电石炉余热利用方案.docx

1、电石炉余热利用方案 The manuscript was revised on the evening of 2021电石炉余热利用方案 40MVA电石炉节能技改方案 草拟:孙继江（高级工程师） 电话: 乌海市江嘉节能服务有限公司2014年4月电石炉技改方案引言目前，我国每年产生的电石炉尾气超过150亿m3。处置方式基本为炉气直排或点火炬，不仅浪费了大量能源，也造成环境污染。国家对此十分重视，在电石行业准入条件（2007年修订）中明确规定“新建电石生产装置必须采用密闭式电石炉，电石炉气必须综合利用”，“密闭式电石装置的炉气（指CO气体）必须综合利用，正常生产时不允许炉气直排或点火炬”。但由于电

2、石炉尾气成分复杂，净化提纯难度大，国内外目前可供选用的真正成熟可行且实现了工业化生产的技术工艺很少，因而电石炉尾气回收利用率一直很低。截至2008年底，全国电石炉尾气的利用量尚不足15亿m3，利用率不足10。每年因此损失约240万吨标准煤，同时排放约1200万吨二氧化碳和90余万吨粉尘。研究开发经济合理、工艺技术可行的电石炉尾气利用途径，迫在眉睫。项目建设单位简介:为乌海xxxx化工公司,现有17MVA电石炉两座,技改为40MVA全密闭电石炉一座,配套50万t白灰窑一座,2000kw烟气余热发电机组一套。一. 电石炉余热回收利用方案1、余热资源情况电石炉炉型 全密闭电石炉电石炉容量/MVA 4

3、0 MVA烟气发热值 /KJ/N m3 出口烟气温度/ 600-1000烟气含尘量 , /g/Nm3 50-200炉烟气量 /Nm3/h 22000-30000烟气焦油含量/mg/Nm3 150热值（kJ/Nm3）：24002700kcal/ Nm3）2. 密闭电石炉、白灰窑烟气余热综合利用工艺流程. 一台40000KVA密闭电石炉，产电石h,产生电石废气量4666m3/h, , 废气温度600-1000，尾气综合利用一套干法除尘（旋风+布袋）系统组成。废气入口600, 废气出口200。 一台12万t白灰窑,t灰用CO300m3,产白灰h（耗用电石废气4650Nm3）,产生废气10万m3/h,

4、 废气温度350-450，尾气综合利用机组方案由一台10t/h蒸汽锅炉和一套除尘（旋风+布袋）系统组成。废气入口400, 废气出口100。余热回收值: 10000 m3，300-400的废气经过锅炉可产生,1000kg过热蒸汽,发电200kw/h,1kw/h等值于标煤烟气可回收余热量:100000/1000/1000=10t/h（蒸汽）200kw/t=2000kw/h可装机2000kwh/400v. 余热回收产蒸汽10t/h,通过废气贮灌汽源,驱动一套2000kwh/400v汽轮发电机组,运行8000h/年可发电16MW。减排6240Nt。 3. 余热发电投资估算主要投资内容及投资估算如表4所

5、示。品名规格单位数量单价金额/万元备注余热锅炉20t翅管台1360360汽轮发电机2000kwh电液控套1360360用二手60电器控制配电、变压套1100100废气净化200000m3/h套1180180水处理10t套13030管线套15050总控系统套13535安装、运输套1150150土建保温重钢结构6002000120其它辅材80合计1465投资分析（1）年发电量：发电装机容量2000kW，年发电时间8000小时，年发电量16MWh。（2）运行成本：包括人工、机油、维修及配件、消耗件、管理、不可预测等费用，折合单位发电成本为元/kWh。则年运行成本费用为=16万MWh元/kWh=160

6、万元。（3）年发电收益：发电电价按用电电价元/kWh计算，年发电收益=年发电总量发电电价=16MWh元/kWh=880万元。（4）经济效益：年收益=880万元160万元=720万元。（5）技改奖励:300万元（6）投资回收期：（1465-300）720万元=年（约18个月）。二.140m3气烧石灰窑方案一、简述：用电石炉煤气煅烧石灰是行业最可行的技术改造项目。 一来有利环保、二来有非常好经济效益，而且用圆筒的炉型，投资小、见效快。二、2280m3竖炉基本参数和指标 1. 竖炉为直立圆筒型，有效容积280m3。炉体高度，直径9M。 2. 产量 400/日。 3. 燃气消耗电石炉煤气300m3/t

