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.中鋼集團吉林機電設備有限公司，吉林 吉林 132021；3.金泥集團，甘肅 金昌 737109；4.威達環(huán)境保護設備有限公司，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.中鋼集團吉林機電設備有限公司，吉林 吉林 132021；3.金泥集團，甘肅 金昌 737109；4.威達環(huán)境保護設備有限公司，安徽 合肥 230041）

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

密閉式；電石爐；爐氣干法凈化裝置；特點；參數

1 開發(fā)背景

2006年底甘肅省金昌市金泥集團籌建了年產20萬t電石項目，2007年1月通過可行性研究并立項，當時采用中國天辰工程公司設計的9 000 kVA×3密閉式電石爐4臺套。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。

當項目重新啟動時，金泥集團慎重研究分析了2010年底電石行業(yè)的形勢認為和可行性研究時期相比已經發(fā)生了很大變化。（1）全國電石行業(yè)呈現項目規(guī)模大型化，一次建設45萬t/a、60萬t/a的電石工廠已經有十幾家，籌建百萬噸級的電石企業(yè)也有10家以上；（2）在電石行業(yè)中，呈現追求單臺電石爐進一步大型化的趨勢，單臺 10000kVA×3、11 000 kVA×3、13 500 kVA×3、15 000 kVA×3 的電石爐相繼涌現，與此同時，自德國SMG公司引進27 000 kVA×3（單臺12萬t/a）10臺，自加拿大HAISHI和美國電石公司引進年產 20萬t電石爐 8臺；（3）由于爐氣干法凈化技術成熟、爐氣后處理技術成熟和普遍采用，天辰公司電石爐氣后處理技術的開發(fā)成功，使得爐氣進一步凈化、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來說，中國電石行業(yè)已經達到世界先進水平。另外，如果將我國電石生產的原材料如炭素材料、石灰石品質遠不如國外原材料等情況加入進行評價的話，我國10 000 kVA×3這一檔密閉式電石爐以及成套技術已超過世界水平；（5）國家對節(jié)能減排、循環(huán)經濟的要求更加嚴格，國家工信部和中國電石協(xié)會提出的研發(fā)和推廣大型密閉式電石爐成套技術的規(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、長期從事電石生產設計的團隊和一批專業(yè)配套的經驗比較豐富的專家以及具有完善的質量管理體系，金泥集團決定項目規(guī)模改為4臺電石爐，單臺能力開發(fā)國產化最大電石爐，邀請以天辰公司為首有關單位參加，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配套技術的任務，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)國產化大型密閉式電石爐的信心，中國電石行業(yè)的設計、制造、生產、管理水平已經達到世界先進水平，僅在單臺電石爐能力方面尚有差距；特別是中國電石生產操作水平相當高，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驗豐富的專家；正值國家提出鼓勵開發(fā)大型密閉式電石爐政策出臺之時，可謂時機成熟；中國已經能夠生產高質量的滿足大型密閉式電石爐生產要求的電極糊；對合作單位的信賴。

2 項目開發(fā)的技術組織和開發(fā)安排

2.1 項目開發(fā)的技術組織

項目開發(fā)的技術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；選擇安徽威達環(huán)保設備公司為爐氣凈化技術的合作伙伴，共同開發(fā)大型電石爐爐氣干法凈化技術。

2.2 項目的開發(fā)過程安排

2.2.1 初步確定項目目標

（1）單臺大型密閉式電石爐規(guī)模

電石爐生產能力（單臺年產電石）：

設計值：9 萬t；

期望值：10 萬t；

年運行時間：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9萬t和10萬t配套設計；

爐氣凈化后灰塵含量：小于30 mg/m3；

要求在工況內正常運行。

（3）項目周期

項目啟動：2010年11月；

項目投產：2012年6月；

項目評估：2012年11月。

2.2.2 項目的過程安排

（1）天辰公司發(fā)表初步電石爐參數和主要結構方案（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。2010年11月。

（2）天辰公司、金泥集團、中鋼吉電、威達公司聯合討論，論證、修正、確定初步的電石爐參數和主要結構方案（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、主要設備參數、結構和平、立面布置圖（0版）。2011年1月。

（4）天辰公司、金泥集團、中鋼吉電、威達公司聯合討論，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、主要設備參數、結構和平、立面布置圖（0版）。2011年1月。

（5）中鋼吉電、威達公司提出施工圖條件圖，天辰公司進行廠房初步參數和布置設計。2011年2月。

（6）天辰公司、金泥集團、中鋼吉電、威達公司聯合論證、修正、確定初步的廠房參數和布置設計方案（2 版）。

（7）天辰公司提出電極殼制造方案。

（8）天辰公司和威達公司提出爐氣凈化非標設備（引流管）的方案圖。

（9）天辰公司進行工藝、管道、設備、安裝、土建和公用工程系統(tǒng)設計、電氣、儀表、電訊、通風除塵等設計。

（10）天辰公司、金泥集團、中鋼吉電、威達公司聯合論證、修正、確定初步的廠房參數和布置設計方案（2 版）。

（11）進入正常詳細設計階段。

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

2.3 設計規(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)進展順利，金泥集團對于項目的前景進一步增強了信心。本次設計完全按照期望值10萬t/a進行全廠配套設計，作為項目工程能力可以取定為整數。因此，金泥集團提出將單臺電石爐能力改為公稱10萬t/a，金昌電石項目規(guī)模更改為年產40萬t電石。

3 金昌40萬t/a電石項目全廠主要技術方案簡述

按照金泥集團要求，項目設計中主要技術方案如下：

（1）原材料儲場：炭材：機械化儲場，干料庫棚和露天儲場相結合；

石灰石：大型機械化圓庫+堆取料機。

（2）炭材干燥：金泥集團選擇在豎式干燥窯方面有經驗的供貨商，以電石生產原材料共同進行試驗，最終采用豎式干燥窯；

熱風爐型：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：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，同時考慮以煤粉為開車和輔助燃料。

