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      公司新聞

      電石生產(chǎn)的主要爐型介紹及電石爐平臺的配置表

      我國電石工業(yè)生產(chǎn)電石的電爐主要有開(kāi)放式、內燃式、密閉式三大類(lèi),而密閉式電石爐按供電方式又分為交流電石爐和直流電石爐兩種,國內交流電石爐根據其電極把持器的結構形式的不同主要分為引進(jìn)挪威??瞎镜慕M合式把持器電石爐和導電銅瓦式電石爐兩種主要爐型。開(kāi)放式電石爐主要為我國早期發(fā)展電石產(chǎn)業(yè)時(shí)期的爐型,其容量大多小于5000kVA,這種爐型在電爐二層平臺料面層為敞開(kāi)式,只有一個(gè)爐體和變壓器,電極控制有卷?yè)P機實(shí)現,加料從二層平臺樓面加入,沒(méi)有環(huán)保裝置,生產(chǎn)操作完全靠人為經(jīng)驗,環(huán)保效果很差,污染嚴重,能耗指標較高,已經(jīng)全部被淘汰。內燃式電石爐又稱(chēng)半密閉式電石爐(矮煙罩電石爐),其容量主要在25500kVA以下,主要分為兩種,一種是在敞開(kāi)式電石爐的基礎上做出改進(jìn),增加了爐蓋、加料系統及除塵系統,這種改造的裝置較為簡(jiǎn)單,無(wú)原料烘干裝置及爐氣余熱利用裝置,生產(chǎn)仍以人工經(jīng)驗為主;一種是在相關(guān)設計單位的綜合設計計算下,結合實(shí)力較強的設備加工制作安裝單位,全新設計并制造安裝的新型內燃式電石爐,這種電石爐在自動(dòng)化控制、環(huán)保措施及余熱利用上都做了相應的更新和改進(jìn),比之前一種爐型要更為先進(jìn),目前我國電石行業(yè)尚有40%的爐型為此種爐型,為我國的電石工業(yè)發(fā)展做出了巨大的貢獻。大型密閉式電石爐采用全密閉的密封式爐蓋系統,使得電石爐尾氣得以充分回收并加以利用,因電石爐尾氣的主要成分為CO氣體,其熱值較高,約為2400千卡,既可作為燃料去生產(chǎn)電石生產(chǎn)原料必不可少的石灰或者發(fā)電,又可作為生產(chǎn)氮肥的原料,增強了爐氣回收利用的價(jià)值,提高了產(chǎn)品的附加值。大型密閉式電石爐因電極把持器的結構型式不同主要分為組合式把持器電石爐及導電銅瓦式電石爐兩種。(1)組合式把持器電石爐技術(shù)特點(diǎn)引進(jìn)的??厦荛]電石爐技術(shù)其核心技術(shù)是組合式把持器技術(shù)[10],此技術(shù)作為鐵合金生產(chǎn)領(lǐng)域內的先進(jìn)技術(shù),早已廣泛的應用于鐵合金爐,但是在我國引進(jìn)應用以前國外沒(méi)有電石爐應用過(guò)此項技術(shù)。此項技術(shù)是否符合密閉電石爐生產(chǎn)工藝的要求,值得論證。1)組合式把持器的導電裝置為接觸元件,接觸元件夾持電極外導電筋板的導電方式?jīng)Q定了電極焙燒程度的不可控性。在實(shí)際應用中,經(jīng)常會(huì )出現由于電極燒成高度上移造成接觸元件夾持的筋板以?xún)葏^域和其周邊電極筒燒損并且連電燒損接觸元件的事故。此種電極事故處理極其麻煩,由于電極筒的燒損部分不能起到夾持導電的作用,所以必須先將受損元件拆下勘查燒損高度后,用在電極上打孔爆破的方法將多余的電極炸掉,再將電極壓下至電極筒完好處重新安裝新接觸元件。根據??瞎镜募夹g(shù)要求,為保證導電均衡,需將事故相電極的所有元件全部更換。