淺談工廠設(shè)計(jì)及新技術(shù)在組合式把持器電石爐上的應(yīng)用

趙永遠(yuǎn) 辛紹兵

組合式把持器電石爐自90年代從挪威?？瞎疽M(jìn)以來(lái)，在中國(guó)經(jīng)過(guò)多年的消化吸收，結(jié)合國(guó)內(nèi)的原材料質(zhì)量、人員操作水平、設(shè)備制造能力、土建設(shè)計(jì)及施工水平，業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行了多方探索和改進(jìn)，克服了原來(lái)設(shè)計(jì)中存在的諸多問(wèn)題，如電極裸露部分過(guò)多，電耗較高，三個(gè)變壓器非等邊三角形排布，使用過(guò)程中因電流分布不均而使角區(qū)電流密度大，易燒壞導(dǎo)電筋板等，逐漸成為密閉電石爐的主流工藝趨勢(shì)，工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備制造已完全國(guó)產(chǎn)化，而且呈現(xiàn)爐型大型化、節(jié)能化的趨勢(shì)。但是，由于行業(yè)還沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如何在設(shè)計(jì)初期優(yōu)化工藝參數(shù)，將生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題解決掉就成為項(xiàng)目建設(shè)單位和設(shè)計(jì)人員需要優(yōu)先慎重全面考慮的事情。本人結(jié)合在密閉電石爐從事技術(shù)及生產(chǎn)管理工作多年的經(jīng)驗(yàn)，在我公司新建30萬(wàn)噸/年密閉電石綜合利用示范項(xiàng)目中，進(jìn)行了一些的探索和改進(jìn)，與行業(yè)人士進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，主要的做法如下：

1、在工廠總體設(shè)計(jì)中和總圖布置上進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)生產(chǎn)工序的排列上，首先要考慮縮短物流路線，優(yōu)化設(shè)備及工藝布置；其次要考慮功能區(qū)劃分明，便于環(huán)境治理；第三要考慮原料和成品的貨運(yùn)物流暢通有序，廠區(qū)的環(huán)形道路要互連互通，減少貨運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)；第四，由于電石生產(chǎn)具有高溫、粉塵相對(duì)較大、崗位隨時(shí)不能離人的特點(diǎn)，在使用功能上要多為生產(chǎn)人員進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)考慮，如多設(shè)置送飯點(diǎn)、合理的盡可能多的設(shè)置廁所、消防、綠化、降噪設(shè)施、寬敞的操作間和行走通道等。在生活設(shè)施上舍得投入，才能在投運(yùn)后穩(wěn)定人心，方便生產(chǎn)和生活。第五，在污染治理上要舍得投入。在對(duì)設(shè)備及運(yùn)輸通廊進(jìn)行全面密封情況下，合理布置除塵設(shè)施，精心計(jì)算各揚(yáng)塵點(diǎn)所需風(fēng)量、風(fēng)壓；根據(jù)不同的使用溫度、介質(zhì)，選用合理的過(guò)濾風(fēng)速和布袋材質(zhì)。

2、優(yōu)化工藝參數(shù)。通過(guò)參觀學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠家的裝置，結(jié)合各家的設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際使用效果，進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化，確定合適的電極直徑、極心圓直徑、爐體及爐蓋高度、加料管個(gè)數(shù)及分布、加料管深入爐內(nèi)長(zhǎng)度、變壓器的合理參數(shù)。

挪威埃肯的爐型參數(shù)在使用中發(fā)現(xiàn)：存在電極直徑設(shè)計(jì)較大，相應(yīng)的極心圓直徑也大，爐膛深度深，爐蓋高度低等問(wèn)題以及對(duì)使用原料要求高，適合于精料。我們結(jié)合德馬克爐型的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，適當(dāng)調(diào)小電極直徑、增加爐蓋高度，使其適應(yīng)國(guó)內(nèi)原料和操作習(xí)慣。

使用中還存在：爐膛中心布料不足，布料器長(zhǎng)度短，不利于降低爐內(nèi)溫度。我們將布料器加長(zhǎng)200mm，數(shù)量由12根增加到15根，使中心布料更加均勻，有利于減少弧光和輻射熱，降低料面溫度。

使用中還發(fā)現(xiàn)：?？蠣t型由于三個(gè)變壓器分布距離不等，短網(wǎng)長(zhǎng)度不同，因集膚效應(yīng)和中心部位散熱不良導(dǎo)致角區(qū)和外圍短網(wǎng)上的電流分布不平衡，經(jīng)測(cè)試相差達(dá)30%左右，如操作中存在三相電極擺放不合適時(shí)差異更大。這樣極易導(dǎo)致角區(qū)的接觸元件因電流過(guò)大燒毀筋板甚至電極殼的事故，需要停爐檢修，重新安裝接觸元件，嚴(yán)重時(shí)或者電極長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)則需要炸掉電極，重新焙燒電極。為解決此問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)布置變壓器位置使其呈等邊三角形均布，同時(shí)，將傳統(tǒng)的12組元件改成16組，降低了每組元件上流過(guò)的電流，并應(yīng)用跳相技術(shù)改變導(dǎo)電銅管布置方式，使角區(qū)和外圍的電流在理論上均勻化。另外，?？蠣t型的電流電壓比值小，在原料質(zhì)量較好的情況下，電極能深入料層內(nèi)，裸露部分就少，電爐電耗就會(huì)下降；而國(guó)內(nèi)普遍的原料質(zhì)量達(dá)不到此爐型的要求，這樣電極就很難深入料層內(nèi)，裸露部分增加，料面溫度高，電爐電耗就會(huì)增加。為適應(yīng)國(guó)內(nèi)原料可以將電流電壓比值適當(dāng)提高，以達(dá)到電極更好深入料內(nèi)，降低溫度和電耗的效果。

