浅谈工厂设计及新技术在组合式把持器电石炉上的应用

赵永远 辛绍兵

组合式把持器电石炉自90年代从挪威埃肯公司引进以来，在中国经过多年的消化吸收，结合国内的原材料质量、人员操作水平、设备制造能力、土建设计及施工水平，业内人士进行了多方探索和改进，克服了原来设计中存在的诸多问题，如电极裸露部分过多，电耗较高，三个变压器非等边三角形排布，使用过程中因电流分布不均而使角区电流密度大，易烧坏导电筋板等，逐渐成为密闭电石炉的主流工艺趋势，工艺设计和设备制造已完全国产化，而且呈现炉型大型化、节能化的趋势。但是，由于行业还没有统一的规范和标准，如何在设计初期优化工艺参数，将生产实际中发现的问题解决掉就成为项目建设单位和设计人员需要优先慎重全面考虑的事情。本人结合在密闭电石炉从事技术及生产管理工作多年的经验，在我公司新建30万吨/年密闭电石综合利用示范项目中，进行了一些的探索和改进，与行业人士进行交流学习，主要的做法如下：

1、在工厂总体设计中和总图布置上进行优化。根据生产工序的排列上，首先要考虑缩短物流路线，优化设备及工艺布置；其次要考虑功能区划分明，便于环境治理；第三要考虑原料和成品的货运物流畅通有序，厂区的环形道路要互连互通，减少货运转运次数；第四，由于电石生产具有高温、粉尘相对较大、岗位随时不能离人的特点，在使用功能上要多为生产人员进行人性化设计考虑，如多设置送饭点、合理的尽可能多的设置厕所、消防、绿化、降噪设施、宽敞的操作间和行走通道等。在生活设施上舍得投入，才能在投运后稳定人心，方便生产和生活。第五，在污染治理上要舍得投入。在对设备及运输通廊进行全面密封情况下，合理布置除尘设施，精心计算各扬尘点所需风量、风压；根据不同的使用温度、介质，选用合理的过滤风速和布袋材质。

2、优化工艺参数。通过参观学习国内各生产厂家的装置，结合各家的设计参数和实际使用效果，进行工艺参数优化，确定合适的电极直径、极心圆直径、炉体及炉盖高度、加料管个数及分布、加料管深入炉内长度、变压器的合理参数。

挪威埃肯的炉型参数在使用中发现：存在电极直径设计较大，相应的极心圆直径也大，炉膛深度深，炉盖高度低等问题以及对使用原料要求高，适合于精料。我们结合德马克炉型的参数进行了优化，适当调小电极直径、增加炉盖高度，使其适应国内原料和操作习惯。

使用中还存在：炉膛中心布料不足，布料器长度短，不利于降低炉内温度。我们将布料器加长200mm，数量由12根增加到15根，使中心布料更加均匀，有利于减少弧光和辐射热，降低料面温度。

使用中还发现：埃肯炉型由于三个变压器分布距离不等，短网长度不同，因集肤效应和中心部位散热不良导致角区和外围短网上的电流分布不平衡，经测试相差达30%左右，如操作中存在三相电极摆放不合适时差异更大。这样极易导致角区的接触元件因电流过大烧毁筋板甚至电极壳的事故，需要停炉检修，重新安装接触元件，严重时或者电极长度过长则需要炸掉电极，重新焙烧电极。为解决此问题，我们设计布置变压器位置使其呈等边三角形均布，同时，将传统的12组元件改成16组，降低了每组元件上流过的电流，并应用跳相技术改变导电铜管布置方式，使角区和外围的电流在理论上均匀化。另外，埃肯炉型的电流电压比值小，在原料质量较好的情况下，电极能深入料层内，裸露部分就少，电炉电耗就会下降；而国内普遍的原料质量达不到此炉型的要求，这样电极就很难深入料层内，裸露部分增加，料面温度高，电炉电耗就会增加。为适应国内原料可以将电流电压比值适当提高，以达到电极更好深入料内，降低温度和电耗的效果。

3、主要应用的新技术介绍：

在我们的项目中总结了使用中存在的问题后，有针对性地提出了有效整改措施，主要有：

（1）进行了主体结构优化，将变压器等边三角形排布，并尽量靠近炉子，减少短网长度，降低电耗；

（2）采用110KV进线入炉，取消了星/角转换。榆林地区110KV进线的电价要便宜2分多，可以降低生产成本；以往的35KV进线都有星/角转换，如在110KV进线中设转换开关，造价很高，且系统运行的可靠度差；星接运行主要是在开炉阶段为了降低入炉电压便于调节炉况和焙烧电极时使用，正常生产中不会用的，取消转换开关后，我将炉变的起档电压从100V开始，在开炉阶段和焙烧时利用电极深入长度和炉料电阻来调节即能达到目的；同时，还减少了因倒换开关的停电次数和时间。