7、.灰。 4. 石灰石粒度40-80mm。 5. 电力总装机容量500kw。三、双筒竖炉主要结构 竖炉主要有炉体、上料斜桥、炉顶装料、出灰机、助燃风机、冷却风机和燃烧器及温度仪表控制及抽烟除尘等几部分组成。炉体外为金属壳，内砌耐火砖。 四、工艺简述 经筛分处理后的合格石灰石原料，由卷杨机拉动料车经斜桥提升至炉顶装入炉内，在炉体中部，园周装有32组燃烧器（高炉煤气使用预混式蜗流燃烧器，焦炉煤气要使用我们研究设计的外混式长火焰烧咀燃烧器和煤气稀释装置。焦炉煤气热值高，火焰短，不配用这两种专用设备是不能用于烧石灰的）将煤气送入炉内并和助燃风混合燃烧，石灰石在自重作用下的下降过程中，与炽热的煤气火焰进行

8、复杂的热交换，并伴随着石灰石的晶粒发育成长过程完成煅烧。再三经冷却带被助燃风冷却，然后由卸灰阀卸出炉外。环保要求严格的要增加抽风机和布袋除尘及平板出灰机等设备。五、主要设备（单台） 1、 卷杨机3t； 2、 上料小车 ； 3、 园盘出灰机（或阀式卸灰器） 1台； 4、 助燃风机9-19 35kw 1台； 5、 冷却风机9-19 35kw 1台； 6、 煤气燃烧器 32套； 7、 电振给料器 1台； 8、 各种管道阀门 1套； 9、 电器仪表控制系统设备 1套； 六、投资概算 包括土建基础，炉体全部设备，带除尘抽风系统的800万左右。七、效益分析 1.气烧石灰没有煤炭能源消耗（用煤烧每吨灰用煤为

9、200公斤-250公斤）所以成本低，而且质量好，无渣又活性好，对电石有非常大的质量作用。根据现在不少企业核算，每吨灰的利润在60-80元，两座炉一年生产万吨灰，一般一年便可收回投资。2.效益估算年产白灰万t64元/t=800万元投资回收期:12个月三.总结建议1.电石尾气煅烧白灰窑;投资800万元,年产白灰万t;效益800-1000万元;所产白灰可满足电石炉所需（9万t/年）。2.白灰窑余热利用发电;投资1465万元,发电16MW/年,效益720万/年;可用于本厂低压侧接入自用。3.两项投资回收期;（8001465）/（800720）=（年）4.并且可以申报节能奖励资金、财政补贴。根椐以上设计

10、分析,本项目社会效益与经济效益十分可观,应尽快决策实施。四.相关参考文献2 密闭电石炉尾气利用途径分析密闭电石炉尾气现有的利用途径可分为两大类：用做燃料或化工原料。 用做尾气余热锅炉热源发电该技术将密闭电石炉的含尘尾气直接引入特别设计的余热锅炉换热，充分利用电石炉尾气的显热、生产蒸汽。同时通过锅炉炉膛、烟道落灰斗重力沉降及特别设计的电除尘器对烟气进行除尘处理，达到电石炉尾气热能利用及干法除尘的双重目的。该技术巧妙地避开了电石炉尾气难以净化的难题，采取先换热后除尘的方案，一台尾气锅炉系统集除尘、供汽、消除有毒有害污染物于一体；电石炉出来的高温炉气经尾气锅炉后。高温电石炉尾气不经冷却直接进入尾气锅

11、炉换热，其炉气显热、得到了最大限度地利用，克服了干、湿法除尘装置需先对炉气进行冷却，易造成物理显热及除尘灰中炭尘燃烧热得不到利用的缺点，是目前较为成功的技术，所产出的过热蒸汽用于发电。 用做石灰窑生产的热源燃料电石属高能耗产品，其生产过程中的石灰烧制、焦炭干燥等都需要大量的热源。采用电石炉尾气做热源燃料，可就近利用电石炉尾气，直接降低电石能耗，国内已有多家企业采用该技术。君正有限公司采用自行开发的尾气干法净化技术，回收的尾气全部用于气烧石灰窑，石灰再用于电石炉生产电石，即节约了资源，又保护了环境，实现了尾气平衡综合利用。此种利用途径的缺点和局限性是：电石炉尾气需先除尘净化，净化过程易产生二次污

