CN113983826A - 雾化冷却器在电石炉气后处理上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了雾化冷却器在电石炉气后处理上的应用，主要包括以下方面：经雾化冷却器处理后的烟气通入石灰回转窑的预热带头部，作为预热带的降温气体；在预热带中部收集作为煅烧带的补充燃料，用于增加燃料一氧化碳浓度；冷却带尾部产生的尾气返回至预热带中部，作为预热带的升温气体；预热带尾部开设泄气口，用于排出废气；预热带尾部排出的废气，经过尾气燃烧设备燃烧后，经由废液回收设备处理后，作为回转滚筒式烘干机的原料气体。本发明通过雾化冷却器处理后的电石炉气依次用在生石灰及兰炭的生产线，提高原料品质，将电石炉及其原料生产线有机结合，充分利用剩余能源，提高生产控制能力，并且大幅提高尾气排放清洁度。
Description
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及雾化冷却器在电石炉气后处理上的应用。
背景技术
电石炉荒煤气（未经净化的电石炉尾气）是电石炉生产电石过程中产生的尾气。中国电石行业约有电石炉四百多座，并且每年数量还在不断增加，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。由于电石炉尾气中的粉尘性质特殊，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尾气加以利用和处理，不仅造成能源极大的浪费，而且将对环境造成极大的污染。
另外，电石炉产生的尾气温度高，要净化和输送都必须预先对尾气降温冷却处理，但如果处理不当容易造成焦油析出，堵塞管道，影响设备正常运行。再有，电石炉产生的尾气流量、压力、热值波动都很大，如果没有起到稳流稳压、热值均化的巨大煤气柜，很难直接利用。
因此，为了能够对电石炉尾气的热能进行利用或者达标排放，先需要对电石炉尾气进行冷却、净化处理和建设煤气柜。显然需要巨大投资，一般为数百万元或数千万元，一般企业难于承受。
石灰是生产电石的原料之一。一般目前采用石灰回转窑来生产石灰。燃料被送入石灰回转窑的燃烧器进行燃烧，石灰石经（石灰石）预热器预热后（可以利用余热，提高窑的产量）进入石灰回转窑内进行煅烧，生成石灰。石灰回转窑尾气进入预热器对石灰石进行预加热后再经净化后排空。
作为生产电石的原料之一——兰炭，进入电石炉之前要进行干燥。目前，采用回转滚筒式烘干机对兰炭进行烘干，兰炭在回转的卧式烘干机内被高温气体干燥，兰炭干燥后的含尘气体经净化后排空。这样干燥方式有如下不足：兰炭易破碎，破损率高，不利于生产电石；由于对兰炭干燥的空气中氧气含量较高，兰炭在干燥过程中容易发生自燃，有一定的安全隐患。
由于电石炉气中硫、磷、氰、焦油以及大量的烟尘等杂质的存在，影响了电石炉气的利用。由于没有理想的电石炉气净化回收技术，我国很多厂家只能把炉气防空烧掉，用火炬燃烧后排入大气，既严重污染了大气环境，又造成CO资源的极大浪费。因此回收利用电石炉尾气对于节约能源、保护环境、节能减排具有十分重要的意义。
要做好电石炉气的综合利用首先是要解决电石炉气的净化问题，而目前电石炉气的净化和利用尚属于国际性的技术难题。实现电石炉气综合利用需要解决的难题：其中之一就是炉气的除尘。由于炉气温度高，所含粉尘颗粒度相当于烟尘级，且含有焦油，这给炉气净化带来了困难；现有技术中由于尾气中含有大量的焦油成分，粉尘粘性大，易堵塞管道和设备，尾气温度不易控制，尾气中含有85%的CO气体，它属于易燃易爆气体，对设备和人员都存在着安全隐患，故国内外采用的干法净化法工艺及设备均都无法正常使用。因此研究开发经济合理、工艺技术可行的电石炉气回收利用技术，迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的雾化冷却器在电石炉气后处理上的应用。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
