煙氣除塵技術(shù)在電石生產(chǎn)中的應(yīng)用

周江明

（天能化工有限公司， 新疆 石河子832000）

在電石生產(chǎn)的前期工序， 需要將原料在烘干系統(tǒng)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(chǎn)生大量煙氣。 因其成分復(fù)雜、回收溫度較高、回收工藝復(fù)雜而難以達(dá)到環(huán)境排放指標(biāo)。因此，需采用干法脫硫工藝與低溫脫硝工藝相結(jié)合的方法，確保達(dá)到環(huán)保要求。

1 原料烘干系統(tǒng)除塵技術(shù)現(xiàn)狀

天能化工有限公司電石生產(chǎn)工藝中， 因存在一些條件制約，煙氣中有大量有害物質(zhì)，原有烘干系統(tǒng)的除塵技術(shù)無法使煙氣達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)。為此，技術(shù)人員對現(xiàn)場環(huán)境和工藝的各項指標(biāo)進(jìn)行充分采集，建立了煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時查看煙氣數(shù)據(jù)及相關(guān)設(shè)施的運(yùn)行情況。在烘干系統(tǒng)中，通過對設(shè)備工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集分析、 煙氣平均流量及速度的穩(wěn)定性的階段性采樣， 為除塵技術(shù)控制系統(tǒng)的設(shè)計提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 除塵技術(shù)的研究與應(yīng)用

結(jié)合生產(chǎn)實際，圍繞各種原材料質(zhì)量、凈消耗量、對智能控制技術(shù)裝備、安全操作控制的有效經(jīng)驗、固廢綜合利用方面的有效措施進(jìn)行總結(jié)分析。 通過能耗核算和效果評估，取得了較好的節(jié)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(xù)工序使用， 凈化系統(tǒng)是重要的除塵工序，爐氣經(jīng)過電石爐凈化系統(tǒng)的降溫除塵處理后，經(jīng)過風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入爐氣輸送工段。

當(dāng)原料烘干系統(tǒng)及電石爐氣凈化系統(tǒng)異常，會造成凈化系統(tǒng)除塵不達(dá)標(biāo)， 凈化排空時超標(biāo)及凈化管道堵塞，凈化系統(tǒng)壓力異常，風(fēng)機(jī)葉輪沾灰，動平衡失衡，風(fēng)機(jī)振動異常等。循環(huán)水系統(tǒng)會因爐氣粉塵不達(dá)標(biāo)，造成洗滌塔循環(huán)水污濁，沉淀池淤泥增多，循環(huán)水排污時造成環(huán)境污染。 爐氣輸送工段羅茨加壓風(fēng)機(jī)因葉輪沾灰，動平衡失衡會造成異常振動。

合理利用現(xiàn)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(jié)合的布袋除塵工藝，實現(xiàn)煙氣脫硫、脫硝、除塵的綜合治理，使煙氣排放達(dá)到國家環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)，確保安全環(huán)保生產(chǎn)。主要采取的技術(shù)措施有：（1）在原料除塵系統(tǒng)過程，設(shè)置需要主控控制的工藝參數(shù)，對過濾器出口、增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口、 煙道管出口等位置的重要參數(shù)設(shè)置二級監(jiān)控并引入DCS 控制系統(tǒng)， 現(xiàn)場設(shè)置防爆傳感器測量儀，在系統(tǒng)的前后加入前端監(jiān)測預(yù)處理裝置。（2）通過對電石爐原料烘干系統(tǒng)的處理灰集中收集并回收利用，對輸送過程環(huán)節(jié)及凈化系統(tǒng)的除塵灰、篩余物固體廢料進(jìn)行回收利用以及對現(xiàn)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(jié)能降耗中取得進(jìn)展，降低了電石生產(chǎn)綜合能耗。

