10萬t/a密閉式電石爐及爐氣干法凈化裝置簡介

孔祥武，劉 華，杜如鐵，李義新

（1.中國天辰工程有限公司，天津300000；2.中鋼集團(tuán)吉林機(jī)電設(shè)備有限公司，吉林 吉林 132021；3.金泥集團(tuán)，甘肅 金昌 737109；4.威達(dá)環(huán)境保護(hù)設(shè)備有限公司，安徽 合肥 230041）

10萬t/a密閉式電石爐及爐氣干法凈化裝置簡介

孔祥武1，劉 華2，杜如鐵3，李義新4

（1.中國天辰工程有限公司，天津300000；2.中鋼集團(tuán)吉林機(jī)電設(shè)備有限公司，吉林 吉林 132021；3.金泥集團(tuán)，甘肅 金昌 737109；4.威達(dá)環(huán)境保護(hù)設(shè)備有限公司，安徽 合肥 230041）

介紹了天辰工程有限公司等單位聯(lián)合開發(fā)的10萬t/a密閉式電石爐凈化裝置的特點(diǎn)及參數(shù)。

密閉式；電石爐；爐氣干法凈化裝置；特點(diǎn)；參數(shù)

1 開發(fā)背景

2006年底甘肅省金昌市金泥集團(tuán)籌建了年產(chǎn)20萬t電石項(xiàng)目，2007年1月通過可行性研究并立項(xiàng)，當(dāng)時(shí)采用中國天辰工程公司設(shè)計(jì)的9 000 kVA×3密閉式電石爐4臺(tái)套。但是，在2007~2010年間，由于資金籌集、選址等原因，一直拖延到2010年11月才得以正式啟動(dòng)。

當(dāng)項(xiàng)目重新啟動(dòng)時(shí)，金泥集團(tuán)慎重研究分析了2010年底電石行業(yè)的形勢認(rèn)為和可行性研究時(shí)期相比已經(jīng)發(fā)生了很大變化。（1）全國電石行業(yè)呈現(xiàn)項(xiàng)目規(guī)模大型化，一次建設(shè)45萬t/a、60萬t/a的電石工廠已經(jīng)有十幾家，籌建百萬噸級(jí)的電石企業(yè)也有10家以上；（2）在電石行業(yè)中，呈現(xiàn)追求單臺(tái)電石爐進(jìn)一步大型化的趨勢，單臺(tái) 10000kVA×3、11 000 kVA×3、13 500 kVA×3、15 000 kVA×3 的電石爐相繼涌現(xiàn)，與此同時(shí)，自德國SMG公司引進(jìn)27 000 kVA×3（單臺(tái)12萬t/a）10臺(tái)，自加拿大HAISHI和美國電石公司引進(jìn)年產(chǎn) 20萬t電石爐 8臺(tái)；（3）由于爐氣干法凈化技術(shù)成熟、爐氣后處理技術(shù)成熟和普遍采用，天辰公司電石爐氣后處理技術(shù)的開發(fā)成功，使得爐氣進(jìn)一步凈化、集中貯存、形成了組分、流量穩(wěn)定的氣源，使得氣燒石灰窯被普遍采用，為電石爐氣作為化工原料開拓了市場；（4）就10 000 kVA×3這一檔密閉式電石爐以及成套技術(shù)來說，中國電石行業(yè)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。另外，如果將我國電石生產(chǎn)的原材料如炭素材料、石灰石品質(zhì)遠(yuǎn)不如國外原材料等情況加入進(jìn)行評價(jià)的話，我國10 000 kVA×3這一檔密閉式電石爐以及成套技術(shù)已超過世界水平；（5）國家對節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求更加嚴(yán)格，國家工信部和中國電石協(xié)會(huì)提出的研發(fā)和推廣大型密閉式電石爐成套技術(shù)的規(guī)劃中指出：“加快推廣大型密閉式電石爐，提高尾氣等資源的綜合利用水平”。

鑒于天辰公司具有一支穩(wěn)定的、長期從事電石生產(chǎn)設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)和一批專業(yè)配套的經(jīng)驗(yàn)比較豐富的專家以及具有完善的質(zhì)量管理體系，金泥集團(tuán)決定項(xiàng)目規(guī)模改為4臺(tái)電石爐，單臺(tái)能力開發(fā)國產(chǎn)化最大電石爐，邀請以天辰公司為首有關(guān)單位參加，開發(fā)大型密閉式電石爐以及爐氣干法凈化等相應(yīng)配套裝置。

