電石電耗偏高原因分析及優(yōu)化解決方案

翁 明，陳鳳鳳

（陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林719319）

《電石單位產(chǎn)品能耗限額》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定電石單位產(chǎn)品能耗先進(jìn)值≤3 050 kW·h/t，電石生產(chǎn)中導(dǎo)致電石爐電耗高的因素較多，大致有蘭炭灰分、蘭炭揮發(fā)分、白灰生過燒、白灰含雜、電極入爐深度、開爐電熱流失、料面溫度等方面，為進(jìn)一步查找出電石爐電耗高的原因， 繼而按照各因素對電耗的影響程度以及解決難度分類、分階段、分層級制定相關(guān)管控措施，逐項理清、落實措施、按期比對，最終將電石爐電耗維持在目標(biāo)范圍內(nèi)，降低電石生產(chǎn)成本，提高公司生產(chǎn)效益。

1 2019 年電耗數(shù)據(jù)

2019 年電石爐各爐工藝電耗情況見表1；

2017—2019 年電石產(chǎn)量及電石電耗情況對比見表2。

2 影響因素分析

2.1 原料方面

2.1.1 白灰生過燒

白灰生燒量越大， 帶入爐內(nèi)的CaCO3量就越多，CaCO3在爐內(nèi)分解吸收消耗的也就越大，即電耗就越多，同時生燒白灰較正常白灰偏重，影響入爐原料配比，過燒白灰較正常白灰體積小、活性度低，結(jié)構(gòu)致密，影響電石反應(yīng)速度及電石發(fā)氣量。

統(tǒng)計2020年1-2月及2019年白灰生過燒情況，具體數(shù)據(jù)見表3。

2019年各月生過燒情況具體見表4。

由表3 可看出，2019年以來，平均白灰生過燒居高不下，合格率低位運行，此為影響電石電耗的主要因素。

表1 2019年各爐電耗情況 （kW·h）

表2 2017-2019年電爐電耗比對

表3 白灰生過燒對比（生過燒≤8.5%視為合格）

表4 白灰生過燒對比（生過燒≤8.5%視為合格）

管控目標(biāo)：4 月開始，白灰平均生過燒（以生產(chǎn)科在篩分樓取樣， 使用水溶法化驗結(jié)果為準(zhǔn)） 降至8.5%以內(nèi)，合格率提升至80%以上（以生過燒8.5%為合格點），并逐月降低生過燒，提高合格率。

管控措施：（1）優(yōu)化白灰窯供氣方式，電石爐正常運行時， 白灰窯根據(jù)電石爐煤氣產(chǎn)生量調(diào)整白灰窯產(chǎn)量，全部使用電石爐氣煅燒白灰，盡量將碳化爐煤氣用于熱電鍋爐發(fā)電。 （2）電石爐異常多臺停運時，打開白灰加壓機房頂煤氣摻燒閥，進(jìn)行碳化尾氣短時間摻燒。 （3）石灰石上料系統(tǒng)正常時，必須通過上料系統(tǒng)進(jìn)行上料， 遇上料系統(tǒng)異常或無法保證正常石灰石供應(yīng)量時， 部分石灰石由零散倒運至料場滾篩上料，減少面子砂石等雜質(zhì)進(jìn)入白灰窯。 （4）統(tǒng)計白灰生過燒時需將平均生過燒及合格率做為重要指標(biāo)雙重管控。（5）保證白灰窯入窯煤氣熱值儀的正常使用， 優(yōu)化煤氣熱值與窯膛溫度及煤氣壓力的控制邏輯。 （6）調(diào)整優(yōu)化出料溫度及出料頻次，形成具體優(yōu)化方案。（7）增設(shè)篩分樓前白灰輸送皮帶生過燒石灰撿拾崗位，控制入爐白灰生過燒量，撿出的大生燒白灰回窯煅燒或磨粉后脫硫。

2.1.2 石灰石含雜

石灰石含雜主要指石灰石中Fe2O3、Al2O3、MgO等物質(zhì)，雜質(zhì)入爐后對電石電耗影響較大，雜質(zhì)在高溫下都會與蘭炭發(fā)生還原反應(yīng)，生成單質(zhì)硅、鐵、鋁和鎂，會在電石爐運行過程中造成爐底上抬、料面板結(jié)、爐墻損壞等。

