電石生產(chǎn)企業(yè)的節(jié)能降耗

胡文軍

(新疆中泰礦冶有限公司，新疆 阜康 831500)

我國的資源環(huán)境日益嚴(yán)峻，已成為影響經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的一個重大瓶頸問題。1980年，我國的能源消費(fèi)量剛超過6億t標(biāo)準(zhǔn)煤，2000年上升到14.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤，2013年提高到37.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤。目前，中國GDP占全球的12%左右，但是能源消費(fèi)量卻占全球的22%左右，碳排放量占全球的30%?！笆濉逼陂g，我國要完成到2020年單位GDP碳排放量比2005年下降40%～45%的國際承諾低碳目標(biāo)，資源環(huán)境和碳排放的約束會進(jìn)一步增強(qiáng)，形勢會更加嚴(yán)峻。

電石行業(yè)是高能耗產(chǎn)業(yè)，探索科學(xué)的節(jié)能路徑是電石企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形式下，更是企業(yè)生存的命脈所在，只有低能耗、高品質(zhì)地穩(wěn)定生產(chǎn)才能使一個企業(yè)占據(jù)成本優(yōu)勢[1-2]。

近年來，新疆中泰礦冶有限公司以節(jié)能創(chuàng)新為發(fā)展思路，從完善制度、強(qiáng)化管理、推進(jìn)新技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用等多方面著手，努力創(chuàng)建資源節(jié)約型、創(chuàng)新發(fā)展型企業(yè)，改變了人們對傳統(tǒng)電石生產(chǎn)企業(yè)“高能耗、高污染”的不良印象。

1 強(qiáng)化管理

1.1 原料管理

生產(chǎn)電石的主要原料是石灰和焦炭，其質(zhì)量對電石生產(chǎn)效率及能耗水平有著很大的影響。

1.1.1 雜質(zhì)的影響

當(dāng)原料在爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)時，各種雜質(zhì)也在同時進(jìn)行反應(yīng)。原料中的雜質(zhì)主要包括氧化鎂、氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、灰分等，發(fā)生反應(yīng)的方程式見式(1)～式(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

上述反應(yīng)均為吸熱反應(yīng),不僅消耗電能和炭材，而且影響操作，破壞爐底。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：原料中的氧化物雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均每上升1%，生產(chǎn)1 t電石就多耗電60～100 kW·h；石灰中的生過燒率每上升1%，生產(chǎn)1 t電石就多耗電9.7 kW·h，同時多消耗炭材1.2 kg；炭材中的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)每升高1%，則生產(chǎn)1 t電石多消耗炭材6.67 kg，多消耗電25.71 kW·h；灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加1%，則生產(chǎn)1 t電石多耗電57～60 kW·h。

1.1.2 原料粒徑影響

在電石生產(chǎn)中，要控制電石爐內(nèi)物料反應(yīng)的速率和操作電阻在最佳值，以確保電極的埋入深度適宜，這就要求物料粒徑為最佳值。在物料特征一定的前提下，物料粒徑越大，反應(yīng)速率越慢，裝置產(chǎn)量越低，經(jīng)濟(jì)效益越少?；姨康牧街苯記Q定著電石爐電極的操作難易程度和能耗水平的高低。在控制原料成分的同時，原料粒徑也是一個關(guān)鍵的控制指標(biāo)。

新疆中泰礦冶有限公司對原料入廠質(zhì)量實行管控責(zé)任制，以外觀檢查與質(zhì)檢結(jié)果相結(jié)合的管控方式，從購、檢、用、管各環(huán)節(jié)，明確職責(zé)分工，各負(fù)其責(zé)，杜絕不合格原料進(jìn)入生產(chǎn)線。要保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定和較低的能耗指標(biāo)，必須從原料入廠抓起，嚴(yán)格控制關(guān)鍵指標(biāo)，把好質(zhì)量控制關(guān)。

1.2 生產(chǎn)裝置管理

1.2.1 設(shè)備運(yùn)行率

在電石生產(chǎn)中，電石爐的運(yùn)轉(zhuǎn)率越高，相對的熱損失就越少。頻繁停車檢修會使?fàn)t溫大幅度下降，當(dāng)爐溫降到1 700 ℃以下時，反應(yīng)趨于停止，再次啟動電石爐時需要消耗大量的電能才能提高爐溫。如果出現(xiàn)長時間停電，還會造成出爐困難、電耗增加等情況發(fā)生，甚至可能導(dǎo)致電極硬斷事故的發(fā)生。所以在電石生產(chǎn)過程中必須加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行管理，提高設(shè)備運(yùn)行率，從重視每一次檢修開始，從物資準(zhǔn)備、方案制定、人員分工、檢修交底、質(zhì)量驗收、效果驗證等各環(huán)節(jié)建立、完善檢修控制秩序，充分利用好計劃性檢修，確保電石爐長周期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，以減少電石爐熱損失，保持較低的電耗水平。