雾化冷却器在电石炉气后处理上的应用，雾化冷却器具体是喷雾冷却塔，雾化冷却器应用在电石炉气后处理时作为尾气净化设备，电石炉气后处理还需要应用尾气燃烧设备、蒸汽利用设备、收灰装置和废液回收设备，雾化冷却器的使用过程如下：从电石炉排出的烟气经由喷雾冷却塔侧壁顶部的风道入口进入冷却塔，在塔顶部锥形体1/2处设有自清洗雾化喷枪，迅速将烟气温度降到50℃，此时烟气处于不饱和状态,不饱和烟气由塔上部流向下部，降温后的烟气经出口均流弯管均匀排出塔外，自清洗雾化喷枪的喷射方向与气流方向均为向下；
电石炉的原料兰炭需经过回转滚筒式烘干机内被高温气体干燥；
电石炉的原料生石灰由石灰回转窑生产，石灰回转窑依次包括预热带、煅烧带和冷却带；经雾化冷却器处理后的烟气通入预热带头部，与石灰石一起被预热后，作为预热带的降温气体；
在预热带中部收集并通过加压泵转移至煅烧带中部，作为煅烧带的补充燃料，用于增加初始燃料中的一氧化碳浓度；
冷却带尾部产生的尾气返回至预热带中部，作为预热带的升温气体；
预热带尾部开设泄气口，用于排出废气，避免过量废气对煅烧带的气体成分造成不利影响；
预热带尾部排出的废气，经过尾气燃烧设备，产生的热量经过蒸汽利用设备收集，产生的灰废料由收灰装置收集，燃烧后的气体经由废液回收设备处理后，作为回转滚筒式烘干机的原料气体，经过二次加热后用于烘干电石炉的原料兰炭。
优选地，自清洗雾化喷枪的前供水压力为3.5Mpa，消耗量 4m3/h,水质要求：净环水。
优选地，废液回收设备中依次设置水洗塔、稀硫酸洗涤塔和浓硫酸洗涤塔，依次用于吸收燃烧废气中的烟尘、二氧化碳和水分，所得的干燥气体可直接用于兰炭干燥的传质传热介质。
优选地，冷却带尾部产生的尾气中含CO2浓度为40～42% 、 CO浓度＜0.4、 O2浓度≤1.0 。具体是通过煅烧带的初始燃料、补充燃料和空气的流量比以及煅烧带的温度和CO2分压共同控制，操作时则控制以上五个参数即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.当前电石生产的污染问题，是制约电石法PVC发展的关键因素。因此本发明开发一种通过雾化技术回收利用电石炉尾气，并使其降温增湿，大大降低其自燃的可能性，为后续的应用提供安全保障。
2.尤其针对现有调研结果：电石炉气主要成分为一氧化碳（75%~90%），现有技术中却将大量的电石炉气直接排空燃放，浪费严重且不环保。因此本发明将雾化处理后、高湿较温的电石炉气，首先融入到石灰回转窑中，在预热带预热升温、除部分水并作为预热带的降温气体，再作为煅烧带的补充燃料，用于增加初始燃料中的一氧化碳浓度，实现二次利用，并对冷却带的尾气作为预热带的升温气体，大大提高了石灰煅烧的可控性，提高电石生产的生石灰原料品质。
3.针对现有兰炭干燥所需的高温气体中氧气含量较高，容易发生自燃，有一定的安全隐患。因此本发明将石灰回转窑生产的废气经过燃烧、储能、清洁及干燥后作为兰炭干燥所需的高温气体，其中氧气浓度超低，提高电石生产的兰炭原料品质。
4.综上，本发明通过雾化冷却器处理后的电石炉气依次用在生石灰及兰炭的生产线，提高原料品质，并充分利用各生产线的剩余能源及参数特性，将电石炉及其原料生产线有机结合，充分利用剩余能源，提高生产控制能力，并且大幅提高尾气排放清洁度。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
聚氯乙烯（PVC）是一种重要的塑料制品，在工业、农业、建筑、日用品等方面有着广泛的应用。目前，PVC的生产工艺主要可以分为乙烯氧氯化法和电石乙炔法两种。
