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)
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。
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)。
(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。
(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)。
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。
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。
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)。
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。
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。
其他(略)
原材料適應(yīng)性:焦炭0%~50%+蘭炭50%~100%
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
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。
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。
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。
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