1萬t／a黃磷電爐的結構改進

林義超，梁紹國

（中輕依蘭（集團）有限公司，云南 昆明 650117）

·經驗交流·

1萬t／a黃磷電爐的結構改進

林義超，梁紹國

（中輕依蘭（集團）有限公司，云南 昆明 650117）

對1萬t／a黃磷電爐的結構改進部分進行了論述，介紹了技術改造后取得的效果。

黃磷；電爐；設計；優化

黃磷是高能耗產品，如何合理有效地提高能源利用效率，已成為行業有識之士共同關注的問題。國家工業和信息化部發布并于2009年1月1日起執行的《黃磷行業準入條件》規定，新建黃磷裝置，單臺磷爐變壓器容量必須達到20 000 kVA及以上、折設計生產能力達到1萬t／a及以上。現有黃磷裝置，單臺裝置在10 000 kVA及以上的，如在原料粉塵回收、能耗、尾氣綜合利用、泥磷回收、污水處理、安全保障和磷渣綜合利用等方面沒有達到本條件要求，必須在2011年1月1日前完成相關改造，并經相關部門驗收合格后方可繼續生產。單臺裝置在7 200～10 000（不含）kVA的，如尾氣和爐渣不能夠實現全部綜合利用，須在2011年1月1日前淘汰。

中輕依蘭（集團）有限公司現有1套54 MW、4套20 MW、1套15 MW、2套10 MW磷爐裝置。本文針對15 MW磷爐結構的改進與設計優化進行論述。

1 黃磷電爐結構改進與設計優化內容

為了貫徹落實國家黃磷產業政策，公司對原7 000 t／a（容量為15 000 kVA）1＃黃磷電爐進行技術改造。在設計中，通過對電爐容量與爐體尺寸核算、底板及基礎布置、測溫口位置選擇、渣（鐵）口及流道布置、平頂爐蓋創新設計、電極密封改進等措施，期望達到提高生產效率，降低成本的目的。

1.1 電爐容量與爐體尺寸核算

黃磷電爐的電耗綜合影響因素很多，但從宏觀上看，降低電爐電耗的主要途徑就是“三提高”：提高入爐混合爐料品位，提高混合爐料化料量，提高黃磷電爐產率［1］。其中最主要的途徑是提高混合爐料化料量。混合爐料化料量隨電爐容量增大而增大，主要原因是：①電爐容量越大，單位容量鐵損、網損以及渦流損耗和磁滯損耗越低，特別是電爐采用水冷銅管、爐面以上全采用不銹鋼隔磁等，這類損耗更低得多；②電爐容量越大，電爐體單位容量熱損失越低，尤其是單套25 000 kVA電爐散熱表面積比總容量同等的幾套小電爐散熱表面積的總和小得多。公司7 000 t／a黃磷電爐原設計內徑為7 050 mm，電爐內高5 500 mm，磷爐經過15年的運行，出現產能低、爐溫高、工藝控制不穩定、電力消耗高、爐體泄漏嚴重、產品質量差等問題。本次技改在保留原15 000 kVA變壓器不變的條件下，對1＃磷爐進行結構優化改造。改造后電爐內徑由7 050 mm改為8 000 mm，電爐內高由5 500 mm改為5 290 mm，電極中心圓直徑由2 700 mm改為4 000 mm。一方面減小了電極間的死角，爐內熔池增大，爐料的反應更加充分，產量由原來的21 t／d，增加到28 t／d（達到黃磷行業準入條件10 000 t／a的要求）；另一方面減小了爐內塌料，達到爐壓穩定，電流穩定，操作方便，提升了磷爐性能。

1.2 底板及基礎布置

黃磷電爐規模大小通常由變壓器的容量來決定［2］。由于電爐操作效率在很大程度上受到熱損失的影響，所以，一方面要求電爐的的熱損失最小；另一方面又要求延長電爐的使用壽命，爐體外壁有配套的散熱和冷卻設施。為了保證爐底鋼板不致引起熱變形，整個爐體應固定在易于散熱的基礎上。技改設計中采用爐底板下焊接工字鋼，工字鋼再安裝在條形鋼筋混凝土基礎上的結構，工字鋼與底板的拼板焊縫平行，但與條形鋼混基礎方向垂直，以達到自然通風冷卻和增加爐底鋼板剛性的作用。此外，為方便檢修，要求條形鋼筋混凝土基礎有一定的高度（一般1.2～1.5 m）。

1.3 渣（鐵）口及流道布置

合理布置渣、鐵口及渣、鐵道，是磷爐配套技改的內容之一。在本次磷爐技改方案中，設2組渣、鐵口及2組渣、鐵道，以及2個容積較大的鐵膛。每組渣、鐵口含1個渣口和1個鐵口，每組渣、鐵道含1條渣道和1條鐵道，渣（鐵）口及其流道輪換操作使用。投產以來，操作方便，效果顯著。

