電石爐煤氣凈化工程設(shè)計研究

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1概述

新疆國泰新華礦業(yè)股份有限公司一期電石項目建設(shè)6座40.5MVA密閉電石爐，年產(chǎn)電石40萬t，配套建設(shè)2座600t/d套筒石灰窯及相關(guān)設(shè)施。工程設(shè)計注重節(jié)能設(shè)計和循環(huán)經(jīng)濟(jì)，電石的消耗指標(biāo)設(shè)計達(dá)到國內(nèi)同類產(chǎn)品先進(jìn)值。爐氣凈化采用干法除塵技術(shù)，避免了濕法回收時產(chǎn)生CN-而造成對水的污染。凈化后的煤氣經(jīng)冷卻降溫處理后進(jìn)入煤氣柜作緩沖儲存，再經(jīng)加壓后送到石灰窯作為生產(chǎn)石灰的燃料，使能源得到了綜合利用。

2電石爐煤氣設(shè)施設(shè)計條件

2.1電石爐煤氣發(fā)生量。6臺40.5MVA密閉電石爐年產(chǎn)電石40萬t。正常情況下，單臺爐產(chǎn)生煤氣量約為3600m3/h，6臺密閉電石爐產(chǎn)生煤氣平均約為21600m3/h，最大30000m3/h。2.2電石爐煤氣用戶。6臺電石爐所產(chǎn)煤氣全部供應(yīng)2座600t/d套筒豎窯，每座600t/d套筒豎窯正常生產(chǎn)時小時平均用量9900m3，通常用量平穩(wěn)、連續(xù)，最大小時用量10890m3，石灰窯用戶壓力為16（±0.5）kPa，使用煤氣的熱值按10048.32kJ/m3考慮。根據(jù)設(shè)計條件，電石爐煤氣產(chǎn)生量與石灰窯煤氣用氣量理論上基本平衡。稍有富余1800m3/h可供炭材烘干用戶使用。當(dāng)電石爐煤氣產(chǎn)生量達(dá)到峰值，除滿足石灰窯滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)所需的最大煤氣量外，煤氣產(chǎn)生量還將剩余8220m3/h，供炭材烘干用戶使用。