（4）電石爐：年產10萬t密閉式電石爐，土建、電氣預留空心電極。

（5）電石出爐：燒穿器和半機械化燒、堵爐眼機。

（6）爐氣凈化：干法爐氣凈化（正壓）。

（7）爐氣后處理：水洗，進一步除塵、除焦油。

（8）氣柜：干式氣柜。

（9）電石出爐煙氣除塵：3個出路口連鎖控制。

（10）全廠自動控制：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、生產管理全部集中在生產控制室實現集中控制。

4 單臺年產10萬t大型密閉式電石爐及爐氣干法凈化裝置主要技術方案簡介

4.1 電石爐主要參數和結構特點

4.1.1 主要參數

電石爐產量：9萬t/a（保證值），期望值為10萬t/a；

操作時間：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；

爐體內徑：?11 000 mm；

爐膛深度：3 600 mm；

爐膛內徑：?9 800 mm；

爐蓋高度：1 400 mm；

空心電極：預留；

其他：（略）。

4.1.2 主要結構特點

上料和配料：料斗式計量、配料；

爐頂加料形式：環(huán)形加料機；

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；

短網形式：盡可能縮短，同時配合其他節(jié)能措施；

變壓器補償：補償設計預測值；

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；

出爐嘴個數：3個；

爐襯形式：整體爐襯；

出爐系統(tǒng) 常規(guī)燒穿器+半機械化燒、堵爐眼機；

爐底風機：強制送風；

出爐排煙：3個出路口連鎖控制。

4.2 爐氣凈化主要特點

高溫電石爐氣經過上升管去爐氣凈化，經過水冷夾套煙囪—爐氣引射器—空氣冷卻器—爐氣熱交換器—袋式除塵器，凈化程度達到30 μg/m3后，送爐氣后出爐工序，經過進一步水洗、降溫、除塵、除焦油，使灰塵少于10 μg/m3進入氣柜。除下來的粉塵經過加濕、混合進入粉塵貯倉，準備外運。

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)一直在微正壓下運行。其作用為避免后續(xù)系統(tǒng)負壓，減少密封不嚴，造成空氣進入和引發(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壓狀態(tài)下操作。電石爐內壓力不受后續(xù)爐氣凈化系統(tǒng)的干擾，不受后面爐氣風機系統(tǒng)引風的影響，保證主體裝置電石爐的正常運行，實現電石爐穩(wěn)定和提高作業(yè)率。引流管的設計和凈化系統(tǒng)壓力設計是十分重要的。

5 項目效果預測

5.1 原材料一般條件

5.1.1 石灰石中各成分的質量分數

5.1.2 炭素（焦炭或蘭炭）中各成分的質量分數

其他（略）

原材料適應性：焦炭0%~50%+蘭炭50%~100%

5.1.3 裝置年操作時間：8 000 h

5.2 產品標準

電石成品質量（執(zhí)行GB10665-2004標準）

指標優(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數/% ≤0.06 ≤0.08乙炔中硫化氫的體積分數/% ≤0.1粒度（5~80 mm的質量分數）/% ≥85篩下物（2.5mm以下的質量分數）/% ≤5項目

5.3 主要預期指標

5.3.1 設計指標

操作時間：8 000 h；

小時產量：11.25 t；

年產量：90 000 t；

電耗：3 250 kW·h/t。

5.3.2 期望值指標

操作時間：8 000 h；

小時產量：12.5 t；

年產量：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

在電極柱把持器設計方面，存在一個難于解決的問題，其中，一方面體現在液壓技術方面，即保證多片導電銅瓦壓力平衡，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，它關系到電極殼和導電銅瓦的緊密貼合，而貼合率是直接關系電石爐能力的重要問題。正是這樣，當年挪威LEKEM公司推出了組合式把持器技術，中國1986年引進，并廣泛推廣使用。 目前，液壓技術迅速發(fā)展，對于多片導電銅瓦分配壓力使其平衡的問題早已解決，天辰公司已經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，同時由于電極殼和導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)主體設備主要采用南非邁提克斯公司的專利設備，包括銅瓦、壓力環(huán)、波紋管、保護屏和壓放裝置。設備組成及技術規(guī)格如下：

（1）銅瓦采用鍛造模壓結構，材料采用高導電銅，導電率為98%以上，整體數控機床加工，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，提高了設備的作業(yè)率，降低了運行成本。

（3）波紋管采用不銹鋼304/316，結構采用分體式，內部通水，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）保護屏采用鍛造模壓結構，電渦流損耗極小，同時，電極電抗比不銹鋼結構要小。導電率為95%以上。整體數控機床加工，互換性好，熱傳導性好，熱變形小，使用壽命長。

電極柱下端（保護屏）與爐蓋間雙層密封裝置，設計合理，絕緣及密封效果極佳。

設備保證了高導電率、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)檢修時間只需2 min左右。從停爐到重新開爐，從隔熱保護屏拆卸，內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，鋼絲繩通過滾動軸，不會產生磨損，電極壓放松開時,利用1個液壓缸將彈簧壓緊，松開電極。3條鋼絲繩中的每一條都足以抱緊電極，互為保險裝置。壓放裝置內部裝有防滑材料，相當于汽車剎車閘皮，高強度耐磨，壽命長，運行可靠，保證電極下放可靠，杜絕電極下滑事故。閘瓦結構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象。閘瓦掛到壓放裝置上，松開時，及時同壓放裝置一起離開電極。電極壓放裝置的獨特設計，使抱緊力均勻加到電極上。閘瓦曲線型的結構設計，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