圖1 平頂爐蓋圖Figure 1 Flat lid

1.4 測溫口位置選擇

多數電爐的爐底儀表測溫口設置在爐壁上，一般設4個測溫點，均布在靠近爐底最底層的耐火磚的爐壁上。為了更精確監測爐底溫度，測溫管會盡量插入爐子中心。為方便檢修，測溫管外設保護套管。但在實際生產中，因電爐溫度較高，保護套管太長，容易發生變形，測溫管很難取出，以至無法檢修，監測數據也不準確。本項目在改造工程中，把爐底測溫口改到了爐底板，減小了保護套管的長度，同時選用了耐高溫的材料，方便了儀表口的檢修，使監測數據更精確，更好的掌握爐況信息。

1.5 平頂爐蓋創新設計

國內≤1萬t／a黃磷電爐爐蓋大多采用一種拱形結構，由圈梁支承并安裝在爐體外殼上部的環形板上。耐熱混凝土拱頂選用耐火度高的耐火水泥和集料搗制，澆筑方便，這種結構不用鋼筋，節省工時，造價較低，結構穩定，但是這種爐拱必須注意爐蓋與爐壁是否結合牢固，防止因爐壁的熱膨脹而變形，從而造成爐蓋塌落。所以在本次改造工作中，經過公司與設計單位的多次探討，決定采用我公司3萬t／a黃磷平頂大電爐的經驗，再次將不銹鋼板制成的平爐蓋技術應用到1萬t／a的黃磷電爐上，并在爐蓋內側噴涂輕質混凝土，懸掛錨固磚增加爐蓋強度。平頂爐蓋圖見圖1。

平爐蓋具有如下優點：

①減少材料用量。平頂爐蓋與原混凝土爐拱相比，材料用量減少，降低投資成本。

②增加有效容積。采用平頂爐蓋，爐膛容積擴大，爐內熔池增大，爐料反應更加充分，熱損失減少，產量增加。并且在保證容積不變的情況下，可適當降低爐體高度，進一步減少爐體材料用量。

③工藝操作穩定。爐體高度降低后，減少了爐內塌料，爐壓趨向穩定，電流穩定性好，電極的運行距離也相應縮短，減小了電極運行中折斷的可能性。

④方便維護修理。與混凝土爐拱相比，不銹鋼板平爐蓋不起承重作用，只是起絕緣與隔熱作用，更易于維護修理。

⑤減少渦流損耗和磁滯損耗。平爐蓋材料全部采用不銹鋼，能夠減少渦流損耗和磁滯損耗，降低了電爐電耗。此外，為防止平爐蓋因跨距大而產生的變形，又在爐蓋頂部中心位置和電爐液壓升降平臺之間，增設了吊掛索扣，以防爐蓋的變形。

⑥增加備用接口。考慮磷爐以后安裝電除塵，增加1個與爐氣出口直徑相同的接口，既可作為電除塵安裝口，又可作為事故處理口。

1.6 電極密封改進

為保證電極密封性，確保電極運行穩定，在本次磷爐改造中，每根電極增加了1套混凝土密封環，既增加了有效密封長度，又方便檢修更換。

2 技改效果

2.1 工藝技術指標

黃磷電爐經技改后，72h性能考核的工藝技術指標見表1。

表1 黃磷電爐72 h性能考核的工藝技術指標Table 1 72h phosphorus furnace technology performance assessment indicators

2.2 經濟效益

7 000 t／a磷爐技改后，在72 h考核期間，磷爐電耗為13 366.52 kW·h／t，焦炭消耗為2.09 t／t，磷礦消耗為9.89 t／t，分別比設計考核值下降了4.52%，0.4%，15.4%。從2013年三個多月的生產實際結果看，改造后的產能較去年提升了約14%（月產量從750 t提升到850 t），電力消耗較去年同期下降1 000 kW·h／t。黃磷回收率由83%提升到86%，黃磷生產成本下降500／t元以上，每年降低成本達到425多萬元（按照年產8 500 t產品估算）。

3 結語

上述技術在中輕依蘭（集團）有限公司華寧康盛磷化工公司、海口片區7 000 t／a電爐裝置（1＃磷爐）等黃磷裝置改造中得到運用，項目投產運行以來，效能大為提升，為公司創造了良好的社會效益和經濟效益。

［1］李發謀.關于黃磷生產效益與電爐容量的探討［J］.中國無機鹽，2006（5）：50－56.

［2］南京化學工業公司磷肥廠.電爐法生產黃磷［M］.北京：石油化學工業出版社，1978.

10 000 t／a Phosphorus Furnace Structural Improvements

LIN Yi－chao，LIANG Shao－guo

（ZhongQing YiLan（Group）Co.，Ltd.，Kunming 650117，China）

10 000 t／a phosphorus furnace structural improvements were discussed，the results obtained after the transformation were introduced.

yellow phosphorus；furnace；design；optimization

TQ052

A

1004-275X（2014）05-0062-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.05.016

收稿：2014-04-14

林義超（1966-），男，云南麗江人，工程師，長期從事磷化工生產和技術創新管理工作。