3、主要應(yīng)用的新技術(shù)介紹：

在我們的項(xiàng)目中總結(jié)了使用中存在的問(wèn)題后，有針對(duì)性地提出了有效整改措施，主要有：

（1）進(jìn)行了主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將變壓器等邊三角形排布，并盡量靠近爐子，減少短網(wǎng)長(zhǎng)度，降低電耗；

（2）采用110KV進(jìn)線入爐，取消了星/角轉(zhuǎn)換。榆林地區(qū)110KV進(jìn)線的電價(jià)要便宜2分多，可以降低生產(chǎn)成本；以往的35KV進(jìn)線都有星/角轉(zhuǎn)換，如在110KV進(jìn)線中設(shè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，造價(jià)很高，且系統(tǒng)運(yùn)行的可靠度差；星接運(yùn)行主要是在開(kāi)爐階段為了降低入爐電壓便于調(diào)節(jié)爐況和焙燒電極時(shí)使用，正常生產(chǎn)中不會(huì)用的，取消轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)后，我將爐變的起檔電壓從100V開(kāi)始，在開(kāi)爐階段和焙燒時(shí)利用電極深入長(zhǎng)度和爐料電阻來(lái)調(diào)節(jié)即能達(dá)到目的；同時(shí)，還減少了因倒換開(kāi)關(guān)的停電次數(shù)和時(shí)間。

（3）利用專用燒穿變壓器維護(hù)爐眼，取消以往的從爐變一相引出燒穿器電源的做法。正常維護(hù)爐眼需要電流在5000A左右，維護(hù)爐眼時(shí)很容易因三相不平衡而導(dǎo)致某相電極上下波動(dòng)較大現(xiàn)象，給操作帶來(lái)很大困難，而且在爐子停爐情況下無(wú)法維護(hù)爐眼。使用專用燒穿變壓器不會(huì)存在三相不平衡現(xiàn)象，隨時(shí)可以根據(jù)需要維護(hù)爐眼，但是關(guān)鍵是要選擇合適的變壓器參數(shù)，使其有足夠的弧長(zhǎng)，滿足維護(hù)爐眼的需要。

（4）根據(jù)神木地處沙漠風(fēng)沙較大的自然條件，對(duì)電石爐所用冷卻水進(jìn)行軟化處理，采用封閉式冷卻塔。這樣，一方面軟水去除了金屬離子，不會(huì)結(jié)垢，冷卻水系統(tǒng)封閉運(yùn)行也避免了環(huán)境中的沙塵帶入系統(tǒng)的可能，徹底凈化了水質(zhì)，保證了設(shè)備的冷卻效果，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。過(guò)去使用的循環(huán)冷卻水一般只采用加藥及殺菌滅藻，沒(méi)有使用軟水，在電石爐的高溫條件下運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)爐蓋底板全部燒壞，結(jié)成的厚厚的水垢層變成底板的情況，冷卻效果極差，經(jīng)常出現(xiàn)爐蓋設(shè)備漏水的事情，給安全生產(chǎn)和開(kāi)車率帶來(lái)極大的危害。

（5）降低水套底座的高度和加長(zhǎng)料管的長(zhǎng)度。?？蠣t型的水套底座高度較高，電極落到下限時(shí)的裸露部分仍很多，布料器長(zhǎng)度短，這樣料面及爐氣溫度就高，爐氣溫度很難降低到600度以下，一般在650-700度。為解決此問(wèn)題，我們將水套底座高度降低200mm，將布料器長(zhǎng)度增加200mm，就能有效減少電極的裸露和降低爐氣溫度。