1.2.2 電極操作管理

電極是電石生產(chǎn)過程中的“心臟”裝置，其工作狀況的好壞直接關(guān)系到電石爐能否發(fā)揮出最佳的能耗水平，對電極長度、入爐深度等操作環(huán)節(jié)要利用在線監(jiān)控顯示、實時測量等精細(xì)化管理手段，做到電極工作狀態(tài)實時監(jiān)控、及時調(diào)整，始終確保電極做功面的平衡和較好的功率發(fā)揮。要建立完善的管理制度，明確操作標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一操作方法，堅決杜絕“一人一個干法”的操作方式，明確電極操作人員和操作指標(biāo)，注重每個操作細(xì)節(jié)的管控。

1.2.3 電石爐配比管理

生成電石的反應(yīng)式為：

在這個反應(yīng)式中，氧化鈣、碳、電石的質(zhì)量比為56∶36∶64，因此理論上生產(chǎn)1 t純電石需要氧化鈣875 kg、碳元素563 kg。在實際生產(chǎn)中，一般以石灰作為氧化鈣的原料，焦炭作為碳元素的原料，兩者都含有一定量的雜質(zhì)，因此所生產(chǎn)的電石也含有一定量的雜質(zhì)，一般300 L/kg發(fā)氣量的電石的碳化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為80%。因此，在電石的實際生產(chǎn)中，爐料的配比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是簡單的理論計算的問題。

電石原料的配比與炭材的碳含量、水分含量以及石灰中的氧化鈣含量有直接的關(guān)系，氧化鈣含量越高，生產(chǎn)同一標(biāo)號發(fā)氣量的電石所需要的炭材越多。以300 L/kg發(fā)氣量為例，通過實踐得出電石爐料中炭材與石灰的配比，見表1。

表1 炭材與石灰的配比Table 1 Ratio of carbon to lime

①表示石灰中氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

實際生產(chǎn)中往往會因為爐況、操作人員操作經(jīng)驗和原料的差異導(dǎo)致配比的準(zhǔn)確度出現(xiàn)偏差。爐料配比高容易生產(chǎn)出高質(zhì)量的電石，但爐料的比電阻過小，會導(dǎo)致電極埋入深度減小，料面溫度上升，燒損設(shè)備；同時電極位置的上抬使?fàn)t底溫度下降，爐況惡化，在消耗同樣電能的情況下，爐內(nèi)的炭材卻不能完全反應(yīng)造成炭過剩，形成積炭的狀況，導(dǎo)致能耗增加，產(chǎn)能下降。

因此，選擇一個合適的爐料配比無論是對能源消耗還是電石爐穩(wěn)定操作來說都很重要。為了加強(qiáng)配比管理，始終保持配比的平衡，新疆中泰礦冶有限公司建立了較為完善的爐料配比審批制度，不同的生產(chǎn)管理人員調(diào)整權(quán)限不同，并具有上下限的約束，對每一次的配比調(diào)整必須要有調(diào)整依據(jù)和調(diào)整后的效果跟蹤驗證，結(jié)合配比數(shù)據(jù)在線顯示曲線系統(tǒng)，杜絕人為調(diào)整因素造成爐料配比的失衡，確保爐況的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 推進(jìn)新技術(shù)的開發(fā)與利用

2.1 加大尾氣綜合利用率，提高循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益

生產(chǎn)1 t電石副產(chǎn)電石爐氣約400 m3(熱值約11 723 kJ/m3)，相當(dāng)于160 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，因此電石爐氣具有很高的利用價值。新疆中泰礦冶有限公司將每臺電石爐產(chǎn)生的電石爐氣進(jìn)行回收，通過并聯(lián)管道輸送至配套的氣柜，再將電石爐氣送入麥爾茲并流蓄熱式石灰窯用于生產(chǎn)石灰，石灰窯排出的熱尾氣經(jīng)預(yù)熱石灰石后凈化排空。單臺石灰窯的產(chǎn)量為600 t/d，平均生過燒率為7.6%，產(chǎn)品質(zhì)量較高。采用上述工藝技術(shù)既節(jié)約了能源又能確保電石爐壓力的穩(wěn)定，還可降低石灰的單位成本，同時得到活性好的高質(zhì)量石灰產(chǎn)品，回收的電石爐氣折標(biāo)準(zhǔn)煤約21.12萬t/a。

2.2 大力開發(fā)固廢回收利用工藝

如果電石生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢棄物直接排放，不僅污染環(huán)境，而且浪費(fèi)了資源。平均每生產(chǎn)1 t電石產(chǎn)生凈化灰約53.5 kg，產(chǎn)生烘干窯除塵灰約44.6 kg，產(chǎn)生炭材篩下物77.6 kg，對這些含碳固體廢棄物進(jìn)行了化驗分析，結(jié)果見表2。

表2 含碳固體廢棄物的特性分析Table 2 Characteristic analysis of solid waste containing carbon

分析表2數(shù)據(jù)可以看出：凈化灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)45.9%，含鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)31.2%，鎂在空氣中于38 ℃自燃的特征也導(dǎo)致凈化灰具有自燃的特征，經(jīng)測量分析，凈化灰的熱值為4.83 MJ/kg，而烘干窯除塵灰和炭材篩余物的熱值更高,因此對這部分能源進(jìn)行利用無論從環(huán)保還是節(jié)能角度上考慮都具有重要的意義。