統(tǒng)計2020 年1-2月及2018、2019 年石灰石中MgO、Fe2O3、Al2O3等雜質(zhì)情況，具體數(shù)據(jù)見表5。

表5 石灰石含雜情況對比

管控目標(biāo)：2020 年以來， 按生產(chǎn)科對入廠石灰石的質(zhì)量指標(biāo)分析匯總來看， 除SiO2合格率低外，其他各雜質(zhì)合格率均為100%，要求SiO2合格率4月升至90%以上， 同時確?；灧椒敖Y(jié)果可靠真實。同時2020 年較2018 年及2019 年石灰石中SiO2含量升高，影響電耗。

管控措施：（1）嚴(yán)把石灰石入庫質(zhì)量關(guān)，根據(jù)原料指標(biāo)情況不斷細(xì)化縮小指標(biāo)控制范圍， 進(jìn)一步保障原料質(zhì)量穩(wěn)定性。 （2）論證自動取樣及混樣、制樣裝置，保證樣品完全均化縮分后進(jìn)行化驗，遵照現(xiàn)有質(zhì)量指標(biāo)要求執(zhí)行，混樣超過指標(biāo)的一律拒絕入庫，從根本上控制電石爐氧化鎂量。（3）石灰石堆場增設(shè)撿雜石崗位，控制雜質(zhì)入窯量。

2.1.3 白灰活性

白灰的活性是指白灰在電石生成反應(yīng)過程中的反應(yīng)能力，石灰的活性越高，其在電石生成反應(yīng)過程中熔化速度越快，能加快Ca-C 之間的反應(yīng)。 活性度高的石灰進(jìn)入熔池后，能更加完全、快速與C 反應(yīng)，使整個電石反應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。 而活性度低的石灰進(jìn)入熔池后，由于參與反應(yīng)的速度相對較慢，使整個熔池里面存在反應(yīng)不均衡現(xiàn)象，打亂料層結(jié)構(gòu)，使電石爐操作出現(xiàn)反復(fù)，降低電石爐運轉(zhuǎn)率，電耗升高。白灰活性情況見表6。

表6 白灰活性情況對比

管控目標(biāo)：行業(yè)內(nèi)套筒窯、雙膛窯等窯型可將白灰活性控制在340-360 N-HCl， 鑒于該公司白灰窯使用的煤氣熱值低的問題， 暫將白灰活性管控目標(biāo)定為300 N-HCl 以上。

管控措施：（1）穩(wěn)定窯溫，保證電石爐穩(wěn)定運行，確保尾氣量充足、熱值穩(wěn)定，定期清理白灰窯通道積灰。 （2）保證入廠石灰石粒度、雜質(zhì)等滿足質(zhì)量指標(biāo)要求， 新增含面率指標(biāo)，（入廠根據(jù)車內(nèi)面子情況進(jìn)行折扣）遵照現(xiàn)有質(zhì)量指標(biāo)要求執(zhí)行，混樣超過指標(biāo)的一律拒絕入庫，從根本上控制石灰石雜質(zhì)含量。

2.1.4 蘭炭灰分

蘭炭中的灰分全部由氧化物組成， 在電石反應(yīng)過程中氧化物被還原，既消耗電能，又消耗碳素，同時降低電石純度，爐料中灰分每增加1%，電石用電增加50~60 kW·h。

統(tǒng)計2020年1～2月及2018、2019年蘭炭灰分情況，具體數(shù)據(jù)見表7。

表7 蘭炭灰分情況對比

由表7 看出，2020年及2019年蘭炭灰分與2018年相比均為上升趨勢。

管控目標(biāo)： 蘭炭灰分指標(biāo)及合格率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化， 保證灰分不高于7%， 合格率不低于95%。

管控措施：（1）取碳化爐出口烘干蘭炭，一個周期內(nèi)化驗同批次不同粒度的蘭炭灰分、 揮發(fā)分進(jìn)行化驗比對（理論上出口小料蘭炭灰分高于中、大料）。為篩焦樓破碎后各粒度蘭炭入爐比例提供數(shù)據(jù)依托。 （2）嚴(yán)格把控塊煤中灰分指標(biāo)，嚴(yán)格控制入場塊煤粒度（3~8 塊），塊煤摻用比例變更前提前履行變更流程。

2.1.5 蘭炭水分

蘭炭帶入的水與爐內(nèi)的蘭炭反應(yīng)生成H2需要多消耗電能。 帶入的水分越多，電耗也就越高，同時水與CaO 反應(yīng)產(chǎn)生Ca（OH）2粉料，入爐后影響料面透氣性，容易引起電石爐塌料、噴料等現(xiàn)象，嚴(yán)重時需停電處理。 蘭炭水分情況對比見表8。

