电石电耗偏高原因分析及优化解决方案

翁 明，陈凤凤

（陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林719319）

《电石单位产品能耗限额》标准中规定电石单位产品能耗先进值≤3 050 kW·h/t，电石生产中导致电石炉电耗高的因素较多，大致有兰炭灰分、兰炭挥发分、白灰生过烧、白灰含杂、电极入炉深度、开炉电热流失、料面温度等方面，为进一步查找出电石炉电耗高的原因， 继而按照各因素对电耗的影响程度以及解决难度分类、分阶段、分层级制定相关管控措施，逐项理清、落实措施、按期比对，最终将电石炉电耗维持在目标范围内，降低电石生产成本，提高公司生产效益。

1 2019 年电耗数据

2019 年电石炉各炉工艺电耗情况见表1；

2017—2019 年电石产量及电石电耗情况对比见表2。

2 影响因素分析

2.1 原料方面

2.1.1 白灰生过烧

白灰生烧量越大， 带入炉内的CaCO3量就越多，CaCO3在炉内分解吸收消耗的也就越大，即电耗就越多，同时生烧白灰较正常白灰偏重，影响入炉原料配比，过烧白灰较正常白灰体积小、活性度低，结构致密，影响电石反应速度及电石发气量。

统计2020年1-2月及2019年白灰生过烧情况，具体数据见表3。

2019年各月生过烧情况具体见表4。

由表3 可看出，2019年以来，平均白灰生过烧居高不下，合格率低位运行，此为影响电石电耗的主要因素。

表1 2019年各炉电耗情况 （kW·h）

表2 2017-2019年电炉电耗比对

表3 白灰生过烧对比（生过烧≤8.5%视为合格）

表4 白灰生过烧对比（生过烧≤8.5%视为合格）

管控目标：4 月开始，白灰平均生过烧（以生产科在筛分楼取样， 使用水溶法化验结果为准） 降至8.5%以内，合格率提升至80%以上（以生过烧8.5%为合格点），并逐月降低生过烧，提高合格率。

管控措施：（1）优化白灰窑供气方式，电石炉正常运行时， 白灰窑根据电石炉煤气产生量调整白灰窑产量，全部使用电石炉气煅烧白灰，尽量将碳化炉煤气用于热电锅炉发电。 （2）电石炉异常多台停运时，打开白灰加压机房顶煤气掺烧阀，进行碳化尾气短时间掺烧。 （3）石灰石上料系统正常时，必须通过上料系统进行上料， 遇上料系统异常或无法保证正常石灰石供应量时， 部分石灰石由零散倒运至料场滚筛上料，减少面子砂石等杂质进入白灰窑。 （4）统计白灰生过烧时需将平均生过烧及合格率做为重要指标双重管控。（5）保证白灰窑入窑煤气热值仪的正常使用， 优化煤气热值与窑膛温度及煤气压力的控制逻辑。 （6）调整优化出料温度及出料频次，形成具体优化方案。（7）增设筛分楼前白灰输送皮带生过烧石灰捡拾岗位，控制入炉白灰生过烧量，捡出的大生烧白灰回窑煅烧或磨粉后脱硫。

2.1.2 石灰石含杂

石灰石含杂主要指石灰石中Fe2O3、Al2O3、MgO等物质，杂质入炉后对电石电耗影响较大，杂质在高温下都会与兰炭发生还原反应，生成单质硅、铁、铝和镁，会在电石炉运行过程中造成炉底上抬、料面板结、炉墙损坏等。

统计2020 年1-2月及2018、2019 年石灰石中MgO、Fe2O3、Al2O3等杂质情况，具体数据见表5。

表5 石灰石含杂情况对比

管控目标：2020 年以来， 按生产科对入厂石灰石的质量指标分析汇总来看， 除SiO2合格率低外，其他各杂质合格率均为100%，要求SiO2合格率4月升至90%以上， 同时确保化验方法及结果可靠真实。同时2020 年较2018 年及2019 年石灰石中SiO2含量升高，影响电耗。

管控措施：（1）严把石灰石入库质量关，根据原料指标情况不断细化缩小指标控制范围， 进一步保障原料质量稳定性。 （2）论证自动取样及混样、制样装置，保证样品完全均化缩分后进行化验，遵照现有质量指标要求执行，混样超过指标的一律拒绝入库，从根本上控制电石炉氧化镁量。（3）石灰石堆场增设捡杂石岗位，控制杂质入窑量。

2.1.3 白灰活性

白灰的活性是指白灰在电石生成反应过程中的反应能力，石灰的活性越高，其在电石生成反应过程中熔化速度越快，能加快Ca-C 之间的反应。 活性度高的石灰进入熔池后，能更加完全、快速与C 反应，使整个电石反应连续稳定进行。 而活性度低的石灰进入熔池后，由于参与反应的速度相对较慢，使整个熔池里面存在反应不均衡现象，打乱料层结构，使电石炉操作出现反复，降低电石炉运转率，电耗升高。白灰活性情况见表6。

