电石炉净化灰全自动密闭回收利用技术的应用

电石炉净化灰全自动密闭回收利用技术的应用

赵鹏涛 鲁小臣

神木市电石集团能源发展有限责任公司 陕西神木 719319

[摘要]介绍了全自动密闭回收电石炉净化灰的工艺流程，该工艺采用气力输送的方式将净化灰集中送至中间仓，再通过喷炉焚烧、负压吸渣的方式将净化灰无害化处理，该工艺极大改善现场作业环境，实现固体废物回收利用，并具有一定的经济效益。

[关键词]电石炉净化灰；气力输送；密闭回收；安全环保

1改造前的工艺流程及存在的问题

神木市电石集团能源发展有限责任公司（以下简称神木电石）共有4台40500KVA电石炉，产能规模30万吨/年电石。神木电石地处陕西榆林地区，煤化工、载能化工等产业集中，资源循环综合利用产业链完整，电石企业、氯碱企业广泛分布。电石炉净化灰在是密闭电石炉生产过程中，电石炉气经水冷烟道、粉尘焦油沉降仓冷却沉降和布袋除尘仓收集的颗粒烟尘。当净化灰与空气接触后，容易发生自燃，如果在料仓内与空气接触达到爆炸极限还会发生闪爆等安全事故。神木电石原使用人工卸灰、汽车运输、固废掩埋的方式处理产生的净化灰。

此种方式存在以下问题。

（1）卸灰、运输过程中经常烧坏车辆，倾倒时粉尘极易飘散，造成二次污染，现场作业卫生条件差；掩埋后产生氰化物等有毒物质，对水体、土壤造成污染。

（2）卸灰人员劳动强度大，需要的人员多，人工成本高，对现场工作人的健康带来较大的危害。

（3）运输过程会产生一定的车辆消耗和维修费用。

（4）电石净化灰没有得到充分的回收利用，造成资源浪费。

2对净化灰成分的分析

（1）净化灰外观呈深黑色，在净化灰仓中温度一般在170~180℃左右，粒度约200目，比重约0.29～0.31t/m³。

（2）电石净化灰主要成分（质量数）：C：18%～25%，CaO58%～65%，SiO₂5%～8%，MgO1%～5%，Al₂O₃1%～3%，Fe₂O₃约1%。

（3）电石生产过程中每吨约产生50～70Kg净化灰，热值约1200Kcal/Kg。

3改造后的工艺

3.1方案论证

电石炉净化灰回收利用既能解决安全环保问题，又有经济效益，因此神木电石组织人员对行业内电石炉净化灰处理方式进行了广泛调研，发现当前处理净化灰的方式主要有以下几种：填埋处理。选择山沟或者废弃的地坑做防渗处理后，进行倾倒、填埋。送至电厂焚烧。但在掺混燃烧时，掺混比例不得超过5%，否则在高温高压的锅炉内会出现省煤器、风管堵塞、水冷壁结焦等问题。净化灰回收利用。将净化灰进行集中收集，通过压缩氮气作为动力源，将其通过管道密闭输送至兰炭烘干装置，替代兰炭粉作为燃料使用，产生的炉渣无易燃成份、性质稳定，不产生粉尘污染。由于炉渣中含有较高的镁、钙等成分，完全可以作为水泥或建筑材料生产的添加剂。其中回收利用的方式又分为氮气直接排放与氮气循环利用的方式，区别在于前者会造成大量的氮气浪费，运行成本高。