天辰公司承接開發(fā)大型電石爐及爐氣干法凈化相應(yīng)配套技術(shù)的任務(wù)，原因是：對本公司能力的自信；通過對國外電石行業(yè)的考察、交流增加了開發(fā)國產(chǎn)化大型密閉式電石爐的信心，中國電石行業(yè)的設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)、管理水平已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，僅在單臺(tái)電石爐能力方面尚有差距；特別是中國電石生產(chǎn)操作水平相當(dāng)高，在中國電石原材料及其管理比較粗放的國情下造就了大批開車經(jīng)驗(yàn)豐富的專家；正值國家提出鼓勵(lì)開發(fā)大型密閉式電石爐政策出臺(tái)之時(shí)，可謂時(shí)機(jī)成熟；中國已經(jīng)能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的滿足大型密閉式電石爐生產(chǎn)要求的電極糊；對合作單位的信賴。

2 項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)組織和開發(fā)安排

2.1 項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)組織

項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)組織由中國天辰工程有限公司牽頭，中鋼吉電為合作伙伴，共同開發(fā)大型電石爐；選擇安徽威達(dá)環(huán)保設(shè)備公司為爐氣凈化技術(shù)的合作伙伴，共同開發(fā)大型電石爐爐氣干法凈化技術(shù)。

2.2 項(xiàng)目的開發(fā)過程安排

2.2.1 初步確定項(xiàng)目目標(biāo)

（1）單臺(tái)大型密閉式電石爐規(guī)模

電石爐生產(chǎn)能力（單臺(tái)年產(chǎn)電石）：

設(shè)計(jì)值：9 萬t；

期望值：10 萬t；

年運(yùn)行時(shí)間：8 000 h。

（2）配套爐氣干法凈化裝置規(guī)模

爐氣干法凈化裝置爐氣處理能力；

按照電石爐年產(chǎn)9萬t和10萬t配套設(shè)計(jì)；

爐氣凈化后灰塵含量：小于30 mg/m3；

要求在工況內(nèi)正常運(yùn)行。

（3）項(xiàng)目周期

項(xiàng)目啟動(dòng)：2010年11月；

項(xiàng)目投產(chǎn)：2012年6月；

項(xiàng)目評估：2012年11月。

2.2.2 項(xiàng)目的過程安排

（1）天辰公司發(fā)表初步電石爐參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)方案（0版）；天辰公司發(fā)表初步新的干法爐氣凈化工藝方法和主要流程 （0版）；電石爐變壓器參數(shù)。2010年11月。

（2）天辰公司、金泥集團(tuán)、中鋼吉電、威達(dá)公司聯(lián)合討論，論證、修正、確定初步的電石爐參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)方案（1版）、新的干法爐氣凈化工藝方法和主要流程（1版）。2010年12月。

（3）中鋼吉電、威達(dá)公司提出初步的電石爐總圖、平、立面布置圖（0版）。初步的爐氣凈化工藝流程圖、主要設(shè)備參數(shù)、結(jié)構(gòu)和平、立面布置圖（0版）。2011年1月。

（4）天辰公司、金泥集團(tuán)、中鋼吉電、威達(dá)公司聯(lián)合討論，論證、修正、確定初步的電石爐總圖、平、立面布置圖（1版）。初步的爐氣凈化工藝流程圖、主要設(shè)備參數(shù)、結(jié)構(gòu)和平、立面布置圖（0版）。2011年1月。

（5）中鋼吉電、威達(dá)公司提出施工圖條件圖，天辰公司進(jìn)行廠房初步參數(shù)和布置設(shè)計(jì)。2011年2月。

（6）天辰公司、金泥集團(tuán)、中鋼吉電、威達(dá)公司聯(lián)合論證、修正、確定初步的廠房參數(shù)和布置設(shè)計(jì)方案（2 版）。

（7）天辰公司提出電極殼制造方案。

（8）天辰公司和威達(dá)公司提出爐氣凈化非標(biāo)設(shè)備（引流管）的方案圖。

（9）天辰公司進(jìn)行工藝、管道、設(shè)備、安裝、土建和公用工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣、儀表、電訊、通風(fēng)除塵等設(shè)計(jì)。