表6 白灰活性情况对比

管控目标：行业内套筒窑、双膛窑等窑型可将白灰活性控制在340-360 N-HCl， 鉴于该公司白灰窑使用的煤气热值低的问题， 暂将白灰活性管控目标定为300 N-HCl 以上。

管控措施：（1）稳定窑温，保证电石炉稳定运行，确保尾气量充足、热值稳定，定期清理白灰窑通道积灰。 （2）保证入厂石灰石粒度、杂质等满足质量指标要求， 新增含面率指标，（入厂根据车内面子情况进行折扣）遵照现有质量指标要求执行，混样超过指标的一律拒绝入库，从根本上控制石灰石杂质含量。

2.1.4 兰炭灰分

兰炭中的灰分全部由氧化物组成， 在电石反应过程中氧化物被还原，既消耗电能，又消耗碳素，同时降低电石纯度，炉料中灰分每增加1%，电石用电增加50~60 kW·h。

统计2020年1～2月及2018、2019年兰炭灰分情况，具体数据见表7。

表7 兰炭灰分情况对比

由表7 看出，2020年及2019年兰炭灰分与2018年相比均为上升趋势。

管控目标： 兰炭灰分指标及合格率在现有基础上继续优化， 保证灰分不高于7%， 合格率不低于95%。

管控措施：（1）取碳化炉出口烘干兰炭，一个周期内化验同批次不同粒度的兰炭灰分、 挥发分进行化验比对（理论上出口小料兰炭灰分高于中、大料）。为筛焦楼破碎后各粒度兰炭入炉比例提供数据依托。 （2）严格把控块煤中灰分指标，严格控制入场块煤粒度（3~8 块），块煤掺用比例变更前提前履行变更流程。

2.1.5 兰炭水分

兰炭带入的水与炉内的兰炭反应生成H2需要多消耗电能。 带入的水分越多，电耗也就越高，同时水与CaO 反应产生Ca（OH）2粉料，入炉后影响料面透气性，容易引起电石炉塌料、喷料等现象，严重时需停电处理。 兰炭水分情况对比见表8。

表8 兰炭水分情况对比

管控目标：烘干兰炭含水按照不同窑型制定不同管控目标，1-4# 卧窑定为小于等于1%，5# 立窑（锦州天晟）定为≤1.5%，6# 立窑（河南德耀）定为≤1%。 水分数据以生产技术科抽检结果为准。

管控措施：（1）对于不同窑型，兰炭按照不同粒度入窑烘干，保证来料稳定，小料在5#立窑烘干，其他窑烘混合料。 （2）增加兰炭水分在线测量装置，每台窑尾皮带配置，保证含水在线监测，随时调整烘干窑工况。（3）论证高温电石余热用于回转窑配风的可行性，增加回转窑内热风量，减少焦面使用。

2.1.6 焦粉粒度

不同粒度的焦粉，电阻率不同，粒度越小，电阻率越大，易利用电极深入，反之，电极不易深入，导致电石上抬，支路电流增大，炉况不稳定，电耗增加。

现有兰炭大中小料区分标准为：＜5 mm 为焦面，5～15 mm 为小料，15～40 mm 为中料，＞40 mm 为大料。 入炉焦粉选用5～40 mm 的焦粉。

管控目标：5～40 mm 兰炭入烘干窑合格率保证95%以上。 按窑型不同，烘干不同粒径的兰炭。

管控措施：（1）形成小料及中料配比方案，按月进行不同比例掺用入炉，分析比对，形成最佳配比。（2）论证在圆盘给料机前皮带增加筛分装置及压球装置的可行性。 （3）提高5#、6#窑运行率，减少卧窑运行时间，以卧窑备用，立窑主要运行的方式进行兰炭烘干。

2.1.7 兰炭挥发分

兰炭中的挥发分大部分为甲烷、 焦油之类的物质，高挥发分的焦粉入炉后，靠近反应区时，会与其他物料形成半融粘状态，影响炉料正常下落，易引起喷料现象，损失热量，同时高挥发分的兰炭会造成炉内氢含量升高，造成电炉联锁停车，影响电石耗电。兰炭挥发分情况对比见表9。