（6）電爐無(wú)功補(bǔ)償采用國(guó)家智能電網(wǎng)推薦的SVG先進(jìn)技術(shù)。隨著電石爐容量的逐步大型化，其自然功率因數(shù)會(huì)降低的，為達(dá)到提高入爐有功功率，降低無(wú)功消耗，提高功率因數(shù)，必須進(jìn)行電容補(bǔ)償。傳統(tǒng)的高壓電容補(bǔ)償后雖然力率達(dá)到0.90以上，供電局不會(huì)罰款，但是補(bǔ)償?shù)氖请娋W(wǎng)，入爐有功功率不能提高；中壓電容補(bǔ)償可以部分補(bǔ)償?shù)綘t子上，但是需要的電容量很大；低壓電容補(bǔ)償直接可以補(bǔ)償?shù)綘t子，提高入爐電壓和有功功率，但是補(bǔ)償容量更大，補(bǔ)償導(dǎo)線在短網(wǎng)上連接很不容易，使用中存在電容衰減很大，如果電爐大修時(shí)間長(zhǎng)，再次投運(yùn)后衰減的更厲害，使用維護(hù)的工作量很大。我們綜合各種補(bǔ)償?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)后，采用中低壓聯(lián)補(bǔ)的方法，具體分配比例為中壓補(bǔ)償容量占三分之二，低壓補(bǔ)償占三分之一的方式，采用國(guó)家智能電網(wǎng)推薦的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)腟VG先進(jìn)技術(shù)。該補(bǔ)償具有如下優(yōu)點(diǎn)：保證電石爐在任意工況下，功率因數(shù)始終達(dá)到0.95以上；具備連續(xù)快速調(diào)節(jié)入爐電流、電壓的能力；有分相調(diào)節(jié)能力，在任意工況下使短網(wǎng)三相電壓平衡；動(dòng)態(tài)跟蹤性能好，不過(guò)補(bǔ)，可以濾除各次諧波。

（7）對(duì)環(huán)形加料機(jī)進(jìn)行改造。?？蠣t型設(shè)計(jì)的爐頂環(huán)形加料機(jī)刮板氣缸在加料機(jī)內(nèi)部，由于溫度較高，氣缸密封材料易燒壞，影響使用效果；使用三組傳動(dòng)裝置，因加料機(jī)直徑較大，傳動(dòng)裝置負(fù)荷大，運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)故障。我們將刮板氣缸外置就可以有效延長(zhǎng)氣缸壽命，減少檢修次數(shù)；增加三組平衡裝置，這樣設(shè)備整體的平衡性能增加了，傳動(dòng)裝置的負(fù)荷就會(huì)明顯減小，設(shè)備整體的變形量小了，壽命會(huì)大為延長(zhǎng)。

（8）對(duì)關(guān)鍵運(yùn)輸線采用雙線工藝，膠帶機(jī)一用一備，可以隨時(shí)切換，有效保證生產(chǎn)運(yùn)行。使用蘭炭生產(chǎn)電石有利有弊，利大于弊，蘭炭比電阻高，活性好，固定碳含量高，有利于電極深入料內(nèi)，且價(jià)格低；但是其燃點(diǎn)低，烘干后的儲(chǔ)存及運(yùn)輸中容易發(fā)生自燃現(xiàn)象，易發(fā)生燒毀運(yùn)輸膠帶的情況，給生產(chǎn)帶來(lái)影響。除了在生產(chǎn)管理上采取密封料倉(cāng)，隔絕空氣減少自燃、膠帶上用水降溫等措施外，對(duì)關(guān)鍵運(yùn)輸線雙線工藝很有必要， 有效減少因原料供應(yīng)不上而導(dǎo)致的電石爐降負(fù)荷或者停爐的事故。

綜上所述，我們?cè)诮ǖ?0萬(wàn)噸/年密閉電石綜合利用示范項(xiàng)目從工廠布置、工藝路線設(shè)計(jì)、設(shè)備性能、安全環(huán)保等方面吸取了以往運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，經(jīng)過(guò)詳細(xì)論證后進(jìn)行了有針對(duì)性的有效改進(jìn)，力圖避免和解決實(shí)際生產(chǎn)中的制約因素，使設(shè)計(jì)更加合理，使用更加方便，以期達(dá)到確保安全環(huán)保、穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行、節(jié)能循環(huán)利用、使埃肯爐型適應(yīng)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，更好發(fā)揮作用的目的。

項(xiàng)目2012年底逐臺(tái)投產(chǎn)至2013年6月底全部投產(chǎn)后的使用效果良好，在全是新員工的情況下，入爐有功功率能保持在27000KVA左右最高達(dá)30000KVA，單爐日產(chǎn)最高240噸，平均日產(chǎn)200噸，質(zhì)量平均在290L/Kg，電爐電耗在3050--3100KWh/t，全廠平均動(dòng)力電耗在150KWh/t以下，并于2014年6月順利完成72小時(shí)性能考核及單項(xiàng)驗(yàn)收。當(dāng)然，隨著人員對(duì)設(shè)備認(rèn)識(shí)和掌握程度的加深以及操作水平的逐步提升，設(shè)備潛力將得以逐步挖掘，有功功率穩(wěn)定在31000KWA以上，產(chǎn)量還有提高的空間，相應(yīng)的電耗下降空間還很大，還要加強(qiáng)原材料進(jìn)廠質(zhì)量的把關(guān)工作，進(jìn)一步加強(qiáng)生產(chǎn)管理使裝置更好發(fā)揮作用。本文但愿能起到拋磚引玉的作用，熱切盼望得到同行的幫助和指導(dǎo)，以便提高自身水平。