（10）天辰公司、金泥集團(tuán)、中鋼吉電、威達(dá)公司聯(lián)合論證、修正、確定初步的廠房參數(shù)和布置設(shè)計(jì)方案（2 版）。

（11）進(jìn)入正常詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。

變壓器已經(jīng)招標(biāo)（2011年3月）；電石爐已經(jīng)制造；爐氣凈化裝置已經(jīng)制造；電石爐廠房已經(jīng)施工（2011年 4月）。

2.3 設(shè)計(jì)規(guī)模的變更

鑒于前述大型密閉式電石爐及爐氣干法凈化裝置開發(fā)進(jìn)展順利，金泥集團(tuán)對于項(xiàng)目的前景進(jìn)一步增強(qiáng)了信心。本次設(shè)計(jì)完全按照期望值10萬t/a進(jìn)行全廠配套設(shè)計(jì)，作為項(xiàng)目工程能力可以取定為整數(shù)。因此，金泥集團(tuán)提出將單臺(tái)電石爐能力改為公稱10萬t/a，金昌電石項(xiàng)目規(guī)模更改為年產(chǎn)40萬t電石。

3 金昌40萬t/a電石項(xiàng)目全廠主要技術(shù)方案簡述

按照金泥集團(tuán)要求，項(xiàng)目設(shè)計(jì)中主要技術(shù)方案如下：

（1）原材料儲(chǔ)場：炭材：機(jī)械化儲(chǔ)場，干料庫棚和露天儲(chǔ)場相結(jié)合；

石灰石：大型機(jī)械化圓庫+堆取料機(jī)。

（2）炭材干燥：金泥集團(tuán)選擇在豎式干燥窯方面有經(jīng)驗(yàn)的供貨商，以電石生產(chǎn)原材料共同進(jìn)行試驗(yàn)，最終采用豎式干燥窯；

熱風(fēng)爐型：以篩下物粉焦為主燃料，以余下電石爐氣為輔助燃料。

（3）石灰生產(chǎn)：初步選擇采用雙套筒或雙蓄熱式石灰窯，以凈化后電石爐氣為燃料，同時(shí)考慮以煤粉為開車和輔助燃料。

（4）電石爐：年產(chǎn)10萬t密閉式電石爐，土建、電氣預(yù)留空心電極。

（5）電石出爐：燒穿器和半機(jī)械化燒、堵爐眼機(jī)。

（6）爐氣凈化：干法爐氣凈化（正壓）。

（7）爐氣后處理：水洗，進(jìn)一步除塵、除焦油。

（8）氣柜：干式氣柜。

（9）電石出爐煙氣除塵：3個(gè)出路口連鎖控制。

（10）全廠自動(dòng)控制：電石爐包括配料、下料、壓放、升降、爐壓控制、凈化系統(tǒng)以及全廠原材料加工、送、變、配電、電視監(jiān)視、生產(chǎn)管理全部集中在生產(chǎn)控制室實(shí)現(xiàn)集中控制。

4 單臺(tái)年產(chǎn)10萬t大型密閉式電石爐及爐氣干法凈化裝置主要技術(shù)方案簡介

4.1 電石爐主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

4.1.1 主要參數(shù)

電石爐產(chǎn)量：9萬t/a（保證值），期望值為10萬t/a；

操作時(shí)間：8 000 h；

電爐入爐功率：38 MW；

電爐變壓器：18 000 kVA×3；

電極直徑：?1 550 mm；

極心圓直徑：?4 100 mm；

爐體高度：5 400 mm；

爐體內(nèi)徑：?11 000 mm；

爐膛深度：3 600 mm；

爐膛內(nèi)徑：?9 800 mm；

爐蓋高度：1 400 mm；

空心電極：預(yù)留；

其他：（略）。

4.1.2 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

上料和配料：料斗式計(jì)量、配料；

爐頂加料形式：環(huán)形加料機(jī)；

電極柱形式：波紋管壓力環(huán)式，本電石爐采用麥迪克斯的波紋管壓力環(huán)式電極柱；

變壓器：正三角形布置；

短網(wǎng)形式：盡可能縮短，同時(shí)配合其他節(jié)能措施；

變壓器補(bǔ)償：補(bǔ)償設(shè)計(jì)預(yù)測值；

爐蓋形式：多邊錐形大開孔；

電極柱和爐蓋冷卻形式：密閉式循環(huán)水；

出爐嘴個(gè)數(shù)：3個(gè)；

爐襯形式：整體爐襯；

出爐系統(tǒng) 常規(guī)燒穿器+半機(jī)械化燒、堵爐眼機(jī)；

爐底風(fēng)機(jī)：強(qiáng)制送風(fēng)；

出爐排煙：3個(gè)出路口連鎖控制。

4.2 爐氣凈化主要特點(diǎn)