在2000年以前，电石法PVC被列在淘汰产品之列，但随着国际市场PVC过剩，产品不断向我国市场倾销，我国国内的PVC整体市场结构发生了较大的变化，价格竞争成为抢占市场的一个重要依据。由于乙烯法PVC投入资金大，国产化程度低，大部分企业需要从国外采购乙烯和氯乙烯（VCM），受国际市场的影响大。尤其是2002年以后，国际石油价格不断上涨，乙烯资源缺乏、VCM进口成本高等方面的影响，乙烯法PVC生产成本长期在高位徘徊，致使进口PVC和国产乙烯PVC相对于电石法PVC来说，在价格竞争中处于劣势。电石法因其所投入资金少、国产化程度高、原料易得、利润空间大等优势成为目前PVC行业也得到很大提高，因而许多制品企业纷纷转向购买价格相对便宜的电石法PVC产品，在一定程度上也支持了电石法PVC的发展，使得从2004年开始，电石法PVC逐渐主导国内的PVC市场。
（一）国内外研究现状
随着技术不断进步，电石法PVC工艺的高能耗、高污染问题正在逐步得到改善和解决，随着电石法相关生产工艺技术的改进，使得电石法和乙烯法PVC生产工艺的技术水平差距逐渐缩小。经过技术改造的后的电石法PVC生产企业，可以在一定程度上降低生产成本，从而获得产品价格上的优势。随着生产过程中单体提纯、聚合技术的进一步提高和优化，电石法PVC的产品质量亦将明显提升，型号更趋多元化，应用领域也将随之拓宽。工艺方面，密闭电石炉的应用、炉气回收利用等技术的推广大大改善了电石生产过程中的粉尘、尾气污染状况，同时在降低能耗领域也取得突破性进展。随着国家环保政策的落实，我国电石法PVC环保问题得到了很好的解决。
目前，国内电石炉尾气净化工艺较多，比较理想的工艺主要分为以下三类:
1、湿法净化后利用：湿法净化的主要特点是：净化速度快，除尘效果好，温度快速降低，但是易析出焦油，对塔设备的寿命有直接影响。
该系统优点是降温快，三级水洗效率高，缺点是焦油析出，所有器壁粘结焦油，需经常清理，水洗后带来的二次污染需另行投资进行治理。
2、直接利用后再除尘：该工艺采用锅炉燃烧尾气，经济合理，流程短，占地面积小，系统安全性大大增强，但其粉尘具有很强的吸附力，在锅炉换热面极易粘结，严重是厚达5～10mm，遇潮时团聚严重，并且有固化现象，采取吹灰清灰技术也无法彻底清除积灰，必须停炉进行清灰，降低了锅炉的作业率。
3、干法除尘后再利用：发达国家电石工业均采用大容量的全密闭电石炉配套气烧石灰窑。我国电石行业20世纪80年代末从德国、挪威、日本等国引进8台25500kVA全密闭电石炉及空心电极、气烧石灰窑、组合式把持器、干法乙炔等新技术。组合式把持器的引进已获得成功，而空心电极、干法除尘技术却没有获得成功。随着我国科技能力的逐步提高，我国自主研发能力也有所提高，近年来，国内电石企业开始自主设计干法除尘装置，工艺水平逐渐提高。
（二）雾化技术在电石炉气后处理上应用的未来发展趋势
在电石生产中，实行清洁生产是必要的，但不能仅仅停留在清洁生产的层面上，还要深度思考循环经济理念的应用，发展循环经济。发展循环经济有利于提高资源利用率，促进经济增长方式的转变。在有限的资源存量和环境承载力条件下，实现经济和环境的协调发展。发展循环经济有利于开发利用再生资源，进一步加强废弃物的综合利用，既有利于保护环境，又可以发展再生资源产业，形成新的经济增长点。以发展循环经济为切入点，努力提高装置运行质量和效益，才能进一步控制污染物排放总量，使企业生产环境得到彻底改善。发展循环经济，避免大量废弃物（废水、废气、废渣）随意排放和搁置，缓解环境压力，维护生态平衡，保护资源，可提高企业经济竞争能力，应对新形势下的挑战，是企业为和谐社会建设必须承担的责任，也是企业实现可持续发展的根本保证。
基于以上分析，并针对本工厂的现有电石生产线，进一步剖析：
电石炉的原料兰炭需经过回转滚筒式烘干机内被高温气体干燥；
电石炉的原料生石灰由石灰回转窑生产，石灰回转窑依次包括预热带、煅烧带和冷却带；
电石炉气后处理一般包括尾气净化设备、尾气燃烧设备、蒸汽利用设备、收灰装置和废液回收设备。
