淺析電石爐尾氣氣體在線分析系統現場應用

    前言：電石(CaC2)是基本的有機化工原料，曾被譽為有機合成之母。由它制得的乙炔氣可代替石油制品生產醋酸、醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙炔炭墨等一系列數千種有機產品的氣體原料。電石化工作為煤化工的一個分支，一方面是具有生命力的產業，另一方面又是高耗能、高污染的產業。電石生產中，電石爐排放的煙氣是最大的污染源。為了加強環境保護治理和實現能源回收利用、降低生產成本、提高企業和社會效益，按照國家發改委2007 年70 號文件《電石行業準入條件》（2007 年修訂）的意見。新建電石爐必須符合以下4個要求：（1）建設大型密閉式電石爐；（2）單臺爐容量25000KVA 以上；（3）初始總容量100000KVA；（4）電石爐氣必須綜合利用。電石爐氣的凈化和利用在國內外都是難題，要充分、安全、有效地利用電石爐氣，就必須對電石爐尾氣進行有效的監測。電石爐尾氣分析方法主要有三種：手工（奧氏氣體儀）分析、色譜儀分析、在線分析。本文僅就密閉式電石爐氣的在線監測進行簡要分析，對電石爐尾氣分析系統的設計進行簡要介紹。希望能拋磚引玉，從而實現在新建電石爐和老的電石爐改造后的尾氣得到充分利用，進而實現環境保護、勞動保護以及實現能源回收利用、降低生產成本、提高企業和社會經濟效益。

1. 爐氣的特性

生產過程中的密閉電石爐內,通電后生成產品的主要反應式如(1)所示：

CaO+3C=CaC2+CO

（1）

1.1 爐氣量：400Nm3/t電石；

1.2 溫度：正常400--800℃，（瞬時）1000℃。

1.3 爐氣的組分（一般）

1.4 粉塵含量及組分

粉塵含量：50-150 g/ Nm3

2. 爐氣的特點

密閉電石爐尾氣有以下特點：

(1)電石爐尾氣出爐溫度高且不穩定；

(2) 爐氣量波動而不平穩，尾氣中一氧化碳濃度高，約含74—85％，且溫度高，屬于易燃易爆的氣體；

(3)尾氣粉塵含量大且粒徑小，5～10μm的約占粉塵40％，大于40μm的不足11％，高達150g／Nm3的煙塵使得尾氣的回收很不利;

(4)尾氣有一定的熱值約2300—2600 Kcal／Nm3；

(5)尾氣中含有微量的焦油，析出后和粉塵粘連，給低溫除塵帶來不便。

3. 密閉電石爐尾氣分析系統

一般分析系統從結構上可分為三大部分，即取樣系統，預處理系統，分析系統。根據爐氣的以上特點，我們經過多年經驗積累，將該分析系統從功能上劃分為如圖1所示的幾部分，據此設計制造的成套系統，在新建大型密閉電石爐（5萬t）以及老的電石爐改造的應用中都取得了很好的運用效果。

以下簡要介紹該分析系統的設計。

3.1 取樣點的選取

取樣點的選取應該滿足以下要求：能真實、及時地反映用戶所關注的爐況參數；取樣的點溫度、壓力、流量比較穩定；粉塵、焦油量盡可能小。如果取樣點選取不當將給后續系統帶來額外負擔，甚至不能真實地反映出需要的爐況參數。

3.2 取樣系統的設計

取樣系統是整個分析系統的第一道關口，它是否成功，將直接導致整個分析系統的成敗。電石爐尾氣取樣點的溫度大約在200-300℃，相對壓力為微正壓到微負壓之間，由于爐氣的特殊性，取樣系統必須具有對樣品組分進行初步的物理分離，將采樣探頭周圍的固體顆粒從氣態流體中分離出去，因此取樣系統不僅要有探針（取樣管），還要有過濾系統、探頭清掃系統等，此外，還應具有便于維護的結構。我們自主研發的取樣探頭能將大于0.3 μ 粉塵m的99%濾出。采用專利取樣探頭，再配以程控自動吹掃裝置，即可擔此重任。

3.3 預處理系統的設計

預處理系統主要完成從取樣系統輸送過來的氣樣進行安全、及時、有效地處理，以滿足儀器分析系統的使用條件。首先傳輸管路的設計必須滿足空氣動力學的要求，使樣氣流路暢通無阻；接下來是將樣氣進行除塵、除焦油、調壓、除水、穩流等一系列連慣處理。使處理后的樣品氣干燥、清潔，以便進入儀器分析系統中的關鍵組分得以準確分析。從而為電石的生產安全以及爐氣的有效利用提供科學的依據。

除塵系統包括過濾、清掃、再過濾等，防止管路阻塞；脫焦除油系統包括控溫、洗出、吸附等，有利于管路暢通，保護分析設備；除水系統包括汽水分離、冷凝、霧捕集、氣水分離、干燥過濾等，保護分析儀，保證測試準確；壓力調整系統包括泵、調節閥、快速回路等，以保證儀器正常工作條件。可編程控制（PLC）系統，主要包括PLC、程序軟件、執行機構、人機界面等，主要用于對取樣預處理系統實現自動控制，出現異常情況時報警。

3.4 儀器分析系統

本系統包括流量調節裝置、防異常進水裝置、校準裝置、分析儀器等。其中防異常進水裝置采用山東新澤儀器有限公司具有專利權的阻液器，在工藝出現異常情況下，確保分析儀器不會因為進水而損壞儀器。分析儀器是根據電石生產工藝以及尾氣用途進行配置的。一般密閉電石爐尾氣中的O2、H2、CO等氣體屬于必測項目。其中O2和H2的含量是安全指標，CO是尾氣利用核心。對于O2的測定，可選擇O6F、S1000等；對于H2的測定，可選擇S3000 ；對于CO的測定，可選擇S2000等。對需要測定CH4、CO2的場所，可選擇SIC-100型分析儀。

4. 電石爐尾氣成套分析系統的應用

山東新澤儀器有限公司制造的電石爐尾氣分析系統，功能框圖的基礎上，根據不同用戶的工況及要求還會進行有針對性地設計。

    總之，密閉式電石爐適用于大容量爐型，爐氣從爐內引出后可實現綜合利用，既降低了冶煉能耗，又減少了能源的巨大浪費，同時大幅度減少了煙氣直接排放，有利于環境保護。符合國家有關產業政策，必將得到較快發展。同時，對其尾氣在線分析系統也會有越來越高的要求。因此，電石爐尾氣分析系統在先進性、適用性、可靠性、穩定性、安全性等方面應提出更高的要求。