高溫電石爐氣經(jīng)過上升管去爐氣凈化，經(jīng)過水冷夾套煙囪—爐氣引射器—空氣冷卻器—爐氣熱交換器—袋式除塵器，凈化程度達(dá)到30 μg/m3后，送爐氣后出爐工序，經(jīng)過進(jìn)一步水洗、降溫、除塵、除焦油，使灰塵少于10 μg/m3進(jìn)入氣柜。除下來的粉塵經(jīng)過加濕、混合進(jìn)入粉塵貯倉，準(zhǔn)備外運(yùn)。

本流程采用正壓方法，以凈化后的電石爐氣反流到爐氣引射器，使得引射器后除塵系統(tǒng)一直在微正壓下運(yùn)行。其作用為避免后續(xù)系統(tǒng)負(fù)壓，減少密封不嚴(yán)，造成空氣進(jìn)入和引發(fā)著火狀況。其突出作用是，基本使電石爐保持在微正壓和微負(fù)壓狀態(tài)下操作。電石爐內(nèi)壓力不受后續(xù)爐氣凈化系統(tǒng)的干擾，不受后面爐氣風(fēng)機(jī)系統(tǒng)引風(fēng)的影響，保證主體裝置電石爐的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電石爐穩(wěn)定和提高作業(yè)率。引流管的設(shè)計(jì)和凈化系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)是十分重要的。

5 項(xiàng)目效果預(yù)測

5.1 原材料一般條件

5.1.1 石灰石中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

5.1.2 炭素（焦炭或蘭炭）中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

其他（略）

原材料適應(yīng)性：焦炭0%~50%+蘭炭50%~100%

5.1.3 裝置年操作時(shí)間：8 000 h

5.2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

電石成品質(zhì)量（執(zhí)行GB10665-2004標(biāo)準(zhǔn)）

指標(biāo)優(yōu)等品 一等品 合格品發(fā)氣量（20℃，101.3 kPa）/（L·kg-1） ≥300 ≥280 ≥260乙炔中磷化氫的體積分?jǐn)?shù)/% ≤0.06 ≤0.08乙炔中硫化氫的體積分?jǐn)?shù)/% ≤0.1粒度（5~80 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/% ≥85篩下物（2.5mm以下的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/% ≤5項(xiàng)目

5.3 主要預(yù)期指標(biāo)

5.3.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

操作時(shí)間：8 000 h；

小時(shí)產(chǎn)量：11.25 t；

年產(chǎn)量：90 000 t；

電耗：3 250 kW·h/t。

5.3.2 期望值指標(biāo)

操作時(shí)間：8 000 h；

小時(shí)產(chǎn)量：12.5 t；

年產(chǎn)量：100 000 t；

電耗：3 150 kW·h/t。

6 電極柱簡介

6.1 選擇波紋管壓力環(huán)形式的主要理由

在電極柱把持器設(shè)計(jì)方面，存在一個(gè)難于解決的問題，其中，一方面體現(xiàn)在液壓技術(shù)方面，即保證多片導(dǎo)電銅瓦壓力平衡，使每片銅瓦對于電極殼的壓力，也就是對于電極的把持力平衡。另一方面，導(dǎo)電銅瓦可以加工得非常規(guī)整，但是，電極殼是薄板制造的大直徑工件，剛性很差，保證外表面的形位公差和外表面光潔度，保證在電石爐上良好的續(xù)接電極殼及保證續(xù)接后焊口均勻、焊透、光滑非常重要，它關(guān)系到電極殼和導(dǎo)電銅瓦的緊密貼合，而貼合率是直接關(guān)系電石爐能力的重要問題。正是這樣，當(dāng)年挪威LEKEM公司推出了組合式把持器技術(shù)，中國1986年引進(jìn)，并廣泛推廣使用。 目前，液壓技術(shù)迅速發(fā)展，對于多片導(dǎo)電銅瓦分配壓力使其平衡的問題早已解決，天辰公司已經(jīng)解決了高精度電極殼的制造和續(xù)接電極殼問題。采用波紋管壓力環(huán)形式安全可靠，同時(shí)由于電極殼和導(dǎo)電銅瓦之間貼合率的提高，可以提高電石爐有效功率。