因此本发明采用雾化冷却器，即对常用的喷雾冷却塔进行一定的配件及位置修改，将其作为电石炉气后处理时的尾气净化设备，使用过程如下：从电石炉排出的烟气经由喷雾冷却塔侧壁顶部的风道入口进入冷却塔，在塔顶部锥形体1/2处设有自清洗雾化喷枪，迅速将烟气温度降到50℃，此时烟气处于不饱和状态,不饱和烟气由塔上部流向下部，降温后的烟气经出口均流弯管均匀排出塔外，自清洗雾化喷枪的喷射方向与气流方向均为向下。
然而如果仅以上几点，并不能突出本研发团队在电石生产工艺上的技术贡献，总结起来，本发明的重点在于以下几点：
1）经雾化冷却器处理后的烟气通入预热带头部，与石灰石一起被预热后，作为预热带的降温气体；
2）在预热带中部收集并通过加压泵转移至煅烧带中部，作为煅烧带的补充燃料，用于增加初始燃料中的一氧化碳浓度；
3）冷却带尾部产生的尾气返回至预热带中部，作为预热带的升温气体；
4）预热带尾部开设泄气口，用于排出废气，避免过量废气对煅烧带的气体成分造成不利影响；
5）预热带尾部排出的废气，经过尾气燃烧设备，产生的热量经过蒸汽利用设备收集，产生的灰废料由收灰装置收集，燃烧后的气体经由废液回收设备处理后，作为回转滚筒式烘干机的原料气体，经过二次加热后用于烘干电石炉的原料兰炭。
6）废液回收设备中依次设置水洗塔、稀硫酸洗涤塔和浓硫酸洗涤塔，依次用于吸收燃烧废气中的烟尘、二氧化碳和水分，所得的干燥气体可直接用于兰炭干燥的传质传热介质。
7）控制参数的基本要求：冷却带尾部产生的尾气中含CO2浓度为40～42% 、 CO浓度＜0.4、 O2浓度≤1.0 。具体是通过煅烧带的初始燃料、补充燃料和空气的流量比以及煅烧带的温度和CO2分压共同控制，操作时则控制以上五个参数即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.雾化冷却器在电石炉气后处理上的应用，所述雾化冷却器具体是喷雾冷却塔，所述雾化冷却器应用在电石炉气后处理时作为尾气净化设备，所述电石炉气后处理还需要应用尾气燃烧设备、蒸汽利用设备、收灰装置和废液回收设备，其特征在于，所述雾化冷却器的使用过程如下：从电石炉排出的烟气经由喷雾冷却塔侧壁顶部的风道入口进入冷却塔，在塔顶部锥形体1/2处设有自清洗雾化喷枪，迅速将烟气温度降到50℃，此时烟气处于不饱和状态,不饱和烟气由塔上部流向下部，降温后的烟气经出口均流弯管均匀排出塔外，自清洗雾化喷枪的喷射方向与气流方向均为向下；
电石炉的原料兰炭需经过回转滚筒式烘干机内被高温气体干燥；
电石炉的原料生石灰由石灰回转窑生产，石灰回转窑依次包括预热带、煅烧带和冷却带；经雾化冷却器处理后的烟气通入预热带头部，与石灰石一起被预热后，作为预热带的降温气体；
在预热带中部收集并通过加压泵转移至煅烧带中部，作为煅烧带的补充燃料，用于增加初始燃料中的一氧化碳浓度；
冷却带尾部产生的尾气返回至预热带中部，作为预热带的升温气体；
预热带尾部开设泄气口，用于排出废气，避免过量废气对煅烧带的气体成分造成不利影响；
预热带尾部排出的废气，经过尾气燃烧设备，产生的热量经过蒸汽利用设备收集，产生的灰废料由收灰装置收集，燃烧后的气体经由废液回收设备处理后，作为回转滚筒式烘干机的原料气体，经过二次加热后用于烘干电石炉的原料兰炭。
2.根据权利要求1所述的雾化冷却器在电石炉气后处理上的应用，其特征在于，所述自清洗雾化喷枪的前供水压力为3.5Mpa，消耗量 4m3/h,水质要求：净环水。
3.根据权利要求1所述的雾化冷却器在电石炉气后处理上的应用，其特征在于，所述废液回收设备中依次设置水洗塔、稀硫酸洗涤塔和浓硫酸洗涤塔，依次用于吸收燃烧废气中的烟尘、二氧化碳和水分，所得的干燥气体可直接用于兰炭干燥的传质传热介质。
4.根据权利要求1所述的雾化冷却器在电石炉气后处理上的应用，其特征在于，所述冷却带尾部产生的尾气中含CO2浓度为40～42% 、 CO浓度＜0.4、 O2浓度≤1.0 。
5.具体是通过煅烧带的初始燃料、补充燃料和空气的流量比以及煅烧带的温度和CO2分压共同控制，操作时则控制以上五个参数即可。
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