12、染；目前，输送工艺、气烧石灰窑工艺本身还存在一些问题；净化后的尾气属高价值燃料，作为普通燃料使用太可惜。3 密闭电石炉尾气利用新途径能源生产和供应形式多样化已经成为必然发展趋势，分布式能源是提高能源有效利用率、保护环境的有效途径，已受到世界各国的高度重视并得到广泛应用。将净化后的电石炉尾气，作为燃气内燃机发电的燃料，具有典型的分布式能源特征，可大可小，附加值高，技术成熟可靠。 余热发电原理电石炉排出的6001000烟气直接进入余热锅炉换热,使烟气温度冷却至250以下排出,进入除尘器除尘,再进入净化装置,净化后的CO气源供给白灰窑使用。 余热发电工艺流程余热锅炉汔轮机发电系统分为三大部分，电石炉

13、尾气预处理系统、发电系统、外部配套系统。具体包括电石炉尾气净化、冷却水循环、发电和输配电、余热利用装置、厂房土建等。其工艺流程如下图：4 结论与建议（1）电石炉尾气作为燃气内燃机燃料，具有显着的分布式能源特征，模块式设计可大可小，投资灵活，技术成熟可靠，能源利用效率高，投资回收期短。主要产品为电，无市场风险。特别适合我国电石生产企业多、分布广的国情。（2）建议有关部门在电石行业准入条件（2007年修订）的基础上，制定相应的鼓励政策，促进电石炉尾气的利用，推进电石行业的节能减排工作。按实际经验生产一公斤石灰约需960kcal热量。但由于各厂的生产设备和工艺条件各不同也有区别。一般来说，烧一吨灰用

14、高炉煤气需1600m3左右，烧焦炉煤气需300m3左右。电石尾气需360m3左右，天然气需120m3左右，发生炉煤气需900m3左右。在气烧炉内煅烧一吨石灰大约需一百万千卡热量。一般所需用不同燃料的数量则按它的最低热值换算： 高炉煤气热值约850千卡故烧1吨石灰约需1200M3左右。 焦炉煤气热值约4000千卡故烧1吨石灰约需250M3 左右。 发生炉煤气热值约1250千卡故烧1吨石灰约需800M3 左右。 天然气热值约8000千卡故烧1吨石灰约需130M3 左右。 表1不同炉型电石炉的烟气工艺参数承建节能环保型双套筒石灰窑（气烧窑）(2009-04-09 09:45:49)转载标签： 石灰窑

15、套筒热耗炉况三台杂谈 分类： 石灰窑双套筒窑采用了窑壳和内套筒的特殊结构，使并流煅烧过程在一个窑体内进行，且占地面积比双膛窑少，生产出来的石灰活性度较高，可达350ml以上，石灰中残余CO2含量小于%，如原料条件好，石灰活性度还可提高，且产品的生烧和过烧现象较少。双套筒窑使用的燃料范围宽，可使用发热值在1100kCal/Nm3以上的低热值煤气，且煤气压力仅为15kPa左右的常规压力。整座窑采用循环气体、高温废气换热等方式循环利用热能，所以产品所需的热耗也较低，是一种节能型的石灰窑。煅烧采用则同时采用了气流的并流和逆流原理，有效地解决了生、过烧问题，提高了石灰的活性。并流煅烧方式的优点是：物料在

16、煅烧带上部开始煅烧时，燃料在此处于正好混合开始燃烧，温度较高，煅烧效率较高，而在煅烧带下部，石灰煅烧过程基本完成，石灰在此处不再需要太多热量，而燃料的燃烧产物也基本将热量传递给了物料，温度降低，因此石灰活性度较高，可在350 ml以上，过、生烧率低于5%。双套筒窑的特点：（1）采用并流加热系统，在物料煅烧尾期，物料与烟气温差小，石灰不会造成生、过烧，且活性度高。采用良好的换热系统，排烟温度低，单位热耗低。（2）双套筒窑具有备工艺先进、烧成石灰品质好、能耗低、负压操作烟尘少、维护费用低和自动化程度高，窑体设备简单，操作方便。且投资少，占地面积小。（3）由于采用烟气回流喷射技术，有较长的并流燃烧带