表9 兰炭挥发分情况对比

从表9 可看出，2020 年兰炭挥发分平均值较2019 年有所降低，但合格率大幅下降。

管控目标：4 月前，兰炭挥发分降至6%（正常指标要求）以内，合格率提升至80%以上。

管控措施：（1）严格控制入场块煤粒度（30~80mm），根据化验结果， 形成5-2 煤与3-1 煤合理配比，块煤掺用比例变更前提前履行变更流程。（2）重新梳理细化复合炉各段温度，稳定复合炉各部炉温。 （3）洗煤厂及块煤堆棚增加均化装置的设计， 保证入炉煤指标稳定，配比合理。（4）根据现场实际，加大兰炭分析化验频次，建议每班生产科化验两次，以生产科分析结果指导生产过程。

2.1.8 白灰粉化

粉化白灰入炉后，容易在电极周围形成硬壳，产生棚料现象，降低炉料自由下落速度，同时阻碍炉气排出，造成电石炉运行过程塌料、喷料、炉气温度高等问题，影响正常电石生产。

管控措施：（1）白灰从卸料口通过皮带打入筒仓储存，不在白灰料棚进行堆放，下料时4 个下料口切换使用，保证两个筒仓同时下料入炉，严禁一台筒仓使用、一台备用的情况出现，4 个下料口实现调节均化的功能， 两台筒仓的白灰混用， 仓顶收尘按需开启， 保证入炉白灰品质均匀的同时减少长期储存风化造成的粉料增大。 （2）正常运行情况下，保持白灰筒仓50%~80%仓位运行，各筛分楼、配料站白灰料仓保持80%仓位运行。

2.1.9 辅助物料及辅机方面

2.1.9.1 电极糊指标

电极糊是电石炉电极的原料， 电极糊中影响电极稳定运行的元素主要有灰分、挥发分、电阻率等。

现有电极糊化验指标有内水、固定碳、灰分、挥发分等， 其中挥发分2020 年2 月合格率仅为33.33%，其他指标的化验不能全面检测电极糊质量好劣。

管控目标及措施： 重新制定电极糊质量指标及化验标准，严格根据《YB/T 4448-2014 矿热炉用自焙电极糊》标准中密闭1 号电极糊指标要求，控制入厂电极糊质量指标。 同时与三福电极糊厂协商制定锦源化工所需电极糊指标控制范围，其中含挥发分、抗压强度、电阻率、体积密度、延伸率等。其中灰分检测按GB/T 1429 标准中相关规定进行， 挥发分检测按YB/T 5189 标准中相关规定进行， 耐压强度的测定按GB/T 1431 标准中相关规定进行， 电阻率的测定按GB/T 24525 标准中相关规定进行，体积密度的测定按GB/T 24528 标准中相关规定进行，延伸率的测定按YB/T 5289 标准中相关规定进行。

2.1.9.2 辅机运行方式（皮带、配料、除尘等优化控制）

（1）优化辅机运行方式，增加远程控制功能，实现皮带、配料系统、除尘系统联锁控制功能，减少无料时辅机转动或收尘运行的时间。

（2）梳理各处收尘系统的匹配性，完善风机变频

运行功能，核算风量与收尘需求的供给关系。

2.2 操作方面

2.2.1 出炉电石带走热

（1）稳定出炉时间及频次，全天24 h 按照出炉时间、冶炼时间分配。

（2） 论证研究电石显热收集用于兰炭烘干配风的方案。

2.2.2 电极入炉深度

（1）推广电极入炉深度在线测量技术，完善电石炉自动控制，保证电极入炉深度可视化，科学操作。

（2）严格按指标要求控制入炉原料粒度，细化电极入炉深度指标，保证电极正常深入。

2.2.3 电石炉料面温度

（1）继续研究推广自动料面处理机，增加料面处理频次，严格控制石灰石含MgO 等杂质，降低料面高度。

（2） 论证5#、6#电石炉增加辅助料管及辅助料仓，增加角区原料补给，保证料面平整度。

（3）形成净化清灰系统具体方案并实施，减少因净化系统堵灰造成煤气排放不畅。

2.2.4电石炉停电时间及次数

停电次数越多， 启停过程辅机用电会增加电石炉电耗。电炉停电时间越长，由于热能损失使炉内温度下降就越多，升温消耗的电能也就越多。

2.2.5 电石炉负荷稳定

（1）完善自动控制系统，稳定电石炉负荷运行范围，保证电石炉负荷稳定性。

（2） 电石炉正常运行时尽量减少人为对电石炉的负荷干预，按运行参数进行自动控制，异常情况时人工干预。

2.2.6 出炉机器人使用

加强员工培训，熟练使用开炉机器人，减少因机器人使用不熟练造成的开炉时间长。

2.2.7 电石质量控制

按照电石配比计算标准形成电石原料配比方案，该公司按照此方案进一步细化论证，通过原料中氧化钙及碳的比例进行发气量调整， 在电石配料方面优化管控模式，保证科学、合理生产，促进电石质量稳定。