接觸元件通過(guò)夾緊電極筒的導電筋板向電極傳輸電流,由于其導電接觸面積有限,導致接觸面的電流密度達到25A/平方厘米左右。一般情況下,銅與銅的壓接面允許電流密度在空氣冷卻的條件下為15A/平方厘米,在有良好的水冷條件時(shí)允許負荷為50A/平方厘米,變壓器大電流接線(xiàn)端子接觸面的電流密度選擇一般都留有足夠的安全裕度為20A/平方厘米。接觸元件導電接觸面為有水冷的銅與鋼壓接面,允許負荷取銅與銅壓接面的0.5倍值25A/平方厘米。接觸元件導電接觸面的實(shí)際負荷剛剛處于允許負荷的臨界狀態(tài),沒(méi)有留有適當的裕度,給安全運行留下了隱患。導電接觸面的允許負荷受接觸面接觸電阻的制約,接觸電阻又受接觸面溫度的影響。接觸元件導電接觸面的冷卻條件不同于普通壓接面的冷卻,其壓接面的溫升不僅來(lái)自于接觸電阻的電熱效應,并且有來(lái)自電極通過(guò)導電筋板傳導到壓接面的熱量,由于接觸元件特殊的導電方式?jīng)Q定了電極燒成高度的不可控性,接觸元件區域的溫度經(jīng)常會(huì )超過(guò)電極燒結的溫度,達到700℃以上,所以來(lái)自電極傳導到壓接面的熱量會(huì )很大,接觸元件壓接面的實(shí)際溫升必然高于普通壓接面正常冷卻條件下的溫升,從而導致接觸電阻增大。再加上接觸元件壓接面由于壓放電極的緣故經(jīng)常發(fā)生相對位移,細小的顆粒不可避免的會(huì )進(jìn)入壓接面,也導致了壓接面接觸電阻的增大[12]。以上兩項因素造成接觸元件導電壓接面接觸電阻增大,必然導致壓接面負荷能力大幅度降低,使本就處在允許負荷臨界狀態(tài)的壓接面溫度大幅度升高,因此燒損事故發(fā)生就成為必然的結果。另外,在??蠣t上普遍采用了低壓(二次側)無(wú)功補償技術(shù),這種無(wú)功補償的方式雖然可以提高變壓器的有功功率輸出,但是這種補償方式會(huì )造成變壓器二次側電流測量值與補償裝置接入點(diǎn)以后的電極實(shí)際運行電流值不符的現象,也就是電極實(shí)際運行電流值遠遠大于測量值。這就造成了一種假象,二次電流監測值雖然在允許范圍內,但電極實(shí)際運行電流值已經(jīng)大大超出了接觸元件的負荷能力。

      2)由于接觸元件不能進(jìn)入爐蓋內工作,導致電極運行長(cháng)度大幅度增加,在保證端底距離的前提下25500KVA電石爐電極長(cháng)度需控制在2.2米左右,這超長(cháng)的電極運行長(cháng)度勢必影響電極的安全運行,并且增加了電能損耗和無(wú)功負載。和同容量的導電銅瓦爐相比單相電極增長(cháng)約900mm、增重1500kg以上,增長(cháng)的電極造成每噸電石多消耗電能100度以上。為彌補這一缺陷并提高熱效率采用了提高料面高度的布料裝置。但這一措施的采用恰恰違背了礦熱爐料層高度應有額定值的原則。其害有二:料面位置過(guò)高導致?tīng)t子的操作電阻大幅度減小,電極難以深入爐內操作,電爐不能高負荷運行。實(shí)際操作中,即使放棄了高質(zhì)量、高功率因數這兩項電石爐操作中必須遵循的工藝控制原則,仍然不能達到理想的效果。料層過(guò)厚而且將馬蹄形布料器布置于吃料口的正上方,這種料面布置方式直接抑制了反應氣體的順利排出,使反應區內的壓力增大,嚴重阻礙了化學(xué)反應的正常進(jìn)行,增加了電石爐能耗。反應區內的壓力增大,必然導致塌料、噴料現象發(fā)生,嚴重破壞爐內反應次序,并且威脅設備安全。爐內料層預熱主要依靠熔池內逸出的高溫爐氣對流傳熱,且預熱程度不得過(guò)高,否則將造成支路電流過(guò)大、電極難下、功率分配不當的不良后果。