當(dāng)DCS 集散控制系統(tǒng)監(jiān)測到系統(tǒng)異常時，會將控制線路中大量數(shù)據(jù)進(jìn)行羅列報警以提醒處理。 同時將傳感器上傳的數(shù)據(jù)計算得出當(dāng)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(tǒng)。 在DCS 控制系統(tǒng)中，采集到的數(shù)據(jù)信息通過控制系統(tǒng)上傳再通過DCS 組態(tài)后的核心程序，把數(shù)據(jù)實時顯示在操作員計算機(jī)上，并添加數(shù)據(jù)趨勢，對煙氣加入常規(guī)控制，便于操作人員進(jìn)行觀察、記錄、查詢歷史數(shù)據(jù)等。通過邏輯組態(tài)，制作粉塵濃度報警程序與當(dāng)班產(chǎn)氣量的累計計算程序， 當(dāng)工藝管線內(nèi)超標(biāo)時，DCS 控制系統(tǒng)操作站彈出報警畫面，并發(fā)出聲光報警，提示操作人員凈化系統(tǒng)除塵指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)， 并通過對工藝管線內(nèi)除塵煙氣流速的測量，以電石爐出氣為單元，計算出當(dāng)班處理除塵的煙氣量，作為當(dāng)月產(chǎn)氣量等工藝參考數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)的處理記錄，將數(shù)據(jù)累計、存檔并作為后期的參考數(shù)據(jù)。 原料烘干系統(tǒng)的流程示意圖見圖1。

圖1 原料烘干系統(tǒng)的流程示意

3 酸性雜質(zhì)除塵技術(shù)控制系統(tǒng)設(shè)計

通過煙氣分析發(fā)現(xiàn)煙氣中的SO2及其他酸性介質(zhì)較多， 如何去除此部分雜質(zhì)是行業(yè)內(nèi)較為關(guān)注的技術(shù)問題。在研究干法脫硫工藝的技術(shù)應(yīng)用時，專業(yè)技術(shù)人員通過在除塵器前脫硫反應(yīng)器內(nèi)噴入碳酸氫鈉超細(xì)粉， 碳酸氫鈉超細(xì)粉在高溫?zé)煔獾淖饔孟路纸獬龈呋钚訬a2CO3和CO2， 而活性強(qiáng)的Na2CO3與煙道內(nèi)煙氣中SO2及其他酸性介質(zhì)充分接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其凈化，脫硫后粉狀顆?；译S煙氣進(jìn)入布袋除塵器，并進(jìn)一步進(jìn)行脫硫處理，即將附著在布袋上的脫硫劑進(jìn)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(yīng)， 多級處理后達(dá)到排放要求。

而煙氣中仍有少量超標(biāo)的氮氧化物， 采用濕法脫硝技術(shù)，即將20%氨水氣化、噴射，均勻分布在系統(tǒng)內(nèi)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(yīng)的粉塵粒子充分接觸。 經(jīng)計量的氨水在氨水氣化器內(nèi)氣化， 成為氣態(tài)后與熱煙氣混合均勻，再進(jìn)入脫硝反應(yīng)器、脫硝催化反應(yīng)器，脫硝系統(tǒng)在催化劑的作用下將氮氧化物還原生成氮?dú)猓瑢崿F(xiàn)了低溫脫硝，氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。

4 除塵技術(shù)在線監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計

在原生產(chǎn)處理工序中， 操作人員無法直觀判斷電石爐除塵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及指標(biāo)異常， 只能在原料烘干系統(tǒng)壓力異常或風(fēng)機(jī)振動大時， 對凈化系統(tǒng)排空點火， 并通過原料烘干系統(tǒng)排空的火焰顏色來判斷凈化系統(tǒng)除塵布袋的好壞。 這樣判斷有嚴(yán)重的滯后性，并且增加檢修時間和難度，影響電石的生產(chǎn)周期與產(chǎn)量。

干法脫硫工序與低溫脫硝工藝對系統(tǒng)指標(biāo)及工藝參數(shù)的控制極為重要， 要求具備在線自動調(diào)節(jié)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(jù)進(jìn)出口NOx 濃度調(diào)整氨水噴入量，從而保證氮氧化物達(dá)標(biāo)排放的同時，氨水消耗量最低。 脫硫過程中，需要對風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、脫硫裝置運(yùn)行負(fù)荷狀態(tài)、機(jī)組負(fù)荷以及風(fēng)道擋板開度、 布袋除塵系統(tǒng)壓力等實時在線監(jiān)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(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。監(jiān)測系統(tǒng)平臺設(shè)計有主界面、 參數(shù)設(shè)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(shè)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(tǒng)形成閉環(huán)控制

相關(guān)設(shè)計要點由除塵中煙道尾氣檢測系統(tǒng)，二氧化硫系統(tǒng)、催化劑系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、氣體檢測報警安全控制系統(tǒng)等組成，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，達(dá)到在線溫度與壓力、流量的監(jiān)測控制的同時，提高環(huán)保效果和系統(tǒng)的安全性。 同時解決了原除塵中煙道尾氣檢測系統(tǒng)重要參數(shù)，如除塵煙道后段監(jiān)測滯后性、 傳統(tǒng)監(jiān)測除塵煙道采集不均，不能實時監(jiān)測煙氣數(shù)據(jù)等問題，也解決了如電石爐氣在凈化系統(tǒng)后期因凈化環(huán)節(jié)漏灰造成的管道堵塞與DCS異常監(jiān)測如風(fēng)機(jī)葉輪堵塞振動的問題。

