10万t/a密闭式电石炉及炉气干法净化装置简介

孔祥武，刘 华，杜如铁，李义新

（1.中国天辰工程有限公司，天津300000；2.中钢集团吉林机电设备有限公司，吉林 吉林 132021；3.金泥集团，甘肃 金昌 737109；4.威达环境保护设备有限公司，安徽 合肥 230041）

10万t/a密闭式电石炉及炉气干法净化装置简介

孔祥武1，刘 华2，杜如铁3，李义新4

（1.中国天辰工程有限公司，天津300000；2.中钢集团吉林机电设备有限公司，吉林 吉林 132021；3.金泥集团，甘肃 金昌 737109；4.威达环境保护设备有限公司，安徽 合肥 230041）

介绍了天辰工程有限公司等单位联合开发的10万t/a密闭式电石炉净化装置的特点及参数。

密闭式；电石炉；炉气干法净化装置；特点；参数

1 开发背景

2006年底甘肃省金昌市金泥集团筹建了年产20万t电石项目，2007年1月通过可行性研究并立项，当时采用中国天辰工程公司设计的9 000 kVA×3密闭式电石炉4台套。但是，在2007~2010年间，由于资金筹集、选址等原因，一直拖延到2010年11月才得以正式启动。

当项目重新启动时，金泥集团慎重研究分析了2010年底电石行业的形势认为和可行性研究时期相比已经发生了很大变化。（1）全国电石行业呈现项目规模大型化，一次建设45万t/a、60万t/a的电石工厂已经有十几家，筹建百万吨级的电石企业也有10家以上；（2）在电石行业中，呈现追求单台电石炉进一步大型化的趋势，单台 10000kVA×3、11 000 kVA×3、13 500 kVA×3、15 000 kVA×3 的电石炉相继涌现，与此同时，自德国SMG公司引进27 000 kVA×3（单台12万t/a）10台，自加拿大HAISHI和美国电石公司引进年产 20万t电石炉 8台；（3）由于炉气干法净化技术成熟、炉气后处理技术成熟和普遍采用，天辰公司电石炉气后处理技术的开发成功，使得炉气进一步净化、集中贮存、形成了组分、流量稳定的气源，使得气烧石灰窑被普遍采用，为电石炉气作为化工原料开拓了市场；（4）就10 000 kVA×3这一档密闭式电石炉以及成套技术来说，中国电石行业已经达到世界先进水平。另外，如果将我国电石生产的原材料如炭素材料、石灰石品质远不如国外原材料等情况加入进行评价的话，我国10 000 kVA×3这一档密闭式电石炉以及成套技术已超过世界水平；（5）国家对节能减排、循环经济的要求更加严格，国家工信部和中国电石协会提出的研发和推广大型密闭式电石炉成套技术的规划中指出：“加快推广大型密闭式电石炉，提高尾气等资源的综合利用水平”。

鉴于天辰公司具有一支稳定的、长期从事电石生产设计的团队和一批专业配套的经验比较丰富的专家以及具有完善的质量管理体系，金泥集团决定项目规模改为4台电石炉，单台能力开发国产化最大电石炉，邀请以天辰公司为首有关单位参加，开发大型密闭式电石炉以及炉气干法净化等相应配套装置。

天辰公司承接开发大型电石炉及炉气干法净化相应配套技术的任务，原因是：对本公司能力的自信；通过对国外电石行业的考察、交流增加了开发国产化大型密闭式电石炉的信心，中国电石行业的设计、制造、生产、管理水平已经达到世界先进水平，仅在单台电石炉能力方面尚有差距；特别是中国电石生产操作水平相当高，在中国电石原材料及其管理比较粗放的国情下造就了大批开车经验丰富的专家；正值国家提出鼓励开发大型密闭式电石炉政策出台之时，可谓时机成熟；中国已经能够生产高质量的满足大型密闭式电石炉生产要求的电极糊；对合作单位的信赖。

2 项目开发的技术组织和开发安排

2.1 项目开发的技术组织

项目开发的技术组织由中国天辰工程有限公司牵头，中钢吉电为合作伙伴，共同开发大型电石炉；选择安徽威达环保设备公司为炉气净化技术的合作伙伴，共同开发大型电石炉炉气干法净化技术。

2.2 项目的开发过程安排

2.2.1 初步确定项目目标

（1）单台大型密闭式电石炉规模

电石炉生产能力（单台年产电石）：

设计值：9 万t；

期望值：10 万t；

年运行时间：8 000 h。

（2）配套炉气干法净化装置规模

炉气干法净化装置炉气处理能力；

按照电石炉年产9万t和10万t配套设计；

炉气净化后灰尘含量：小于30 mg/m3；

要求在工况内正常运行。

（3）项目周期

项目启动：2010年11月；

项目投产：2012年6月；

项目评估：2012年11月。

2.2.2 项目的过程安排

（1）天辰公司发表初步电石炉参数和主要结构方案（0版）；天辰公司发表初步新的干法炉气净化工艺方法和主要流程 （0版）；电石炉变压器参数。2010年11月。

（2）天辰公司、金泥集团、中钢吉电、威达公司联合讨论，论证、修正、确定初步的电石炉参数和主要结构方案（1版）、新的干法炉气净化工艺方法和主要流程（1版）。2010年12月。