6.2 麥迪克斯波紋管壓力環(huán)形式的電極柱

本電石爐電極柱系統(tǒng)主體設(shè)備主要采用南非邁提克斯公司的專利設(shè)備，包括銅瓦、壓力環(huán)、波紋管、保護(hù)屏和壓放裝置。設(shè)備組成及技術(shù)規(guī)格如下：

（1）銅瓦采用鍛造模壓結(jié)構(gòu)，材料采用高導(dǎo)電銅，導(dǎo)電率為98%以上，整體數(shù)控機(jī)床加工，精度高，互換性好；

（2）壓力環(huán)采用銅銀合金，底部密封采用陶瓷/碳化硅密封的分段彈性材料，每段材料背后有單獨(dú)的彈簧，保證了良好的密封，確保電石爐操作的安全。可以使壓力環(huán)的使用壽命提高到15～20年，提高了設(shè)備的作業(yè)率，降低了運(yùn)行成本。

（3）波紋管采用不銹鋼304/316，結(jié)構(gòu)采用分體式，內(nèi)部通水，直徑很大，普通的冷卻水足以提供足夠的抱緊力。解決了波紋管與銅瓦接觸處漏油的難題，還起到冷卻的作用。

（4）保護(hù)屏采用鍛造模壓結(jié)構(gòu)，電渦流損耗極小，同時(shí)，電極電抗比不銹鋼結(jié)構(gòu)要小。導(dǎo)電率為95%以上。整體數(shù)控機(jī)床加工，互換性好，熱傳導(dǎo)性好，熱變形小，使用壽命長。

電極柱下端（保護(hù)屏）與爐蓋間雙層密封裝置，設(shè)計(jì)合理，絕緣及密封效果極佳。

設(shè)備保證了高導(dǎo)電率、高換熱效率、良好的密封，并且維修極為方便，采用重錘和特殊夾具安裝方式，壓力環(huán)檢修時(shí)間只需2 min左右。從停爐到重新開爐，從隔熱保護(hù)屏拆卸，內(nèi)部管路維修至裝配連接完成，僅需30 min。

（5）電極壓放裝置抱緊電極，利用高強(qiáng)度彈簧，通過鋼絲繩將力均勻加給電極周圍，鋼絲繩通過滾動(dòng)軸，不會(huì)產(chǎn)生磨損，電極壓放松開時(shí),利用1個(gè)液壓缸將彈簧壓緊，松開電極。3條鋼絲繩中的每一條都足以抱緊電極，互為保險(xiǎn)裝置。壓放裝置內(nèi)部裝有防滑材料，相當(dāng)于汽車剎車閘皮，高強(qiáng)度耐磨，壽命長，運(yùn)行可靠，保證電極下放可靠，杜絕電極下滑事故。閘瓦結(jié)構(gòu)采用曲線型接口形式，避免閘瓦接口與電極殼接口重合而造成的電極殼焊口開裂的現(xiàn)象。閘瓦掛到壓放裝置上，松開時(shí)，及時(shí)同壓放裝置一起離開電極。電極壓放裝置的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使抱緊力均勻加到電極上。閘瓦曲線型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免閘瓦接口與電極殼接口重合而造成的電極焊口開裂的事故發(fā)生。

Brief introduction of 100 kt/a closed calcium carbide furnace and furnace gas dry type purification plant

KONG Xiang-wu,LIU Hua,DU Ru-tie,LI Yi-xin
(1.China Tianchen Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300000,China;2.Sinosteel Jilin Electro-mechanical Equipment Co.,Ltd.,Jilin 132021,China;3.Jinni Group,Jinchang 737109,China;4.Weida Environment protection equipment Co.,Ltd.,Hefei 230041,China)

The characteristics and parameters of 100 kt/a closed calcium furnace purfication plant were introduced.

closed;calcium carbide furnace;furnace gas dry type purification plant;characteristics;parameters

TQ161

B

1009－1785(2011)10-0012-04

2011-09-23