淺談工廠設計及新技術在組合式把持器電石爐上的應用

趙永遠 辛紹兵

組合式把持器電石爐自90年代從挪威埃肯公司引進以來，在中國經過多年的消化吸收，結合國內的原材料質量、人員操作水平、設備制造能力、土建設計及施工水平，業內人士進行了多方探索和改進，克服了原來設計中存在的諸多問題，如電極裸露部分過多，電耗較高，三個變壓器非等邊三角形排布，使用過程中因電流分布不均而使角區電流密度大，易燒壞導電筋板等，逐漸成為密閉電石爐的主流工藝趨勢，工藝設計和設備制造已完全國產化，而且呈現爐型大型化、節能化的趨勢。但是，由于行業還沒有統一的規范和標準，如何在設計初期優化工藝參數，將生產實際中發現的問題解決掉就成為項目建設單位和設計人員需要優先慎重全面考慮的事情。本人結合在密閉電石爐從事技術及生產管理工作多年的經驗，在我公司新建30萬噸/年密閉電石綜合利用示范項目中，進行了一些的探索和改進，與行業人士進行交流學習，主要的做法如下：

1、在工廠總體設計中和總圖布置上進行優化。根據生產工序的排列上，首先要考慮縮短物流路線，優化設備及工藝布置；其次要考慮功能區劃分明，便于環境治理；第三要考慮原料和成品的貨運物流暢通有序，廠區的環形道路要互連互通，減少貨運轉運次數；第四，由于電石生產具有高溫、粉塵相對較大、崗位隨時不能離人的特點，在使用功能上要多為生產人員進行人性化設計考慮，如多設置送飯點、合理的盡可能多的設置廁所、消防、綠化、降噪設施、寬敞的操作間和行走通道等。在生活設施上舍得投入，才能在投運后穩定人心，方便生產和生活。第五，在污染治理上要舍得投入。在對設備及運輸通廊進行全面密封情況下，合理布置除塵設施，精心計算各揚塵點所需風量、風壓；根據不同的使用溫度、介質，選用合理的過濾風速和布袋材質。

2、優化工藝參數。通過參觀學習國內各生產廠家的裝置，結合各家的設計參數和實際使用效果，進行工藝參數優化，確定合適的電極直徑、極心圓直徑、爐體及爐蓋高度、加料管個數及分布、加料管深入爐內長度、變壓器的合理參數。

挪威埃肯的爐型參數在使用中發現：存在電極直徑設計較大，相應的極心圓直徑也大，爐膛深度深，爐蓋高度低等問題以及對使用原料要求高，適合于精料。我們結合德馬克爐型的參數進行了優化，適當調小電極直徑、增加爐蓋高度，使其適應國內原料和操作習慣。

使用中還存在：爐膛中心布料不足，布料器長度短，不利于降低爐內溫度。我們將布料器加長200mm，數量由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。

使用中還發現：埃肯爐型由于三個變壓器分布距離不等，短網長度不同，因集膚效應和中心部位散熱不良導致角區和外圍短網上的電流分布不平衡，經測試相差達30%左右，如操作中存在三相電極擺放不合適時差異更大。這樣極易導致角區的接觸元件因電流過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，嚴重時或者電極長度過長則需要炸掉電極，重新焙燒電極。為解決此問題，我們設計布置變壓器位置使其呈等邊三角形均布，同時，將傳統的12組元件改成16組，降低了每組元件上流過的電流，并應用跳相技術改變導電銅管布置方式，使角區和外圍的電流在理論上均勻化。另外，埃肯爐型的電流電壓比值小，在原料質量較好的情況下，電極能深入料層內，裸露部分就少，電爐電耗就會下降；而國內普遍的原料質量達不到此爐型的要求，這樣電極就很難深入料層內，裸露部分增加，料面溫度高，電爐電耗就會增加。為適應國內原料可以將電流電壓比值適當提高，以達到電極更好深入料內，降低溫度和電耗的效果。

3、主要應用的新技術介紹：

在我們的項目中總結了使用中存在的問題后，有針對性地提出了有效整改措施，主要有：

（1）進行了主體結構優化，將變壓器等邊三角形排布，并盡量靠近爐子，減少短網長度，降低電耗；

（2）采用110KV進線入爐，取消了星/角轉換。榆林地區110KV進線的電價要便宜2分多，可以降低生產成本；以往的35KV進線都有星/角轉換，如在110KV進線中設轉換開關，造價很高，且系統運行的可靠度差；星接運行主要是在開爐階段為了降低入爐電壓便于調節爐況和焙燒電極時使用，正常生產中不會用的，取消轉換開關后，我將爐變的起檔電壓從100V開始，在開爐階段和焙燒時利用電極深入長度和爐料電阻來調節即能達到目的；同時，還減少了因倒換開關的停電次數和時間。