而人為的增加料層厚度正是減小了三角形回路電阻,使料層中得到了更多的功率分配,從而促使爐料過(guò)度預熱、爐面溫度過(guò)高。爐料上層溫度過(guò)高產(chǎn)生粘接紅料和熔池內部壓力過(guò)高正是爐內產(chǎn)生熔洞、料層結殼的主要原因。針對??显O計中極心圓直徑過(guò)大、反應區內功率密度不足、三相熔池經(jīng)常不通、電極難以深入爐內操作、電石爐不能高負荷運行等現象,以?xún)让晒藕<槭椎牡谝惠喸鋈莞脑旃ぷ鏖_(kāi)始進(jìn)行。此種改造是在不改變電石爐參數的情況下將變壓器容量由25500kVA增至27000kVA—30000kVA。前面已經(jīng)分析過(guò),電極難下,電石爐運行不佳主要是因為料面布置不合理,導致操作電阻大幅度減小造成的,而增加變壓器容量實(shí)際上是人為的提高電流電壓比用以滿(mǎn)足大幅度減小的操作電阻。這種增容方式無(wú)異于小型開(kāi)放式電石爐中普遍采用的超負荷運行方式,是以超電流運行的方式達到高負荷運行的目的。在小型開(kāi)放式電石爐上采用這種方法,由于其短網(wǎng)結構、熔池結構的特點(diǎn)決定了無(wú)功負載所占比例較小;再加上靈活的爐面操作手段,實(shí)踐證明可以增加爐內有功輸入,從而達到高產(chǎn)、低耗的效果。然而,大型密閉式電石爐由于其短網(wǎng)結構、熔池結構的特點(diǎn)決定了無(wú)功負載所占比例較大,只有高電壓運行才是高功率因數、高電效率、低能耗的保證,而這種超電流運行的方式雖然在一定程度上可以提高運行負荷,但是必然會(huì )導致運行功率因數低、電效率低、能耗高的不良效果。3)全國電石會(huì )上新疆天業(yè)廠(chǎng)最新型40500kVA組合式把持器密閉電石爐生產(chǎn)實(shí)效為證,有功功率:29000kW,功率因數:0.71,定時(shí)處理料面,防止產(chǎn)生熔洞和料層結殼。由于技術(shù)封鎖,雖然無(wú)法得知改造的具體措施,但憑借以上數據和存在的問(wèn)題就可得出效果不佳的結論。電石爐視在功率雖然已達到滿(mǎn)負荷,但是由于功率因數低只達到0.71,所以電效率必然也低,29000kW的有功功率中有大量的電能消耗在變壓器和短網(wǎng)中,其極心圓直徑為3950mm,29000kW的有功輸入遠遠不能滿(mǎn)足反應區的功率密度要求。這樣的運行狀況只能導致高能耗,大量的浪費電力資源。需要定時(shí)處理料面,防止產(chǎn)生熔洞和料層結殼。說(shuō)明料面溫度高、支路電流大、有效功率在熔池和料層中分配不當,熔洞和料層結殼現象的存在會(huì )破壞爐內正常的反應秩序,嚴重時(shí)極大地威脅爐內設備和爐襯的安全。(2)導電銅瓦式電石爐技術(shù)特點(diǎn)導電銅瓦爐型采用的在德國西馬克技術(shù)的基礎上我國相關(guān)業(yè)界專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員自主創(chuàng )新的新型技術(shù)[13],主體設備采用全密閉固定式爐型,主要由以下幾部分組成:爐體、密閉爐蓋、煙囪、短網(wǎng)、電極系統、液壓系統、出爐系統設備等。此技術(shù)核心是電極柱系統采用錐形環(huán)形式抱緊銅瓦,其組成部分有錐形環(huán)、水套、彈簧、松緊油缸、電極把持筒、集電環(huán)、導電銅瓦、銅瓦吊架及銅瓦等,錐形環(huán)的內錐面緊靠導電銅瓦的外錐形面,通過(guò)錐形環(huán)的上升或者下降使錐形環(huán)與電極之間產(chǎn)生徑向壓力來(lái)實(shí)現壓緊和放松電極,根據電極密封結構的不同,分為固定水套式即錐形環(huán)與導向水套可做成整體式和活動(dòng)水套式即錐形環(huán)與導向水套分開(kāi)兩種。