（3）中钢吉电、威达公司提出初步的电石炉总图、平、立面布置图（0版）。初步的炉气净化工艺流程图、主要设备参数、结构和平、立面布置图（0版）。2011年1月。

（4）天辰公司、金泥集团、中钢吉电、威达公司联合讨论，论证、修正、确定初步的电石炉总图、平、立面布置图（1版）。初步的炉气净化工艺流程图、主要设备参数、结构和平、立面布置图（0版）。2011年1月。

（5）中钢吉电、威达公司提出施工图条件图，天辰公司进行厂房初步参数和布置设计。2011年2月。

（6）天辰公司、金泥集团、中钢吉电、威达公司联合论证、修正、确定初步的厂房参数和布置设计方案（2 版）。

（7）天辰公司提出电极壳制造方案。

（8）天辰公司和威达公司提出炉气净化非标设备（引流管）的方案图。

（9）天辰公司进行工艺、管道、设备、安装、土建和公用工程系统设计、电气、仪表、电讯、通风除尘等设计。

（10）天辰公司、金泥集团、中钢吉电、威达公司联合论证、修正、确定初步的厂房参数和布置设计方案（2 版）。

（11）进入正常详细设计阶段。

变压器已经招标（2011年3月）；电石炉已经制造；炉气净化装置已经制造；电石炉厂房已经施工（2011年 4月）。

2.3 设计规模的变更

鉴于前述大型密闭式电石炉及炉气干法净化装置开发进展顺利，金泥集团对于项目的前景进一步增强了信心。本次设计完全按照期望值10万t/a进行全厂配套设计，作为项目工程能力可以取定为整数。因此，金泥集团提出将单台电石炉能力改为公称10万t/a，金昌电石项目规模更改为年产40万t电石。

3 金昌40万t/a电石项目全厂主要技术方案简述

按照金泥集团要求，项目设计中主要技术方案如下：

（1）原材料储场：炭材：机械化储场，干料库棚和露天储场相结合；

石灰石：大型机械化圆库+堆取料机。

（2）炭材干燥：金泥集团选择在竖式干燥窑方面有经验的供货商，以电石生产原材料共同进行试验，最终采用竖式干燥窑；

热风炉型：以筛下物粉焦为主燃料，以余下电石炉气为辅助燃料。

（3）石灰生产：初步选择采用双套筒或双蓄热式石灰窑，以净化后电石炉气为燃料，同时考虑以煤粉为开车和辅助燃料。

（4）电石炉：年产10万t密闭式电石炉，土建、电气预留空心电极。

（5）电石出炉：烧穿器和半机械化烧、堵炉眼机。

（6）炉气净化：干法炉气净化（正压）。

（7）炉气后处理：水洗，进一步除尘、除焦油。

（8）气柜：干式气柜。

（9）电石出炉烟气除尘：3个出路口连锁控制。

（10）全厂自动控制：电石炉包括配料、下料、压放、升降、炉压控制、净化系统以及全厂原材料加工、送、变、配电、电视监视、生产管理全部集中在生产控制室实现集中控制。

4 单台年产10万t大型密闭式电石炉及炉气干法净化装置主要技术方案简介

4.1 电石炉主要参数和结构特点

4.1.1 主要参数

电石炉产量：9万t/a（保证值），期望值为10万t/a；

操作时间：8 000 h；

电炉入炉功率：38 MW；

电炉变压器：18 000 kVA×3；

电极直径：Ø1 550 mm；

极心圆直径：Ø4 100 mm；

炉体高度：5 400 mm；

炉体内径：Ø11 000 mm；

炉膛深度：3 600 mm；

炉膛内径：Ø9 800 mm；

炉盖高度：1 400 mm；

空心电极：预留；

其他：（略）。

4.1.2 主要结构特点

上料和配料：料斗式计量、配料；

炉顶加料形式：环形加料机；

电极柱形式：波纹管压力环式，本电石炉采用麦迪克斯的波纹管压力环式电极柱；

变压器：正三角形布置；

短网形式：尽可能缩短，同时配合其他节能措施；

变压器补偿：补偿设计预测值；

炉盖形式：多边锥形大开孔；

电极柱和炉盖冷却形式：密闭式循环水；

出炉嘴个数：3个；

炉衬形式：整体炉衬；

出炉系统 常规烧穿器+半机械化烧、堵炉眼机；

炉底风机：强制送风；

出炉排烟：3个出路口连锁控制。

4.2 炉气净化主要特点

高温电石炉气经过上升管去炉气净化，经过水冷夹套烟囱—炉气引射器—空气冷却器—炉气热交换器—袋式除尘器，净化程度达到30 μg/m3后，送炉气后出炉工序，经过进一步水洗、降温、除尘、除焦油，使灰尘少于10 μg/m3进入气柜。除下来的粉尘经过加湿、混合进入粉尘贮仓，准备外运。