17、，产出石灰活性度高。热耗较低。利用25500KVA电石炉尾气煅烧石灰的双套筒石灰窑，推荐两种方案。方案一：利用一台电石炉的尾气来建一座日产150吨的石灰窑。一台25500KVA电石炉尾气，在炉况正常的情况下每小时可产生尾气约2300 m3/Nm3，可满足一台日产150吨双套筒石灰窑所需燃料。鉴于电石炉的炉况不稳定，所产生的气量也极不均匀，故每台石灰窑需要再另建一个储气罐，以用来稳定气量和压力。方案二：利用三台电石炉的尾气来建一座日产500吨的石灰窑。三台25500KVA电石炉尾气，在炉况正常的情况下每小时可产生尾气约6900 m3/Nm3，可满足一台日产500吨双套筒石灰窑所需燃料。比较以上两

18、种方案，日产500吨窑相对于日产150吨双套筒窑具有以下优点和不同点：（1）结构紧凑，占地面积少。只是加大了窑的容积，所有设备匀只需一套，控制系统也只需一套。（2）日产150吨窑上、下层烧嘴各采用4个喷嘴，共有4个喷射器，4套出灰装置。而日产500吨窑上、下层烧嘴各采用5个喷嘴，共有5个喷射器，5套出灰装置。（3）日产150吨窑和日产500吨窑均有一套储气罐。日产150吨窑如长时间停电石炉，当储气罐里的气用完时，石灰窑相应地也要停下来，再此开窑时又要重新点火，劳动强度相应加大。而日产500吨窑如有一台电石炉长时间停运时，我们可以只利用另两台电石炉的尾气来煅烧石灰，只是延长了煅烧时间，并不影响石

19、灰的品质。而三台电石炉同时长时间停窑的机率又相当小，从而减少了频繁地开停窑，既节省人力、物力，又能有效的延长石灰窑的使用寿命。（4）在操作人员上，由于两种窑的工艺基本是一样的，故每台窑必须配备相应的操作人员。这样500吨窑的实际操作人员相对于150吨窑就大大减少了，降低了劳动强度。（5）日产150吨窑单位产品热耗4140kJ/kg，500吨窑单位产品热耗3971kJ/kg石灰。150吨窑单位产品电耗2628 kWh/t，500吨窑单位产品电耗2426 kWh/t。从上面的对比可以看出500吨窑的热耗和电耗均低于150吨窑。利用电石尾气及高热值气体煅烧石灰的气烧矩形石灰竖窑电石炉气烧石灰窑曾作为

20、我国八十年代引进技术，由于烟气无法净化，而不能向气烧窑提供洁净的气源，导致气烧窑技术最终失败。近年来，国内有关单位在电石炉气的净化上卓有成效的工作，使得气烧石灰技术的应用成为可能。作者介绍了有关企业在这一领域的最新进展，通过介绍工艺，炉窑特点，同时也指出了存在的问题，结合作者单位的实例工程，提出了气烧矩形石灰竖窑的可行性技术方案。1、窑型：矩形竖窑（以电石厂日产130吨/天成品灰窑型为例）11竖窑外形尺寸：7950598030780mm12窑煅烧带最小内径：60001200mm；预热带最大内径60002210mm;冷却带最大内径60002000mm13窑体有效高度：20280mm（预热带936

21、0mm，煅烧带4680mm，冷却带6240mm）15竖窑基础地面以上高度：4500mm13窑体有效容积：150m32、工艺简介经筛分拣选后的合格料加入提升机料斗内，提升至窑顶受料斗中，经布料器四点加入窑内。物料在竖窑内经预热带、煅烧带、冷却带后，至窑底卸料。燃烧系统用燃料为净化后电石尾气。3、竖窑的结构特点31组成：该竖窑分窑基础部分、窑体砌体部分、窑体钢结构、窑体管道部分、加料出料部分、电气仪表部分。32窑体砌体结构：预热带上部采用粘土砖，下部采用高铝砖，成倒锥台型即上大下小。煅烧带采用高铝砖，墙厚930mm，为矩形断面；分四个外火箱燃烧室，每个净尺寸6000700mm，墙厚735mm，左右