表8 蘭炭水分情況對比

管控目標(biāo)：烘干蘭炭含水按照不同窯型制定不同管控目標(biāo)，1-4# 臥窯定為小于等于1%，5# 立窯（錦州天晟）定為≤1.5%，6# 立窯（河南德耀）定為≤1%。 水分?jǐn)?shù)據(jù)以生產(chǎn)技術(shù)科抽檢結(jié)果為準(zhǔn)。

管控措施：（1）對于不同窯型，蘭炭按照不同粒度入窯烘干，保證來料穩(wěn)定，小料在5#立窯烘干，其他窯烘混合料。 （2）增加蘭炭水分在線測量裝置，每臺窯尾皮帶配置，保證含水在線監(jiān)測，隨時調(diào)整烘干窯工況。（3）論證高溫電石余熱用于回轉(zhuǎn)窯配風(fēng)的可行性，增加回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱風(fēng)量，減少焦面使用。

2.1.6 焦粉粒度

不同粒度的焦粉，電阻率不同，粒度越小，電阻率越大，易利用電極深入，反之，電極不易深入，導(dǎo)致電石上抬，支路電流增大，爐況不穩(wěn)定，電耗增加。

現(xiàn)有蘭炭大中小料區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)為：＜5 mm 為焦面，5～15 mm 為小料，15～40 mm 為中料，＞40 mm 為大料。 入爐焦粉選用5～40 mm 的焦粉。

管控目標(biāo)：5～40 mm 蘭炭入烘干窯合格率保證95%以上。 按窯型不同，烘干不同粒徑的蘭炭。

管控措施：（1）形成小料及中料配比方案，按月進(jìn)行不同比例摻用入爐，分析比對，形成最佳配比。（2）論證在圓盤給料機前皮帶增加篩分裝置及壓球裝置的可行性。 （3）提高5#、6#窯運行率，減少臥窯運行時間，以臥窯備用，立窯主要運行的方式進(jìn)行蘭炭烘干。

2.1.7 蘭炭揮發(fā)分

蘭炭中的揮發(fā)分大部分為甲烷、 焦油之類的物質(zhì)，高揮發(fā)分的焦粉入爐后，靠近反應(yīng)區(qū)時，會與其他物料形成半融粘狀態(tài)，影響爐料正常下落，易引起噴料現(xiàn)象，損失熱量，同時高揮發(fā)分的蘭炭會造成爐內(nèi)氫含量升高，造成電爐聯(lián)鎖停車，影響電石耗電。蘭炭揮發(fā)分情況對比見表9。

表9 蘭炭揮發(fā)分情況對比

從表9 可看出，2020 年蘭炭揮發(fā)分平均值較2019 年有所降低，但合格率大幅下降。

管控目標(biāo)：4 月前，蘭炭揮發(fā)分降至6%（正常指標(biāo)要求）以內(nèi)，合格率提升至80%以上。

管控措施：（1）嚴(yán)格控制入場塊煤粒度（30~80mm），根據(jù)化驗結(jié)果， 形成5-2 煤與3-1 煤合理配比，塊煤摻用比例變更前提前履行變更流程。（2）重新梳理細(xì)化復(fù)合爐各段溫度，穩(wěn)定復(fù)合爐各部爐溫。 （3）洗煤廠及塊煤堆棚增加均化裝置的設(shè)計， 保證入爐煤指標(biāo)穩(wěn)定，配比合理。（4）根據(jù)現(xiàn)場實際，加大蘭炭分析化驗頻次，建議每班生產(chǎn)科化驗兩次，以生產(chǎn)科分析結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)過程。

2.1.8 白灰粉化

粉化白灰入爐后，容易在電極周圍形成硬殼，產(chǎn)生棚料現(xiàn)象，降低爐料自由下落速度，同時阻礙爐氣排出，造成電石爐運行過程塌料、噴料、爐氣溫度高等問題，影響正常電石生產(chǎn)。

管控措施：（1）白灰從卸料口通過皮帶打入筒倉儲存，不在白灰料棚進(jìn)行堆放，下料時4 個下料口切換使用，保證兩個筒倉同時下料入爐，嚴(yán)禁一臺筒倉使用、一臺備用的情況出現(xiàn)，4 個下料口實現(xiàn)調(diào)節(jié)均化的功能， 兩臺筒倉的白灰混用， 倉頂收塵按需開啟， 保證入爐白灰品質(zhì)均勻的同時減少長期儲存風(fēng)化造成的粉料增大。 （2）正常運行情況下，保持白灰筒倉50%~80%倉位運行，各篩分樓、配料站白灰料倉保持80%倉位運行。