本流程采用正压方法，以净化后的电石炉气反流到炉气引射器，使得引射器后除尘系统一直在微正压下运行。其作用为避免后续系统负压，减少密封不严，造成空气进入和引发着火状况。其突出作用是，基本使电石炉保持在微正压和微负压状态下操作。电石炉内压力不受后续炉气净化系统的干扰，不受后面炉气风机系统引风的影响，保证主体装置电石炉的正常运行，实现电石炉稳定和提高作业率。引流管的设计和净化系统压力设计是十分重要的。

5 项目效果预测

5.1 原材料一般条件

5.1.1 石灰石中各成分的质量分数

5.1.2 炭素（焦炭或兰炭）中各成分的质量分数

其他（略）

原材料适应性：焦炭0%~50%+兰炭50%~100%

5.1.3 装置年操作时间：8 000 h

5.2 产品标准

电石成品质量（执行GB10665-2004标准）

指标优等品 一等品 合格品发气量（20℃，101.3 kPa）/（L·kg-1） ≥300 ≥280 ≥260乙炔中磷化氢的体积分数/% ≤0.06 ≤0.08乙炔中硫化氢的体积分数/% ≤0.1粒度（5~80 mm的质量分数）/% ≥85筛下物（2.5mm以下的质量分数）/% ≤5项目

5.3 主要预期指标

5.3.1 设计指标

操作时间：8 000 h；

小时产量：11.25 t；

年产量：90 000 t；

电耗：3 250 kW·h/t。

5.3.2 期望值指标

操作时间：8 000 h；

小时产量：12.5 t；

年产量：100 000 t；

电耗：3 150 kW·h/t。

6 电极柱简介

6.1 选择波纹管压力环形式的主要理由

在电极柱把持器设计方面，存在一个难于解决的问题，其中，一方面体现在液压技术方面，即保证多片导电铜瓦压力平衡，使每片铜瓦对于电极壳的压力，也就是对于电极的把持力平衡。另一方面，导电铜瓦可以加工得非常规整，但是，电极壳是薄板制造的大直径工件，刚性很差，保证外表面的形位公差和外表面光洁度，保证在电石炉上良好的续接电极壳及保证续接后焊口均匀、焊透、光滑非常重要，它关系到电极壳和导电铜瓦的紧密贴合，而贴合率是直接关系电石炉能力的重要问题。正是这样，当年挪威LEKEM公司推出了组合式把持器技术，中国1986年引进，并广泛推广使用。 目前，液压技术迅速发展，对于多片导电铜瓦分配压力使其平衡的问题早已解决，天辰公司已经解决了高精度电极壳的制造和续接电极壳问题。采用波纹管压力环形式安全可靠，同时由于电极壳和导电铜瓦之间贴合率的提高，可以提高电石炉有效功率。

6.2 麦迪克斯波纹管压力环形式的电极柱

本电石炉电极柱系统主体设备主要采用南非迈提克斯公司的专利设备，包括铜瓦、压力环、波纹管、保护屏和压放装置。设备组成及技术规格如下：

（1）铜瓦采用锻造模压结构，材料采用高导电铜，导电率为98%以上，整体数控机床加工，精度高，互换性好；

（2）压力环采用铜银合金，底部密封采用陶瓷/碳化硅密封的分段弹性材料，每段材料背后有单独的弹簧，保证了良好的密封，确保电石炉操作的安全。可以使压力环的使用寿命提高到15～20年，提高了设备的作业率，降低了运行成本。

（3）波纹管采用不锈钢304/316，结构采用分体式，内部通水，直径很大，普通的冷却水足以提供足够的抱紧力。解决了波纹管与铜瓦接触处漏油的难题，还起到冷却的作用。

（4）保护屏采用锻造模压结构，电涡流损耗极小，同时，电极电抗比不锈钢结构要小。导电率为95%以上。整体数控机床加工，互换性好，热传导性好，热变形小，使用寿命长。

电极柱下端（保护屏）与炉盖间双层密封装置，设计合理，绝缘及密封效果极佳。

设备保证了高导电率、高换热效率、良好的密封，并且维修极为方便，采用重锤和特殊夹具安装方式，压力环检修时间只需2 min左右。从停炉到重新开炉，从隔热保护屏拆卸，内部管路维修至装配连接完成，仅需30 min。

（5）电极压放装置抱紧电极，利用高强度弹簧，通过钢丝绳将力均匀加给电极周围，钢丝绳通过滚动轴，不会产生磨损，电极压放松开时,利用1个液压缸将弹簧压紧，松开电极。3条钢丝绳中的每一条都足以抱紧电极，互为保险装置。压放装置内部装有防滑材料，相当于汽车刹车闸皮，高强度耐磨，寿命长，运行可靠，保证电极下放可靠，杜绝电极下滑事故。闸瓦结构采用曲线型接口形式，避免闸瓦接口与电极壳接口重合而造成的电极壳焊口开裂的现象。闸瓦挂到压放装置上，松开时，及时同压放装置一起离开电极。电极压放装置的独特设计，使抱紧力均匀加到电极上。闸瓦曲线型的结构设计，避免闸瓦接口与电极壳接口重合而造成的电极焊口开裂的事故发生。

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