浅析电石炉尾气气体在线分析系统现场应用

    前言：电石(CaC2)是基本的有机化工原料，曾被誉为有机合成之母。由它制得的乙炔气可代替石油制品生产醋酸、醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙炔炭墨等一系列数千种有机产品的气体原料。电石化工作为煤化工的一个分支，一方面是具有生命力的产业，另一方面又是高耗能、高污染的产业。电石生产中，电石炉排放的烟气是*大的污染源。为了加强环境保护治理和实现能源回收利用、降低生产成本、提高企业和社会效益，按照国家发改委2007 年70 号文件《电石行业准入条件》（2007 年修订）的意见。新建电石炉必须符合以下4个要求：（1）建设大型密闭式电石炉；（2）单台炉容量25000KVA 以上；（3）初始总容量100000KVA；（4）电石炉气必须综合利用。电石炉气的净化和利用在国内外都是难题，要充分、安全、有效地利用电石炉气，就必须对电石炉尾气进行有效的监测。电石炉尾气分析方法主要有三种：手工（奥氏气体仪）分析、色谱仪分析、在线分析。本文仅就密闭式电石炉气的在线监测进行简要分析，对电石炉尾气分析系统的设计进行简要介绍。希望能抛砖引玉，从而实现在新建电石炉和老的电石炉改造后的尾气得到充分利用，进而实现环境保护、劳动保护以及实现能源回收利用、降低生产成本、提高企业和社会经济效益。

1. 炉气的特性

生产过程中的密闭电石炉内,通电后生成产品的主要反应式如(1)所示：

CaO+3C=CaC2+CO

（1）

1.1 炉气量：400Nm3/t电石；

1.2 温度：正常400--800℃，（瞬时）1000℃。

1.3 炉气的组分（一般）

1.4 粉尘含量及组分

粉尘含量：50-150 g/ Nm3

2. 炉气的特点

密闭电石炉尾气有以下特点：

(1)电石炉尾气出炉温度高且不稳定；

(2) 炉气量波动而不平稳，尾气中一氧化碳浓度高，约含74—85％，且温度高，属于易燃易爆的气体；

(3)尾气粉尘含量大且粒径小，5～10μm的约占粉尘40％，大于40μm的不足11％，高达150g／Nm3的烟尘使得尾气的回收很不利;

(4)尾气有一定的热值约2300—2600 Kcal／Nm3；

(5)尾气中含有微量的焦油，析出后和粉尘粘连，给低温除尘带来不便。

3. 密闭电石炉尾气分析系统

一般分析系统从结构上可分为三大部分，即取样系统，预处理系统，分析系统。根据炉气的以上特点，我们经过多年经验积累，将该分析系统从功能上划分为如图1所示的几部分，据此设计制造的成套系统，在新建大型密闭电石炉（5万t）以及老的电石炉改造的应用中都取得了很好的运用效果。

以下简要介绍该分析系统的设计。

3.1 取样点的选取

取样点的选取应该满足以下要求：能真实、及时地反映用户所关注的炉况参数；取样的点温度、压力、流量比较稳定；粉尘、焦油量尽可能小。如果取样点选取不当将给后续系统带来额外负担，甚至不能真实地反映出需要的炉况参数。

3.2 取样系统的设计

取样系统是整个分析系统的*道关口，它是否成功，将直接导致整个分析系统的成败。电石炉尾气取样点的温度大约在200-300℃，相对压力为微正压到微负压之间，由于炉气的特殊性，取样系统必须具有对样品组分进行初步的物理分离，将采样探头周围的固体颗粒从气态流体中分离出去，因此取样系统不仅要有探针（取样管），还要有过滤系统、探头清扫系统等，此外，还应具有便于维护的结构。我们自主研发的取样探头能将大于0.3 μ 粉尘m的99%滤出。采用专利取样探头，再配以程控自动吹扫装置，即可担此重任。

3.3 预处理系统的设计

预处理系统主要完成从取样系统输送过来的气样进行安全、及时、有效地处理，以满足仪器分析系统的使用条件。首先传输管路的设计必须满足空气动力学的要求，使样气流路畅通无阻；接下来是将样气进行除尘、除焦油、调压、除水、稳流等一系列连惯处理。使处理后的样品气干燥、清洁，以便进入仪器分析系统中的关键组分得以准确分析。从而为电石的生产安全以及炉气的有效利用提供科学的依据。

除尘系统包括过滤、清扫、再过滤等，防止管路阻塞；脱焦除油系统包括控温、洗出、吸附等，有利于管路畅通，保护分析设备；除水系统包括汽水分离、冷凝、雾捕集、气水分离、干燥过滤等，保护分析仪，保证测试准确；压力调整系统包括泵、调节阀、快速回路等，以保证仪器正常工作条件。可编程控制（PLC）系统，主要包括PLC、程序软件、执行机构、人机界面等，主要用于对取样预处理系统实现自动控制，出现异常情况时报警。

3.4 仪器分析系统

本系统包括流量调节装置、防异常进水装置、校准装置、分析仪器等。其中防异常进水装置采用山东新泽仪器有限公司具有专利权的阻液器，在工艺出现异常情况下，确保分析仪器不会因为进水而损坏仪器。分析仪器是根据电石生产工艺以及尾气用途进行配置的。一般密闭电石炉尾气中的O2、H2、CO等气体属于必测项目。其中O2和H2的含量是安全指标，CO是尾气利用核心。对于O2的测定，可选择O6F、S1000等；对于H2的测定，可选择S3000 ；对于CO的测定，可选择S2000等。对需要测定CH4、CO2的场所，可选择SIC-100型分析仪。

4. 电石炉尾气成套分析系统的应用

山东新泽仪器有限公司制造的电石炉尾气分析系统，功能框图的基础上，根据不同用户的工况及要求还会进行有针对性地设计。

    总之，密闭式电石炉适用于大容量炉型，炉气从炉内引出后可实现综合利用，既降低了冶炼能耗，又减少了能源的巨大浪费，同时大幅度减少了烟气直接排放，有利于环境保护。符合国家有关产业政策，必将得到较快发展。同时，对其尾气在线分析系统也会有越来越高的要求。因此，电石炉尾气分析系统在先进性、适用性、可靠性、稳定性、安全性等方面应提出更高的要求。

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