22、对称。火箱外布置36只燃气烧嘴。冷却带上部采用高铝砖，下部采用粘土砖，成锥台型即上小下大。整个窑体结构紧凑，稳定性好。33钢结构：窑体外边用型钢加固，预热带外边用钢板封闭，保证窑体负压操作。34助燃风利用废气余热，热风助燃。35整个窑体设有多处热电偶测温、多处压力显示，保证窑炉正常调试和使用。36入炉原料经筛分，使入炉石灰石的粒度均匀性提高，进一步提高白灰窑的料柱透气性，改善产量和质量。37既可用气烧又可用煤等其它燃料烧。这种气烧矩形石灰竖窑的最大特点在于：利用内部的矩形截面解决了燃高热值燃气造成石灰生、过烧这一难题。原理是在保证产量不变的前提下，把传统的圆形截面窑改变为矩形截面（长6米，宽米

23、），然后在6米的两面采用外加火箱，火焰在火箱内进行混和后，再通过喷火口向石灰窑输热。因为火焰在内焰、外焰等各个区域的温度是不相同的，而利用火箱可使各不相同的温度混为同一温度，这样的操作方式可有效、均匀地把温度控制在9001250之间，是烧活性石灰的理想温度，从而解决了过、生烧问题。由于使用了两边喷火口，热量穿透长度只需，其中心温度则可达1100，属于产活性石灰比较理想的温度，这样就有效地解决了圆型窑中心烧不透的难题。适当增加窑体高度，可使石灰石得到充分预热，节约燃料。预热段采用了倒锥型结构，可使预热更充分、均匀，增加中心透气性，有利于提高石灰的活性。而下部冷却段采用了锥型结构，可有效地使烧好的

24、石灰得到有效地冷却，出料温度在100以下。整个竖向截面基本是一个“哑铃”型结构，有利于物料顺行，延长了预热和冷却时间，适应了白灰导热系数低的特点，减少了炉内气流阻力，从而减轻了气流的“窑壁效应”，使进入竖窑内的石灰石粒度分布合理，保证料柱中心良好的透气性，并可增加窑壁的使用寿命。该种窑型日产量可达130吨以上，利用系数达以上，活性在320 ml以上，生、过烧率5%以下，窑体进口气源温度较低时，燃耗1350kcal/kg以下，进口气源温度在350时，燃耗1150kcal/kg以下。解决了高热值尾气火焰短引起的中心烧不透，边缘过烧的现象。且目前已在电石行业有成功应用的实例。1 气烧冶金石灰窑的成熟

25、技术规格型号100m3140m3150m3210m3产量5570t/d100110t/d120130t/d140150t/d2 石灰生产工艺 化学反应用石灰石在高温下分解成氧化钙和二氧化碳 理论上，分解1t石灰石，需要消耗1777000kJ的热量。石灰石煅烧时实际上所需要的热量比理论值大得多，因为在生产中还有其他方面的热量消耗，例如原料中水分蒸发的耗热量、废气带走的热量、窑壁的热损失以及出窑石灰带走的热量。在实际生产中，煅烧分解1t石灰石需要2311660kJ的热量，生产1t石灰需要4114755kJ的热量。由于工艺、设备的不同，需要的热量也有一定的区别。 原料（石灰石）石灰石是沉积源形成的一

26、种岩石，属碱性岩石，主要成分是碳酸钙、钙镁碳酸盐或者碳酸钙和碳酸镁的混合物。根据不同的密度范围，成型的石灰石分为三个子类：低密度石灰石密度范围17602160kg/m3。中密度石灰石密度范围21602560 kg/m3。高密度石灰石密度大于2560 kg/m3。石灰石具有良好的加工性、磨光性和很好的胶结性能，不溶于水，易溶于饱和硫酸，能和强酸发生反应并形成相应的钙盐，同时放出CO2。石灰石在大气压力下达到900以上就会发生分解反应。 石灰石的杂质因为石灰石（CaCO3）是天然矿物，所以它含有一些不利于煅烧的杂质，它们主要来源于三个方面：1、 原料石灰石所含有害物：SiO2、Al2O3、Fe2O

