电石炉煤气净化工程设计研究

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1概述

新疆国泰新华矿业股份有限公司一期电石项目建设6座40.5MVA密闭电石炉，年产电石40万t，配套建设2座600t/d套筒石灰窑及相关设施。工程设计注重节能设计和循环经济，电石的消耗指标设计达到国内同类产品先进值。炉气净化采用干法除尘技术，避免了湿法回收时产生CN-而造成对水的污染。净化后的煤气经冷却降温处理后进入煤气柜作缓冲储存，再经加压后送到石灰窑作为生产石灰的燃料，使能源得到了综合利用。

2电石炉煤气设施设计条件

2.1电石炉煤气发生量。6台40.5MVA密闭电石炉年产电石40万t。正常情况下，单台炉产生煤气量约为3600m3/h，6台密闭电石炉产生煤气平均约为21600m3/h，最大30000m3/h。2.2电石炉煤气用户。6台电石炉所产煤气全部供应2座600t/d套筒竖窑，每座600t/d套筒竖窑正常生产时小时平均用量9900m3，通常用量平稳、连续，最大小时用量10890m3，石灰窑用户压力为16（±0.5）kPa，使用煤气的热值按10048.32kJ/m3考虑。根据设计条件，电石炉煤气产生量与石灰窑煤气用气量理论上基本平衡。稍有富余1800m3/h可供炭材烘干用户使用。当电石炉煤气产生量达到峰值，除满足石灰窑满负荷运转所需的最大煤气量外，煤气产生量还将剩余8220m3/h，供炭材烘干用户使用。

