唐 勇

(貴州水晶有機化工(集團)有限公司有機廠)

節(jié)能技術

電石爐氣利用新途徑的研究

唐 勇*

(貴州水晶有機化工(集團)有限公司有機廠)

以電石爐爐氣進行燃氣發(fā)電，投資效益好，是爐氣利用新途徑。這種燃氣發(fā)電技術已國產化，成熟可靠，具有投資小、占地少、建設期短的特點，符合我國現行產業(yè)政策，是我國鼓勵發(fā)展的節(jié)能環(huán)保項目。

電石爐 爐氣 燃氣發(fā)電 節(jié)能 環(huán)保

0 前言

我國是煤炭資源豐富的國家，煤種齊全，同時也是焦炭、電石生產及消耗大國之一。據統(tǒng)計，2009年我國電石產量為1 503.3萬t，產生的電石爐氣超過150億m3。目前爐氣的處置方式主要以爐氣直排或點火炬為主，不僅浪費了大量能源，也造成環(huán)境污染。由于電石爐爐氣成分復雜，凈化提純難度大，因而電石爐爐氣回收利用率一直很低。我國電石爐爐氣的利用量約為15億m3，利用率不足10%。每年損失約240萬t標準煤，同時排放約1 200萬t二氧化碳。研究開發(fā)經濟合理、工藝技術可行的電石爐爐氣利用途徑，迫在眉睫。

目前，電石的主要用途以電石生產乙炔為主，再由乙炔合成生產PVA。我國PVA生產廠家共有13家，其中有10家為電石法生產PVA。因此，電石法生產PVC將在我國存在一個長時期的 “牛市”。

1 電石生產原理

電石生產采用電熱法工藝，以生石灰 （CaO）和焦炭 （C）在埋弧式電石爐內，通過電阻電弧產生的高溫反應制得，同時生成大量的副產品一氧化碳 （CO）。

電石生產的基本化學原理：

由上式可見，電石生成反應中投入3mol的C，其中2mol生成CaC2，其余的則形成CO，消耗了1/3的炭素材料。

不同爐型的電石爐產生的爐氣參數不同，以密閉式爐為例，其產生的爐氣溫度、爐氣量及粉塵等詳見表1，爐氣中粉塵的化學成分詳見表2。

表1 密閉式爐爐氣參數

表2 電石爐煙氣中粉塵的化學成分

2 密閉電石爐爐氣利用途徑

隨著環(huán)境保護的重視及科學技術的進步，國家對能源的節(jié)約及環(huán)境保護的要求更加嚴格，電石生產不得不尋求新途徑，向高效、節(jié)能、環(huán)保型的方向發(fā)展，形成煤、鹽、電、堿、電石、PVC、水泥、CO利用的循環(huán)一體化發(fā)展趨勢。目前電石爐爐氣的利用主要有以下幾種。

2.1 用做電石生產的熱源燃料

電石屬高能耗產品，其生產過程中的石灰燒制、焦炭干燥等都需要大量的熱源。采用電石爐爐氣做熱源燃料，可就近利用電石爐爐氣進行石灰的燒制及焦炭的干燥，直接降低能耗，達到節(jié)能減排目的。目前，國內已有多家企業(yè)采用該技術。

2.2 用做化工原料

發(fā)展 “碳一”化學。一氧化碳是一種用途廣泛的化工原料，可以生產甲醇、甲酸、甲酸甲酯、二甲醚、甲醛以及聚乙烯、聚丙烯等化工產品。

目前國內已成功建成生產甲酸鈉、合成氨的裝置，具體情況詳見表3。

表3 國內電石爐爐氣利用情況

密閉式電石爐爐氣經過凈化脫塵、脫雜質后，將一氧化碳提濃，然后合成甲醇,目前該項技術已很成熟。由甲醇合成二甲醚的技術也很成熟，這種合成生產二甲醚技術叫 “兩步法”。目前已發(fā)展了“一步法”合成二甲醚技術，即由CO與H2的合成氣通過既有合成甲醇功能又有脫水功能的雙功能催化劑，在催化劑的協同作用下直接合成二甲醚。其反應式如下：

2.3 爐氣余熱綜合回收發(fā)電

爐氣余熱回收發(fā)電過程采用三級除塵技術。首先將生產過程中產生的大量爐氣經引風機輸送至重力除塵器進行一級除塵，除去＞50μm粉塵。二級除塵采用旋風除塵器進行，除去10～50μm粉塵。二級除塵后的爐氣輸送至熱風爐，經一次配風，充分燃燒掉爐氣中的CO,再經二次配風使爐氣溫度降低到600～800℃，送至余熱鍋爐進行熱交換，爐氣溫度控制在200℃。出爐爐氣 （CO氣體已充分回收）送至袋式除塵器，進行三級除塵，除去0.2～10μm粉塵，使爐氣排放達到國家排放標準。

密閉電石爐爐氣余熱回收發(fā)電系統(tǒng)包括水處理系統(tǒng)、給水除氧系統(tǒng)、廢熱回收系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機組、熱工儀表及自動保護報警系統(tǒng)。

以上爐氣回收利用技術投資較高，設備復雜，工藝流程長，爐氣的回收使用率低、熱效率低。

3爐氣回收利用新技術——燃氣發(fā)電

根據密閉爐爐氣特性，可以采取措施，綜合利用爐氣及其爐氣所帶熱能 （600～800℃），提高爐氣的利用率和熱效率。密閉爐爐氣先通過兩級干法除塵，進行熱量回收利用，再進入濕法脫塵水洗工藝，使最終氣體含塵量低于10mg/m3，這樣就可將爐氣用于燃氣發(fā)電機發(fā)電。

燃氣發(fā)電機最突出的優(yōu)點是發(fā)電效率比較高。此外，其設備集成度高，安裝快捷。燃氣發(fā)電機對氣體中的粉塵要求不高，基本不需要水，設備的單位千瓦造價也比較低。因此燃氣發(fā)電機投資小、占地小、建設期短 （一般3個月能建成投產）、發(fā)電成本低。其工藝流程見圖1。

圖1 爐氣發(fā)電利用工藝流程

目前燃氣發(fā)電技術已實現國產化，國內自主研發(fā)的單臺機組以500 kW的為主，1 000 kW的機型正在試制過程中。國外有2 000 kW以上的機組，但價格昂貴。以國產設備投資為例，我公司電石廠設計能力為10萬t，每年產生爐氣約4 000萬m3，可供500 kW的機組15臺發(fā)電，年發(fā)電量約6 000萬kWh，同時每小時副產7.5 t不飽和蒸汽。建設投資約2 250萬元，按目前居民用電價格每kWh為

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*唐勇，男，1979年6月生，工程師。清鎮(zhèn)市，551402。