錐形環(huán)采用空心通水冷卻,材質(zhì)盡量選用用1Cr18Ni9Ti。錐形角一般為10°-18°,最小為6°。組合式把持器爐型與導電銅瓦爐型技術(shù)特點(diǎn)相比,組合式把持器的導電裝置為接觸元件,接觸元件夾持電極外導電筋板的導電方式?jīng)Q定了電極焙燒程度的不可控性;由于接觸元件不能進(jìn)入爐蓋內工作,導致電極運行長(cháng)度大幅度增加,導致運行功率因數低、電效率低、能耗高的不良效果,而銅瓦爐則很好的解決了這些問(wèn)題,運行自然功率因數提高,電熱效應很好的傳輸到冶煉熔池中,有效地提升了電爐冶煉的電熱效率,降低了電爐電耗,提升了電爐產(chǎn)量。(3)直流電石爐技術(shù)直流電石爐技術(shù)在我國電石行業(yè)尚處于技術(shù)研發(fā)階段,還未有較為成功的案例運用于電石生產(chǎn)中,直流電石爐技術(shù)顧名思義,就是在供電方式上采用直流電形式,直流電在通過(guò)感性負載時(shí)不會(huì )生產(chǎn)感生電流與電壓,對直流電而言感性負載只相當于負載本身的電阻,也就是對直流電來(lái)說(shuō)感性負載本身的電感等于零,即不存在,直流電只通過(guò)感性負載本身的電阻做有用功。交流電不僅需要通過(guò)感性負載本身的電阻做有用功,還要通過(guò)感性負載本身的電感做無(wú)用功(即無(wú)用功輸出),因此那些大型用電設備(如電弧爐等)采用交流電供電不僅電能利用效率低,損耗大,還會(huì )在其系統中形成極為復雜的損耗關(guān)系,給節能、降耗帶來(lái)較大困難及高額的資金投入。直流電石爐技術(shù)會(huì )是以后電石工業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向,但是目前仍未能夠與工業(yè)生產(chǎn)有效地結合起來(lái),在試驗的過(guò)程中仍有很多問(wèn)題未能得到有效地解決,因此,直流爐技術(shù)仍需要業(yè)界同仁繼續努力研究,找到實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生問(wèn)題的解決辦法,完善其從試驗裝置到工業(yè)化生產(chǎn)的轉變過(guò)程,早日運用到電石生產(chǎn)中去,將為電石工業(yè)的節能、降耗帶來(lái)不可估量的變革。大型密閉電石爐其構造型式大同小異,其核心部件主要有爐體、爐蓋、電極把持器、液壓系統、下料系統等,本次課題主要以導電銅瓦式電石爐為主要研究模型。電石爐各平臺的配置見(jiàn)下表:

      1 電石爐各平臺配置表

      1 電石爐立面布置圖


      導電銅瓦電石爐主要包括:1)爐殼爐殼是爐體的主要組成部分,為采用δ=20mm鋼板焊接而成的圓筒體,爐底板采用δ=20mm鋼板,爐體采用工字鋼支撐,自然通風(fēng)冷卻爐底[14]。爐殼設有3個(gè)出爐口,爐襯采用高鋁磚和自焙碳磚新工藝砌筑。2)電爐密閉爐蓋爐蓋側蓋是碳鋼制作的水冷箱體,上平面由π字形三角梁和蓋在其上的覆板構成,上平面π字形三角梁和覆板全部采用1Cr18Ni9無(wú)磁不銹鋼材質(zhì)制作,并且通水冷卻。上平面共設有3個(gè)電極孔和13個(gè)下料孔,側面設有一個(gè)爐氣抽出孔、11個(gè)防爆孔和3個(gè)檢修門(mén)。