3煤氣系統(tǒng)工藝流程及設(shè)施

6臺40.5MVA電石爐產(chǎn)生的電石爐高溫粗煤氣首先經(jīng)過冷卻和干法凈化除塵，一次除塵后接點煤氣溫度200℃，煤氣壓力約為10~15kPa；隨后分別由3路DN900管道送至煤氣干法冷卻裝置繼續(xù)進(jìn)行降溫處理，煤氣溫度降至40~50℃，經(jīng)降溫處理后的煤氣匯總成一路DN1000經(jīng)煤氣管網(wǎng)架空鋪設(shè)送至煤氣柜，煤氣經(jīng)煤氣柜后由一路DN1000總管送至煤氣加壓機(jī)（共3臺，其中2用1備），經(jīng)加壓處理后由一路DN1000送至石灰窯用戶使用及送至炭材烘干用戶使用。考慮煤氣柜檢修需要，設(shè)置一路DN1000旁通管。3.1干法煤氣凈化系統(tǒng)流程及設(shè)施。密閉電石爐產(chǎn)生的煤氣在500～650℃，瞬時可達(dá)800℃以上，每套煤氣凈化系統(tǒng)按5500m3/h考慮。電石爐煤氣經(jīng)過水冷管道、再經(jīng)緩沖沉降器將50％的粉塵和焦油捕集下來,再經(jīng)二級空氣冷卻器（或一級空冷再加粉塵焦油沉降器）將溫度降至220～260℃之間，同時將氣體中大顆粒的粉塵捕集下來，煤氣再經(jīng)粗風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)防爆型布袋除塵器進(jìn)一步除塵，使出口尾氣含塵量≤30mg/m3[1]。電石爐煤氣經(jīng)凈化后含塵量≤30mg/m3，煤氣溫度降到200℃左右，壓力約為10kPa。凈化后煤氣成分見表1。煤氣的熱值為9629.64~10467kJ/m3，均值為~10048.32kJ/m3。緩沖沉降器、兩級空冷器與防爆型布袋除塵器收集下來的粉塵經(jīng)過卸灰閥卸至刮板輸送機(jī)、儲灰倉，最后通過汽車外運。煤氣凈化裝置采用機(jī)旁手動和PLC自動兩種控制方式。根據(jù)工藝需要在煤氣系統(tǒng)中設(shè)置流量、溫度、壓力、濃度等檢測與高位和低位報警裝置，氮氣系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)中設(shè)置流量、溫度、壓力等檢測與高位和低位報警裝置，灰倉設(shè)置料位檢測。在系統(tǒng)與放散煙囪接口處、空冷器前后、布袋除塵器前后、風(fēng)機(jī)前后設(shè)溫度、壓力測點，空冷器前后溫度測量與冷卻風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，確保布袋除塵器入口溫度，風(fēng)機(jī)均采用變頻風(fēng)機(jī)。如有異常將自動報警，報警系統(tǒng)根據(jù)事故部位發(fā)出聲光報警信號，并把綜合信號傳送給電石爐控制室要求切斷凈煤氣煙道閥停止運行煤氣凈化系統(tǒng)，并完全打開荒煤氣煙道閥，同時凈化系統(tǒng)需采取相應(yīng)的緊急停車措施[1]。3.2煤氣干法冷卻裝置。電石爐車間產(chǎn)生的電石爐粗煤氣經(jīng)過冷卻和高溫干法除塵處理后，煤氣溫度約為200℃，為滿足后續(xù)用戶使用要求，需對煤氣進(jìn)一步降溫處理，使煤氣溫度降低至40~50℃。干法冷卻裝置共設(shè)置4套，其中一套備用。電石爐粗煤氣經(jīng)過冷卻和高溫干法除塵后分別由3路DN900煤氣管道分別進(jìn)入對應(yīng)煤氣干法冷卻裝置。電石爐煤氣先進(jìn)入干法冷卻器底部氣體焦油捕集分流器，捕集電石爐尾氣中的焦油后，電石爐尾氣均勻進(jìn)入到一級多管冷卻除塵器，管外部采用空氣冷卻；冷卻后電石爐尾氣通過連接管道進(jìn)入二級多管冷卻除塵器底部的焦油捕集分流器，捕集尾氣中的焦油后，再進(jìn)入二級冷卻器下部管內(nèi)進(jìn)行空冷卻，然后進(jìn)入中部焦油捕集分流器，捕集尾氣中的焦油，最后進(jìn)入二級冷卻器上部管內(nèi)，進(jìn)行空氣冷卻，將溫度降到50℃以下進(jìn)入儲氣柜中。當(dāng)外界環(huán)境溫度達(dá)到極端高溫35℃以上或特殊情況下，干法冷卻裝置采用空氣冷卻輔助循環(huán)水冷卻電石爐尾氣，此時一級冷卻器、二級冷卻器采用空氣冷卻和水式制冷器冷卻，使煤氣溫度降到50℃以下。3.3煤氣柜。本工程設(shè)置煤氣柜的主要作用是電石爐故障及石灰窯故障時的煤氣儲配用。考慮到電石爐煤氣含焦油量較低，且建設(shè)地點冬季較為寒冷，故本工程選用一座公稱容積30000m3的兩段式橡膠簾干式煤氣柜。煤氣柜容積確定：（1）煤氣回收量波動的影響電石車間共設(shè)6臺電石爐，考慮其中2臺電石爐故障，期間停止向炭材烘干裝置供應(yīng)煤氣，此時供石灰窯煤氣缺口量為5400m3/h。（2）加壓機(jī)事故狀態(tài)影響考慮加壓機(jī)發(fā)生事故，開啟備機(jī)的時間為12min，則在12min內(nèi)進(jìn)柜的煤氣量為V2=15000×12/60=3000m3。（3）石灰窯事故狀態(tài)影響考慮石灰窯整體出現(xiàn)事故，加壓機(jī)停機(jī)。系統(tǒng)不再使用煤氣，則電石爐煤氣需放散掉，從事故發(fā)生到電石爐爐頂燃燒放散，開啟考慮時間為8min，此時進(jìn)柜的煤氣量為V3=21600×8/60=2880m3。（2）、（3）事故狀態(tài)不疊加，取最大值3000m3。在煤氣t=50℃，P=4kPa，含濕量為50g/m3的工況下氣體矯正系統(tǒng)K=1.5，當(dāng)煤氣柜柜容選擇為30000m3時，并且考慮氣柜的上下保安裕量各取15%，氣柜的最大存貯量可保證當(dāng)2臺電石爐故障時，維持石灰窯正常生產(chǎn)約2h。因此煤氣柜柜容選擇30000m3。為了確保貯氣柜的安全運行，布簾型干式煤氣柜設(shè)有較完善的儀表和聯(lián)動保安系統(tǒng)，其主要信號和數(shù)據(jù)均可在主控室顯示。煤氣柜前設(shè)置含氧分析儀和超標(biāo)煤氣放散裝置，當(dāng)氧含量報警超標(biāo)時，煤氣柜入口閥關(guān)閉，煤氣不回收。信號送電石爐單元，同時開啟爐頂燃燒放散。煤氣凈化裝置至煤氣柜間管道內(nèi)超標(biāo)煤氣由人工遠(yuǎn)程開啟管道放散管進(jìn)行有組織放散。需確認(rèn)外界自然環(huán)境滿足放散條件，在超標(biāo)煤氣放散管區(qū)域開展有效的安全措施并保證放散環(huán)境安全。3.4煤氣加壓機(jī)。為滿足石灰窯的用氣壓力要求，需設(shè)置煤氣加壓風(fēng)機(jī)，將煤氣升壓后送給石灰窯使用，風(fēng)機(jī)采用室外布置。風(fēng)機(jī)區(qū)域設(shè)置簡易雨棚。根據(jù)石灰窯工藝要求，加壓系統(tǒng)共設(shè)置3臺加壓機(jī)（2用1備）。加壓機(jī)采用離心式鼓風(fēng)機(jī)，升壓19kPa。加壓系統(tǒng)設(shè)置一路DN400風(fēng)機(jī)出口回流管，接至氣柜出口。電石爐煤氣加壓站內(nèi)控制信號在主控室計算機(jī)上顯示。電石爐煤氣加壓站操作方式是現(xiàn)場手動和遠(yuǎn)程按鈕操作兩種操作方式。

4結(jié)束語

通過以上的設(shè)計，電石爐煤氣采用干法凈化除塵技術(shù)回收煤氣，避免了濕法回收時產(chǎn)生CN-而造成對水的污染，同時凈化后電石爐煤氣資源的合理配置和綜合利用，減少了項目的建設(shè)投資和運營成本，提高了產(chǎn)品競爭力，為企業(yè)創(chuàng)造最大利益。

作者:雷晨 單位:寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司