4.2 重要工藝的聯(lián)鎖設(shè)置

通過焦?fàn)t煙氣量聯(lián)鎖、SO2濃度與脫硫系統(tǒng)聯(lián)鎖設(shè)置、 脫硫系統(tǒng)的自動控制、 脫硝系統(tǒng)的自動控制、 系統(tǒng)pH 值控制精度要求及氣體檢測系統(tǒng)安全檢測預(yù)警的相關(guān)信息， 系統(tǒng)會自動觸發(fā)相關(guān)聯(lián)鎖信號，同時適時啟動軟件濾波處理環(huán)節(jié)，也可依據(jù)相關(guān)參數(shù)修正煙氣速度，將各種信息反饋至DCS 控制系統(tǒng)，避免因氣體泄漏引發(fā)事故。聯(lián)鎖設(shè)置解決了傳統(tǒng)點火中煙氣放散對環(huán)境的污染， 避免了因控制閥門泄漏引發(fā)的環(huán)境污染和安全隱患，實現(xiàn)了自動檢測、自動激發(fā)的智能化控制。重要工藝聯(lián)鎖設(shè)置圖見圖2。

圖2 重要工藝聯(lián)鎖設(shè)置圖

5 關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計要點與實施

項目主要研究在密閉式電石爐生產(chǎn)工藝過程中，設(shè)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(shù)，及時根據(jù)焦?fàn)t煙氣量和SO2濃度的變化， 有效調(diào)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(yùn)行費(fèi)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(wěn)定運(yùn)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(chǎn)品粒度好、穩(wěn)定。

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)置脫硝反應(yīng)器， 出煙氣混合系統(tǒng)的熱煙氣進(jìn)入脫硝催化反應(yīng)器，在催化劑作用下NOx被NH3還原成N2，實現(xiàn)低溫SCR 脫硝過程，氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。系統(tǒng)具有在線自動調(diào)節(jié)功能，可以依據(jù)進(jìn)出口NOx 濃度調(diào)整氨水噴入量。 保證NOx 達(dá)標(biāo)排放的同時，實現(xiàn)氨水消耗量的經(jīng)濟(jì)性。脫硝反應(yīng)器設(shè)置于煙氨混合系統(tǒng)后，反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)合流場模擬，采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計， 設(shè)置有摻混及延長煙氣停留時間裝置， 反應(yīng)器的設(shè)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(tǒng)，可保證顆粒物排放能達(dá)到10 mg/m3以下。通過設(shè)計脫硫除塵脫硝系統(tǒng)，保證煙氣中SO2達(dá)標(biāo)排放，實現(xiàn)脫硫劑消耗量最經(jīng)濟(jì)。該技術(shù)成功應(yīng)用后，利用現(xiàn)有煙氣熱量和溫度梯度，實現(xiàn)煙氣脫硫、脫硝、除塵的綜合治理，使煙氣排放達(dá)到國家環(huán)境排放指標(biāo)。

電石生產(chǎn)工藝中原料烘干系統(tǒng)除塵技術(shù)的應(yīng)用，使得自動化控制更加精準(zhǔn)，對系統(tǒng)各項消耗與在線檢測指標(biāo)加大了監(jiān)測與管控力度，環(huán)保且安全，雖然脫硫劑的單價有所提高，但其運(yùn)行阻力低，無需工藝水，電耗低，能源利用率高。脫硝反應(yīng)器體積小，效能高，并可根據(jù)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(tǒng)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(yùn)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(chǎn)工藝中原料烘干系統(tǒng)除塵技術(shù)核心設(shè)計采用干法脫硫工藝與低溫脫硝結(jié)合的除塵工藝，實現(xiàn)對炭材在烘干過程中釋放出的煙氣凈化效果，電石生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到清潔，減少環(huán)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(huán)水的二次應(yīng)用提升了水利用水平，在環(huán)保效益方面較為突出，除塵系統(tǒng)中羅茨風(fēng)機(jī)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(chǎn)效率；降低了煙氣后序應(yīng)用中電石企業(yè)、化工企業(yè)、電廠應(yīng)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(yè)的設(shè)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(chǎn)效率。