3煤气系统工艺流程及设施

6台40.5MVA电石炉产生的电石炉高温粗煤气首先经过冷却和干法净化除尘，一次除尘后接点煤气温度200℃，煤气压力约为10~15kPa；随后分别由3路DN900管道送至煤气干法冷却装置继续进行降温处理，煤气温度降至40~50℃，经降温处理后的煤气汇总成一路DN1000经煤气管网架空铺设送至煤气柜，煤气经煤气柜后由一路DN1000总管送至煤气加压机（共3台，其中2用1备），经加压处理后由一路DN1000送至石灰窑用户使用及送至炭材烘干用户使用。考虑煤气柜检修需要，设置一路DN1000旁通管。3.1干法煤气净化系统流程及设施。密闭电石炉产生的煤气在500～650℃，瞬时可达800℃以上，每套煤气净化系统按5500m3/h考虑。电石炉煤气经过水冷管道、再经缓冲沉降器将50％的粉尘和焦油捕集下来,再经二级空气冷却器（或一级空冷再加粉尘焦油沉降器）将温度降至220～260℃之间，同时将气体中大颗粒的粉尘捕集下来，煤气再经粗风机加压后进防爆型布袋除尘器进一步除尘，使出口尾气含尘量≤30mg/m3[1]。电石炉煤气经净化后含尘量≤30mg/m3，煤气温度降到200℃左右，压力约为10kPa。净化后煤气成分见表1。煤气的热值为9629.64~10467kJ/m3，均值为~10048.32kJ/m3。缓冲沉降器、两级空冷器与防爆型布袋除尘器收集下来的粉尘经过卸灰阀卸至刮板输送机、储灰仓，最后通过汽车外运。煤气净化装置采用机旁手动和PLC自动两种控制方式。根据工艺需要在煤气系统中设置流量、温度、压力、浓度等检测与高位和低位报警装置，氮气系统、压缩空气系统、冷却水系统中设置流量、温度、压力等检测与高位和低位报警装置，灰仓设置料位检测。在系统与放散烟囱接口处、空冷器前后、布袋除尘器前后、风机前后设温度、压力测点，空冷器前后温度测量与冷却风机联锁，确保布袋除尘器入口温度，风机均采用变频风机。如有异常将自动报警，报警系统根据事故部位发出声光报警信号，并把综合信号传送给电石炉控制室要求切断净煤气烟道阀停止运行煤气净化系统，并完全打开荒煤气烟道阀，同时净化系统需采取相应的紧急停车措施[1]。3.2煤气干法冷却装置。电石炉车间产生的电石炉粗煤气经过冷却和高温干法除尘处理后，煤气温度约为200℃，为满足后续用户使用要求，需对煤气进一步降温处理，使煤气温度降低至40~50℃。干法冷却装置共设置4套，其中一套备用。电石炉粗煤气经过冷却和高温干法除尘后分别由3路DN900煤气管道分别进入对应煤气干法冷却装置。电石炉煤气先进入干法冷却器底部气体焦油捕集分流器，捕集电石炉尾气中的焦油后，电石炉尾气均匀进入到一级多管冷却除尘器，管外部采用空气冷却；冷却后电石炉尾气通过连接管道进入二级多管冷却除尘器底部的焦油捕集分流器，捕集尾气中的焦油后，再进入二级冷却器下部管内进行空冷却，然后进入中部焦油捕集分流器，捕集尾气中的焦油，最后进入二级冷却器上部管内，进行空气冷却，将温度降到50℃以下进入储气柜中。当外界环境温度达到极端高温35℃以上或特殊情况下，干法冷却装置采用空气冷却辅助循环水冷却电石炉尾气，此时一级冷却器、二级冷却器采用空气冷却和水式制冷器冷却，使煤气温度降到50℃以下。3.3煤气柜。本工程设置煤气柜的主要作用是电石炉故障及石灰窑故障时的煤气储配用。考虑到电石炉煤气含焦油量较低，且建设地点冬季较为寒冷，故本工程选用一座公称容积30000m3的两段式橡胶帘干式煤气柜。煤气柜容积确定：（1）煤气回收量波动的影响电石车间共设6台电石炉，考虑其中2台电石炉故障，期间停止向炭材烘干装置供应煤气，此时供石灰窑煤气缺口量为5400m3/h。（2）加压机事故状态影响考虑加压机发生事故，开启备机的时间为12min，则在12min内进柜的煤气量为V2=15000×12/60=3000m3。（3）石灰窑事故状态影响考虑石灰窑整体出现事故，加压机停机。系统不再使用煤气，则电石炉煤气需放散掉，从事故发生到电石炉炉顶燃烧放散，开启考虑时间为8min，此时进柜的煤气量为V3=21600×8/60=2880m3。（2）、（3）事故状态不叠加，取最大值3000m3。在煤气t=50℃，P=4kPa，含湿量为50g/m3的工况下气体矫正系统K=1.5，当煤气柜柜容选择为30000m3时，并且考虑气柜的上下保安裕量各取15%，气柜的最大存贮量可保证当2台电石炉故障时，维持石灰窑正常生产约2h。因此煤气柜柜容选择30000m3。为了确保贮气柜的安全运行，布帘型干式煤气柜设有较完善的仪表和联动保安系统，其主要信号和数据均可在主控室显示。煤气柜前设置含氧分析仪和超标煤气放散装置，当氧含量报警超标时，煤气柜入口阀关闭，煤气不回收。信号送电石炉单元，同时开启炉顶燃烧放散。煤气净化装置至煤气柜间管道内超标煤气由人工远程开启管道放散管进行有组织放散。需确认外界自然环境满足放散条件，在超标煤气放散管区域开展有效的安全措施并保证放散环境安全。3.4煤气加压机。为满足石灰窑的用气压力要求，需设置煤气加压风机，将煤气升压后送给石灰窑使用，风机采用室外布置。风机区域设置简易雨棚。根据石灰窑工艺要求，加压系统共设置3台加压机（2用1备）。加压机采用离心式鼓风机，升压19kPa。加压系统设置一路DN400风机出口回流管，接至气柜出口。电石炉煤气加压站内控制信号在主控室计算机上显示。电石炉煤气加压站操作方式是现场手动和远程按钮操作两种操作方式。

4结束语

通过以上的设计，电石炉煤气采用干法净化除尘技术回收煤气，避免了湿法回收时产生CN-而造成对水的污染，同时净化后电石炉煤气资源的合理配置和综合利用，减少了项目的建设投资和运营成本，提高了产品竞争力，为企业创造最大利益。

作者:雷晨 单位:宝钢工程技术集团有限公司