经过反复论证，决定采用气力输送的方式，将净化灰全密闭自动回收利用。该方案利用压缩氮气作为气源循环使用，采用仓泵输送方式。

该工艺的特点如下。

（1）采用气力输送的方式在输送管道中密闭输送净化灰，保证了空气不能进入管道内，安全得到保障。

（2）输送过程相对连续、稳定，并且物料不会散落造成环境污染及浪费，不产生二次扬尘。

（3）管道容易布置，占地面积较小，维修量小并且方便，自动化程度较高。

（4）采用高浓度、流态化、低速度、氮气循环利用的输送方式，消耗氮气量低，运行费用低，效益较高。

（5）采用气力输送输送、正压喷炉燃烧、负压真空吸渣的方式，将系统划分为输送、喷炉、吸渣三个子系统，相互影响小，系统可靠度高。

3.2改造后的工艺流程

改造后的工艺流程图见图2。

3.2.1净化灰输送系统

4台40.5MVA电石炉每台产灰量0.9t/h，设计1.2t/h，四条输送线，物料堆比重：200～300kg/m³，输送距离水平最远约300米，垂直约35米；弯头8个。将净化灰从电石炉净化储灰仓密闭送至中间仓（200m³），采用氮气作为输送气源，通过罗茨鼓风机作为循环动力，采用循环输送方式，经过罗茨鼓风机出来的氮气通过回程管路分配到各条支线。各电石炉净化储灰仓下方各设置1台输送泵，每台仓泵对应一条输送线，输送至中间仓；中间仓上部设置除尘器，输送过来料气混合物经除尘器一级过滤后气体进入回程管路，再经过二次过滤冷却装置回到罗茨风机进口，二次增压循环利用。系统设有压力、流量、氧气分析仪等在线检测装置，根据系统消耗量自动补充氮气（4条线约补充200m³/h），氮气消耗量小。

3.2.2净化灰焚烧系统

从中间仓将密闭净化灰喷吹至3台沸腾炉中，净化灰中间仓下方设计3个输送点，由两个星型卸料阀串联出料，保障系统安全。一个输送点对应1台沸腾炉，三条输送线互不干涉，可独立运行，最低满足2台沸腾炉进行焚烧消耗所有的净化灰，每条线设计输送量约2.5t/h，输送距离水平最远约50米，垂直约10米，弯头5个，风机三用一备。

3.2.3炉渣输送系统

沸腾炉出口炉渣温度约900℃以上，将沸腾炉焚烧完的炉渣经冷渣机降温后，出渣温度控制小于80℃，采用气力输送方式送至沸腾炉渣缓冲仓（100m³）中，仓下部设置装车排放口。设计三条线，设计输送量2.5t/h，物料堆比重：800～1000kg/m³，输送距离水平最远50米，垂直20米，弯头5个，罗茨真空泵三用一备，三条线可单独运行。

3.2.4辅助控制系统

净化灰气力输送以及沸腾炉焚烧和排渣系统整个电气、仪表控制装置由一套控制系统组成，主控制系统采用西门子S7-1500，根据控制点的分布采用“主站+子站”模式，每个发送点各设子站一台，子站控制系统采用西门子S7-1200，焚烧和排渣各设子站设一台，循环输送风机设子站1个，共7个子站。控制系统对输送和焚烧、排渣系统进行集中监控、管理和顺序控制。控制系统中的PLC通过现场反馈来的信号对系统设备的启动、停运、保护实现自动控制，并可实现就地手动操作控制。在发送设备现场设有就地操作阀箱兼做PLC子站，并可以进行就地操作，具备就地/远方切换闭锁功能。

针对净化灰易燃易爆的特性，回程管路设有氧分析仪，随时检测含氧量，设定浓度监测值，并通过中控自动检测与输送系统联锁，超过安全值启动自排装置，并用氮气再置换，确认安全环境下才能输送，防止爆炸产生。

回程管路过滤器、冷却器设有检测装置，如有漏水情况出现及时检测反馈给中控，并与系统联锁，排除危险源，检测正常后才准许运行，保证系统安全可靠。

为保证净化装置能够正常运行，4台电石炉的原有净化储灰仓及净化灰中间仓预留装车外排口，便于紧急卸灰。

4运行效果与经济效益分析

电石炉净化灰回收利用项目主要产生的是安全环保效益，实现了现场的清洁生产，避免了现场粉尘污染对员工身体健康的影响，对现场易燃的净化灰收集后，消除尘现场粉尘爆炸的风险，有利生产安全，同时产生了一定的经济效益。

（1）净化灰燃烧效益

4台电石炉每天产净化灰64t/d，净化灰发热量1200Kcal/Kg。烘干炉原使用兰炭沫（发热量6000Kcal/Kg，600元/t）作为沸腾炉燃料，净化灰全部喷炉燃烧后可节约兰炭沫量12.8t/d，可节约成本7680元/d。

外运费用可节省1000元/天。

每年（按330天算）可节约费用286.4万元。

（2）系统运行成本

氮气成本按0.5元/m³计算，全年成本79.2万元/年。

净化灰输送、焚烧及吸渣系统电耗97.4万元/年。

每年运行成本176.6万元/年。

（3）共计可产生效益109.8万元/年。

5结语

采用电石炉净化灰回收利用技术后，生产现场干净整洁，无需车辆运输，既安全环保，又可减轻人员劳动强度，同时给企业带来了一定的经济效益，对电石行业清洁生产、绿色发展有着重要的推动意义。