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

（4）根據神木地處沙漠風沙較大的自然條件，對電石爐所用冷卻水進行軟化處理，采用封閉式冷卻塔。這樣，一方面軟水去除了金屬離子，不會結垢，冷卻水系統封閉運行也避免了環境中的沙塵帶入系統的可能，徹底凈化了水質，保證了設備的冷卻效果，延長了設備使用壽命。過去使用的循環冷卻水一般只采用加藥及殺菌滅藻，沒有使用軟水，在電石爐的高溫條件下運行時經常出現結垢現象，甚至出現爐蓋底板全部燒壞，結成的厚厚的水垢層變成底板的情況，冷卻效果極差，經常出現爐蓋設備漏水的事情，給安全生產和開車率帶來極大的危害。

（5）降低水套底座的高度和加長料管的長度。埃肯爐型的水套底座高度較高，電極落到下限時的裸露部分仍很多，布料器長度短，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。為解決此問題，我們將水套底座高度降低200mm，將布料器長度增加200mm，就能有效減少電極的裸露和降低爐氣溫度。

（6）電爐無功補償采用國家智能電網推薦的SVG先進技術。隨著電石爐容量的逐步大型化，其自然功率因數會降低的，為達到提高入爐有功功率，降低無功消耗，提高功率因數，必須進行電容補償。傳統的高壓電容補償后雖然力率達到0.90以上，供電局不會罰款，但是補償的是電網，入爐有功功率不能提高；中壓電容補償可以部分補償到爐子上，但是需要的電容量很大；低壓電容補償直接可以補償到爐子，提高入爐電壓和有功功率，但是補償容量更大，補償導線在短網上連接很不容易，使用中存在電容衰減很大，如果電爐大修時間長，再次投運后衰減的更厲害，使用維護的工作量很大。我們綜合各種補償的優缺點后，采用中低壓聯補的方法，具體分配比例為中壓補償容量占三分之二，低壓補償占三分之一的方式，采用國家智能電網推薦的動態補償的SVG先進技術。該補償具有如下優點：保證電石爐在任意工況下，功率因數始終達到0.95以上；具備連續快速調節入爐電流、電壓的能力；有分相調節能力，在任意工況下使短網三相電壓平衡；動態跟蹤性能好，不過補，可以濾除各次諧波。

（7）對環形加料機進行改造。埃肯爐型設計的爐頂環形加料機刮板氣缸在加料機內部，由于溫度較高，氣缸密封材料易燒壞，影響使用效果；使用三組傳動裝置，因加料機直徑較大，傳動裝置負荷大，運行中經常出現故障。我們將刮板氣缸外置就可以有效延長氣缸壽命，減少檢修次數；增加三組平衡裝置，這樣設備整體的平衡性能增加了，傳動裝置的負荷就會明顯減小，設備整體的變形量小了，壽命會大為延長。

（8）對關鍵運輸線采用雙線工藝，膠帶機一用一備，可以隨時切換，有效保證生產運行。使用蘭炭生產電石有利有弊，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，且價格低；但是其燃點低，烘干后的儲存及運輸中容易發生自燃現象，易發生燒毀運輸膠帶的情況，給生產帶來影響。除了在生產管理上采取密封料倉，隔絕空氣減少自燃、膠帶上用水降溫等措施外，對關鍵運輸線雙線工藝很有必要， 有效減少因原料供應不上而導致的電石爐降負荷或者停爐的事故。

綜上所述，我們在建的30萬噸/年密閉電石綜合利用示范項目從工廠布置、工藝路線設計、設備性能、安全環保等方面吸取了以往運行中出現的各種問題，經過詳細論證后進行了有針對性的有效改進，力圖避免和解決實際生產中的制約因素，使設計更加合理，使用更加方便，以期達到確保安全環保、穩定長周期運行、節能循環利用、使埃肯爐型適應國內實際情況，更好發揮作用的目的。

項目2012年底逐臺投產至2013年6月底全部投產后的使用效果良好，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30000KVA，單爐日產最高240噸，平均日產200噸，質量平均在290L/Kg，電爐電耗在3050--3100KWh/t，全廠平均動力電耗在150KWh/t以下，并于2014年6月順利完成72小時性能考核及單項驗收。當然，隨著人員對設備認識和掌握程度的加深以及操作水平的逐步提升，設備潛力將得以逐步挖掘，有功功率穩定在31000KWA以上，產量還有提高的空間，相應的電耗下降空間還很大，還要加強原材料進廠質量的把關工作，進一步加強生產管理使裝置更好發揮作用。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，以便提高自身水平。