27、3、Na2O、K2O、P、S等。2、 石灰石以泥土、砂粒形态粘附的的有害物：SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、P、S等。3、 燃料所含有害物：SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、P、S等。这些杂质的多少直接影响煅烧石灰的产量和质量，所以选择优质的石灰石是比较关键的。 石灰石的粒度在石灰石煅烧过程中，原料石灰石粒度对产量的影响是非常大的，由于CO2的分离是石灰石表面向内部慢慢进行的，所以大粒径石灰石比小粒径的煅烧要困难，需用的时间也长。通过科学试验分析，在一定温度下煅烧时间与石灰石厚度的平方成正比。实践证明，竖炉选用4080mm粒度的石灰石效果最为理想。 石灰石

28、的选择含钙高的石灰石密度大，不好烧，但煅烧后的石灰灰质好；含钙低的石灰石密度小，好烧，但煅烧后的灰质差。石灰石含钙量及其他物质含量利用化学分析测试、磨损实验及煅烧实验等得到准确结果后，经慎重判断选择使用。优质石灰石一般CaO含量在52%以上，MgO含量在3%以内，SiO2在1%以内。 燃料石灰石煅烧燃料有很多种。其中有固体的，液体的，气体的等等。固体状燃料主要是煤、焦炭及其加工品。煤是重要的能源和化工原料，它的种类繁多。石灰石煅烧用煤选用发热量高、低硫的为最佳。但使用煤作燃料成本高、污染大。液体燃料为石油及其加工品，大多通过喷雾装置雾化，扩散燃烧。但也因生产成本过高污染大一般不使用。气体燃料有

29、很多种，如：炼焦制的煤气，发生炉制的煤气，天然气，高炉煤气，转炉煤气等。气体燃料有利于提高热效、节约能源。气体燃料与燃煤相比可提高热效2倍，较燃油提高1倍；而且气体燃料有利于保护大气环境减少CO2和SO2排放量。气体燃料其中最为理想的是高炉和焦炉煤气，但焦炉煤气热值过高，且必须脱焦油，所以不容易控制使用。 高炉煤气高压鼓风机（罗茨风机）鼓风，并且通过热风炉加热后进入了高炉，这种热风和焦炭助燃，产生的是二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙热的焦炭产生一氧化碳，一氧化碳在上升的过程中，还原了铁矿石中的铁元素，使之成为生铁，这就是炼铁的化学过程。铁水在炉底暂时存留，定时放出用于直接炼钢或铸锭。这时候在

30、高炉的炉气中，还有大量的过剩的一氧化碳，这种混和气体，就是“高炉煤气”。这种含有可燃一氧化碳的气体，是一种低热值的气体燃料，它的热值一般只有3140-3560kJ/m3，可以用于冶金企业的自用燃气，如加热热轧的钢锭、预热钢水包等等。高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为：CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%左右。高炉煤气的成分和热值与高炉所用的燃料、所炼生铁的品种及冶炼工艺有关。从高炉引出的煤气含有大量的灰尘，在输送和使用过程中，这些灰尘会堵塞煤气管道和设备。因此必须除尘处理后才能输送和使用。一般钢厂大多采用重力除尘器和布袋除尘。高炉煤气的着火点并不高，似乎不存在着火的障碍，但在实际燃烧过程中，受各种因素的影响，混合气体的温度必须远大于着火点，才能确保燃烧的稳定性。 煅烧石灰石煅烧成石灰的主要件是必要的热量，无论传统的土窑还是现代的机械化窑都是这个原理，只是窑型不同，燃料不同而已。现在的气烧窑同样是在这个原理下发展起来的。传统的石灰窑主要是以固体燃料（煤、焦炭）为主，现在虽着能源的紧张和环境保护意识的加强气烧窑越来越受到青睐。相比较传统的煤烧窑，气烧窑具有以下优点：1、 设备投资少固体燃料窑使用按比例混合的石灰石和燃料作为原料，其计量系统、布料系统较复杂，投资较大，生产成本较高。气