筆者首先嘗試將凈化灰用于炭材的烘干。通過試燒試驗發(fā)現(xiàn)，在切斷燃料供應(yīng)后，人工將凈化灰加入烘干窯沸騰爐燃燒后，爐膛溫度仍然可以保持在850～950 ℃的溫度指標(biāo)，可滿足烘干熱能的需求。經(jīng)過多次輸送試驗和論證，筆者將凈化灰進(jìn)行收集，采用PLC控制系統(tǒng)通過密閉管道進(jìn)行集中收集，并分配到各個炭材烘干窯，將輸送量與爐膛溫度進(jìn)行聯(lián)鎖，實現(xiàn)凈化灰的自動回收利用。目前，該改造項目已實施完畢，運(yùn)行效果較好。凈化灰回收利用的工藝流程見圖1。

圖1 凈化灰回收利用的工藝流程Fig.1 Process flow of cleaned ash recycling

以新疆中泰礦冶有限公司3 800 t/d的電石產(chǎn)量為例，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對凈化灰進(jìn)行回收利用后，減少了炭材用量71 t/d(約2.59萬t/a)，凈化灰產(chǎn)生量由原來的194.6 t/d減少到105.4 t/d，既減少了飛灰污染的問題,又節(jié)約了能源消耗。再加上節(jié)省了固體廢棄物的運(yùn)輸成本，則回收利用凈化灰可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益500萬元/a。

目前，新疆中泰礦冶有限公司還在實施炭材篩余物、烘干窯除塵灰的回收利用項目，估計還可節(jié)約炭材13.6萬t/a。

2.3 不斷升級炭材烘干技術(shù)，有效降低破損率

目前，新疆中泰礦冶有限公司在用的烘干窯有3種，包括傳統(tǒng)的臥式烘干窯，以及近年來新出現(xiàn)的箱式烘干窯和立式烘干窯。因工藝設(shè)計及構(gòu)造不同，這3種烘干窯的烘干效率、能源消耗各有不同。以20萬t/a電石裝置為例，3種烘干窯的能耗對比見表3[3]。

表3 3種烘干窯的能耗對比Table 3 Comparison of energy consumption between 3 kinds of drying kiln

在臥式烘干窯的運(yùn)行過程中，炭材跌落次數(shù)較多，因此破損率較大。從表3可以看出：立式烘干窯、箱式烘干窯的破損率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于臥式烘干窯。綜合考慮破損率、電和燃料的成本，立式烘干窯、箱式烘干窯的運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于臥式烘干窯[3]。新疆中泰礦冶有限公司自2011年起，先后采購了立式烘干窯、箱式烘干窯，并逐步停用臥式烘干窯，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，淘汰落后的老設(shè)備，采用先進(jìn)的新設(shè)備，從根源上減少能源的消耗是節(jié)能降耗的重要工作。

3 建立完善能源管理體系，加強(qiáng)能源意識

新疆中泰礦冶有限公司自2012—2015年投資3 600萬元建立能源管理中心系統(tǒng)以來，以信息化技術(shù)和自動化技術(shù)為支撐，將能源管理、控制與生產(chǎn)調(diào)度控制有機(jī)地結(jié)合在一起，在提高能源系統(tǒng)運(yùn)行、管理效率的同時，提供成熟、有效、使用方便的能源系統(tǒng)整體管控一體化解決方案，主要功能有如下4方面。

(1)對廠區(qū)范圍內(nèi)能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)度和使用等環(huán)節(jié)實行同步監(jiān)控、管理。

(2)對部分能源監(jiān)測點(diǎn)增加儀表檢測設(shè)備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以保證現(xiàn)場各能源監(jiān)測點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù)集中采集和控制。

(3)對各能源設(shè)施所包括的水、電、原煤、汽(氣)、物料等測量設(shè)備進(jìn)行完善和改造，逐步實現(xiàn)能源調(diào)度一體化集中管理。

(4)建立生產(chǎn)能源調(diào)度管理平臺，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集中管理、集中調(diào)度，提高能源管理效果，建立能源考核評價體系，達(dá)到節(jié)能減排目的。

4 結(jié)語

在當(dāng)前競爭日益激烈的市場環(huán)境下,節(jié)能減耗是企業(yè)降低成本、增加效益的重要手段。企業(yè)應(yīng)重視技術(shù)改造,加大落后裝置、落后技術(shù)的淘汰速度,加快先進(jìn)裝置的采用、先進(jìn)技術(shù)的推廣,對效益明顯的項目爭取早實施、早完成、早見效。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 熊謨遠(yuǎn).電石生產(chǎn)與其深加工產(chǎn)品[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.

[2] 馮召海.電石生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)與工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[3] 朱文軍，王寅虎.電石廠炭材烘干窯經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析[J].聚氯乙烯，2015，43(5):18-20.