（3）利用专用烧穿变压器维护炉眼，取消以往的从炉变一相引出烧穿器电源的做法。正常维护炉眼需要电流在5000A左右，维护炉眼时很容易因三相不平衡而导致某相电极上下波动较大现象，给操作带来很大困难，而且在炉子停炉情况下无法维护炉眼。使用专用烧穿变压器不会存在三相不平衡现象，随时可以根据需要维护炉眼，但是关键是要选择合适的变压器参数，使其有足够的弧长，满足维护炉眼的需要。

（4）根据神木地处沙漠风沙较大的自然条件，对电石炉所用冷却水进行软化处理，采用封闭式冷却塔。这样，一方面软水去除了金属离子，不会结垢，冷却水系统封闭运行也避免了环境中的沙尘带入系统的可能，彻底净化了水质，保证了设备的冷却效果，延长了设备使用寿命。过去使用的循环冷却水一般只采用加药及杀菌灭藻，没有使用软水，在电石炉的高温条件下运行时经常出现结垢现象，甚至出现炉盖底板全部烧坏，结成的厚厚的水垢层变成底板的情况，冷却效果极差，经常出现炉盖设备漏水的事情，给安全生产和开车率带来极大的危害。

（5）降低水套底座的高度和加长料管的长度。埃肯炉型的水套底座高度较高，电极落到下限时的裸露部分仍很多，布料器长度短，这样料面及炉气温度就高，炉气温度很难降低到600度以下，一般在650-700度。为解决此问题，我们将水套底座高度降低200mm，将布料器长度增加200mm，就能有效减少电极的裸露和降低炉气温度。

（6）电炉无功补偿采用国家智能电网推荐的SVG先进技术。随着电石炉容量的逐步大型化，其自然功率因数会降低的，为达到提高入炉有功功率，降低无功消耗，提高功率因数，必须进行电容补偿。传统的高压电容补偿后虽然力率达到0.90以上，供电局不会罚款，但是补偿的是电网，入炉有功功率不能提高；中压电容补偿可以部分补偿到炉子上，但是需要的电容量很大；低压电容补偿直接可以补偿到炉子，提高入炉电压和有功功率，但是补偿容量更大，补偿导线在短网上连接很不容易，使用中存在电容衰减很大，如果電炉大修时间长，再次投运后衰减的更厉害，使用维护的工作量很大。我们综合各种补偿的优缺点后，采用中低压联补的方法，具体分配比例为中压补偿容量占三分之二，低压补偿占三分之一的方式，采用国家智能电网推荐的动态补偿的SVG先进技术。该补偿具有如下优点：保证电石炉在任意工况下，功率因数始终达到0.95以上；具备连续快速调节入炉电流、电压的能力；有分相调节能力，在任意工况下使短网三相电压平衡；动态跟踪性能好，不过补，可以滤除各次谐波。

（7）对环形加料机进行改造。埃肯炉型设计的炉顶环形加料机刮板气缸在加料机内部，由于温度较高，气缸密封材料易烧坏，影响使用效果；使用三组传动装置，因加料机直径较大，传动装置负荷大，运行中经常出现故障。我们将刮板气缸外置就可以有效延长气缸寿命，减少检修次数；增加三组平衡装置，这样设备整体的平衡性能增加了，传动装置的负荷就会明显减小，设备整体的变形量小了，寿命会大为延长。

（8）对关键运输线采用双线工艺，胶带机一用一备，可以随时切换，有效保证生产运行。使用兰炭生产电石有利有弊，利大于弊，兰炭比电阻高，活性好，固定碳含量高，有利于电极深入料内，且价格低；但是其燃点低，烘干后的储存及运输中容易发生自燃现象，易发生烧毁运输胶带的情况，给生产带来影响。除了在生产管理上采取密封料仓，隔绝空气减少自燃、胶带上用水降温等措施外，对关键运输线双线工艺很有必要， 有效减少因原料供应不上而导致的电石炉降负荷或者停炉的事故。

综上所述，我们在建的30万吨/年密闭电石综合利用示范项目从工厂布置、工艺路线设计、设备性能、安全环保等方面吸取了以往运行中出现的各种问题，经过详细论证后进行了有针对性的有效改进，力图避免和解决实际生产中的制约因素，使设计更加合理，使用更加方便，以期达到确保安全环保、稳定长周期运行、节能循环利用、使埃肯炉型适应国内实际情况，更好发挥作用的目的。

项目2012年底逐台投产至2013年6月底全部投产后的使用效果良好，在全是新员工的情况下，入炉有功功率能保持在27000KVA左右最高达30000KVA，单炉日产最高240吨，平均日产200吨，质量平均在290L/Kg，电炉电耗在3050--3100KWh/t，全厂平均动力电耗在150KWh/t以下，并于2014年6月顺利完成72小时性能考核及单项验收。当然，随着人员对设备认识和掌握程度的加深以及操作水平的逐步提升，设备潜力将得以逐步挖掘，有功功率稳定在31000KWA以上，产量还有提高的空间，相应的电耗下降空间还很大，还要加强原材料进厂质量的把关工作，进一步加强生产管理使装置更好发挥作用。本文但愿能起到抛砖引玉的作用，热切盼望得到同行的帮助和指导，以便提高自身水平。