3)密閉電石爐襯電石爐的爐襯包括爐底自焙碳磚、粘土磚、高鋁磚等耐火材料。其中爐底自焙碳磚為我國某耐火材料廠(chǎng)自主研發(fā)的爐襯絕熱技術(shù)。爐底自焙碳磚爐襯絕熱技術(shù),可改善密閉電石爐內電石生成反應的環(huán)境,使熱能容易集中穩定在爐膛內,改變了爐膛內部溫度場(chǎng),并增加了爐底的溫度,增強了爐底整體導電性能,使電極運行趨于穩定,爐內電能分布更加合理,使得三相間的熔池得以貫通,電石的質(zhì)量得到提升。自焙碳磚爐襯絕熱技術(shù)幫助我們解決了電石爐生產(chǎn)工藝過(guò)程中的電極控制問(wèn)題,這樣電石生產(chǎn)過(guò)程就會(huì )更加順行,工況更為穩定,更容易生成高質(zhì)量的電石,且電石熔液在爐底上粘度變小,更容易排出。4)短網(wǎng)短網(wǎng)包括水冷補償器、水冷銅管、水冷電纜、集電環(huán)、導電銅管及導電銅瓦等裝置。適當的改變土建結構使三臺變壓器盡可能的靠近電石爐且距離相等,結構的合理簡(jiǎn)化大幅度降低了短網(wǎng)部分的有效阻抗,為節能運行打下良好的基礎。5)出爐口排煙系統由出爐口集煙罩、煙管、風(fēng)機、電動(dòng)蝶閥等組成。三個(gè)出爐口共用一臺風(fēng)機,開(kāi)爐時(shí)由風(fēng)機將煙塵抽到車(chē)間外專(zhuān)用除塵器除塵。6)電極把持器電極由三部分組成:帶有壓緊裝置和銅瓦供電系統的電極柱下部分;電極壓放系統部分;電極升降系統部分。導電銅瓦對電極的壓緊由4個(gè)抱緊油缸通過(guò)錐形套實(shí)現,調整油缸的油壓可改變導電銅瓦對電極的壓緊程度。壓放裝置由兩組碟形彈簧抱緊裝置和4個(gè)壓放油缸組成,裝在把持筒上法蘭的框架上。上下抱緊裝置均由4個(gè)彈簧箱和4塊摩擦片組成,摩擦片通過(guò)彈簧箱提供的壓力抱緊電極,壓放電極時(shí),上抱閘彈簧箱在油壓作用下松開(kāi)電極,壓放油缸將上抱閘升起后重新抱緊電極,下抱閘松開(kāi)后壓放油缸通過(guò)上抱閘裝置將電極壓下。把持器上部由臺架與兩個(gè)升降油缸聯(lián)接,油缸的支座固定在三層平臺的鋼平臺上。7)水冷煙道荒煤氣直排水冷煙道,?1000mm,高42m,5.2m、24.5m以上分別安裝氣動(dòng)蝶閥,5.2m以下設置?1600mm積灰罐。爐氣利用水冷煙道,?550mm,接于直排煙道24.5m平臺以上,放空蝶閥下部,其上安裝氣動(dòng)蝶閥。8)電石爐氣間接空冷降溫裝置500-700℃的電石爐氣先將溫度降至高溫煤氣鼓風(fēng)機所能承受的溫度300℃以下再由高溫煤氣鼓風(fēng)機直接送入回轉石灰窯的燒嘴,間接空冷器由箱體和熱風(fēng)管組成,高溫爐氣走管程、冷卻空氣走殼程,換熱面積80平方米,冷卻空氣風(fēng)機55kw,風(fēng)機采用變頻控制,轉速與冷卻器出品溫度連鎖。9)下料系統(爐內布料系統)四樓平臺設置13個(gè)加料倉,共13根下料管。分別為1根中心料管、3根相間料管和9根外圍料管,料倉固定在四樓平臺上,每個(gè)容積8m3,所有下料管在端部裝有1Cr18Ni9Ti材質(zhì)的水冷保護套,料管在爐蓋以上1.5—2.0m部分的材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。10)出爐系統出爐軌道采用單軌道系統,既簡(jiǎn)化了工作程序,還避免了由于道岔變換不當而引發(fā)的安全事故。

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