用变频器调节风机转速，在中央控制室实现自动控制。

为减少电石炉气热能的损失，暴露在大气中的电石炉气输送管道、助燃空气输送管道、热交换器2、除尘器3都采取保温措施。

为稳定燃烧器的电石炉气的流量和减少对电石炉工作的影响，在热交换器和电石炉之间串联了一台电石炉气的蓄气稳流缓冲容器13。

上述装置使用时，把电石炉尾气经热交换器降温后引入除尘器除尘，再经加压风机加压送入位于热工窑炉内的燃烧器内燃烧。

这种由热交换器、除尘器、煤气加压风机、冷却兼助燃风风机、燃烧器组成的电石炉气燃烧利用方法及装置的优点是：

1.经热交换后的冷却风用于电石炉气助燃，充分的利用了电石炉气的显热，不造成能源的浪费。

2.电石炉气的除尘、输送变得十分简单、可靠，电石炉气的温度很容易控制，解决了焦油的析出问题。

3.可以有效的防止电石炉气的泄漏。

4.不存在烧坏滤袋、焦油糊滤袋的问题，经除尘净化后的电石炉气可以满足燃烧器和窑炉的要求。

5.采用双燃料燃烧器可以适应电石炉气不稳定和电石炉气不足的情况。

6.整个装置流量、温度、压力很容易实现自动检测和控制。

7.与回转窑或其它热工窑炉以及窑尾除尘系统结合，不仅可用于生产活性石灰等产品，电石炉气热能得到充分利用，而且由窑尾除尘系统除尘净化，完全可以实现达标排放。

Claims (10)

1.电石炉尾气燃烧利用装置，包括热交换器、除尘器、加压风机、燃烧器，其特征是：电石炉的尾气排放接管、热交换器、除尘器、加压风机、燃烧器采用管道串联，燃烧器的喷嘴伸入热工窑炉内。

2.根据权利要求1所述的电石炉尾气燃烧利用装置，其特征是：热交换器为风冷式热交换器，风冷式热交换器的冷却风出口接燃烧器的助燃风管。

3.根据权利要求1所述的电石炉尾气燃烧利用装置，其特征是：燃烧器是由直径不同的钢管组成的同心套管，其横截面至少有作为通电石炉尾气的燃气管和助燃风管的两个同心通道。

4.根据权利要求3所述的电石炉尾气燃烧利用装置，其特征是：它还包括一个输送煤粉与空气的煤风管道；燃烧器横截面包括至少有三个同心通道，其中一个同心通道与煤风管道相连接。

5.根据权利要求1所述的电石炉尾气燃烧利用装置，其特征是：除尘器为旋风离心式除尘器或重力沉降式除尘器，除尘器的排灰口没入水中。

6.根据权利要求1所述的电石炉尾气燃烧利用装置，其特征是：所述热工窑炉为附带有尾气除尘系统的回转窑或者烘干机。

7.电石炉尾气燃烧利用方法，其特征是：把电石炉尾气降温、除尘、加压后送入位于热工窑炉内的燃烧器内燃烧。

8.根据权利要求7所述的电石炉尾气燃烧利用方法，其特征是：采用旋风离心式除尘器或重力沉降式除尘器进行除尘，除尘器的排灰口没入水中形成水密封。

9.根据权利要求7所述的电石炉尾气燃烧利用方法，其特征是：燃烧器是由直径不同的钢管组成的同心套管，燃烧器横截面包括至少有分别用于输送电石炉气的燃气管、用于输送空气的助燃风管、输送煤粉与空气的煤风通道的三个同心通道，煤风通道与输送煤粉与空气的煤风管道相通。

10.根据权利要求7所述的电石炉尾气燃烧利用方法，其特征是：所述热工窑炉为附带有尾气除尘系统的回转窑或者烘干机。

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