2.1.9 輔助物料及輔機方面

2.1.9.1 電極糊指標(biāo)

電極糊是電石爐電極的原料， 電極糊中影響電極穩(wěn)定運行的元素主要有灰分、揮發(fā)分、電阻率等。

現(xiàn)有電極糊化驗指標(biāo)有內(nèi)水、固定碳、灰分、揮發(fā)分等， 其中揮發(fā)分2020 年2 月合格率僅為33.33%，其他指標(biāo)的化驗不能全面檢測電極糊質(zhì)量好劣。

管控目標(biāo)及措施： 重新制定電極糊質(zhì)量指標(biāo)及化驗標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格根據(jù)《YB/T 4448-2014 礦熱爐用自焙電極糊》標(biāo)準(zhǔn)中密閉1 號電極糊指標(biāo)要求，控制入廠電極糊質(zhì)量指標(biāo)。 同時與三福電極糊廠協(xié)商制定錦源化工所需電極糊指標(biāo)控制范圍，其中含揮發(fā)分、抗壓強度、電阻率、體積密度、延伸率等。其中灰分檢測按GB/T 1429 標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行， 揮發(fā)分檢測按YB/T 5189 標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行， 耐壓強度的測定按GB/T 1431 標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行， 電阻率的測定按GB/T 24525 標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，體積密度的測定按GB/T 24528 標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，延伸率的測定按YB/T 5289 標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.1.9.2 輔機運行方式（皮帶、配料、除塵等優(yōu)化控制）

（1）優(yōu)化輔機運行方式，增加遠(yuǎn)程控制功能，實現(xiàn)皮帶、配料系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)聯(lián)鎖控制功能，減少無料時輔機轉(zhuǎn)動或收塵運行的時間。

（2）梳理各處收塵系統(tǒng)的匹配性，完善風(fēng)機變頻

運行功能，核算風(fēng)量與收塵需求的供給關(guān)系。

2.2 操作方面

2.2.1 出爐電石帶走熱

（1）穩(wěn)定出爐時間及頻次，全天24 h 按照出爐時間、冶煉時間分配。

（2） 論證研究電石顯熱收集用于蘭炭烘干配風(fēng)的方案。

2.2.2 電極入爐深度

（1）推廣電極入爐深度在線測量技術(shù)，完善電石爐自動控制，保證電極入爐深度可視化，科學(xué)操作。

（2）嚴(yán)格按指標(biāo)要求控制入爐原料粒度，細(xì)化電極入爐深度指標(biāo)，保證電極正常深入。

2.2.3 電石爐料面溫度

（1）繼續(xù)研究推廣自動料面處理機，增加料面處理頻次，嚴(yán)格控制石灰石含MgO 等雜質(zhì)，降低料面高度。

（2） 論證5#、6#電石爐增加輔助料管及輔助料倉，增加角區(qū)原料補給，保證料面平整度。

（3）形成凈化清灰系統(tǒng)具體方案并實施，減少因凈化系統(tǒng)堵灰造成煤氣排放不暢。

2.2.4電石爐停電時間及次數(shù)

停電次數(shù)越多， 啟停過程輔機用電會增加電石爐電耗。電爐停電時間越長，由于熱能損失使?fàn)t內(nèi)溫度下降就越多，升溫消耗的電能也就越多。

2.2.5 電石爐負(fù)荷穩(wěn)定

（1）完善自動控制系統(tǒng)，穩(wěn)定電石爐負(fù)荷運行范圍，保證電石爐負(fù)荷穩(wěn)定性。

（2） 電石爐正常運行時盡量減少人為對電石爐的負(fù)荷干預(yù)，按運行參數(shù)進(jìn)行自動控制，異常情況時人工干預(yù)。

2.2.6 出爐機器人使用

加強員工培訓(xùn)，熟練使用開爐機器人，減少因機器人使用不熟練造成的開爐時間長。

2.2.7 電石質(zhì)量控制

按照電石配比計算標(biāo)準(zhǔn)形成電石原料配比方案，該公司按照此方案進(jìn)一步細(xì)化論證，通過原料中氧化鈣及碳的比例進(jìn)行發(fā)氣量調(diào)整， 在電石配料方面優(yōu)化管控模式，保證科學(xué)、合理生產(chǎn)，促進(jìn)電石質(zhì)量穩(wěn)定。