偶看新闻塔花:电石炉技术的发展
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/28 15:39:31
电石炉技术的发展摘要：本文阐述了电石炉生产设备技术的发展情况，同时介绍了新型节能、环保型密闭电石炉设备情况。
1.电石工业及电石炉技术的发展状况
电石做为重要的化工原料，广泛应用于化工、冶金、医药等诸多领域。电石为煤炭化工的中间产品。随着国民经济的不断增长，尤其PVC需求量的迅速增加，电石的需求量也在不断地扩大。我国具有丰富的煤炭资源，为电石生产提供了充分的原料保证。特别是近年来石油价格的飞速上涨，导致石油化工生产成本不断升高，与石油化工相比，煤炭化工已不断呈显其自身优势，使得电石工业迅猛发展。
电石生产的主体设备为电石炉，电石炉在电炉种类的划分中属埋弧电炉（或矿热电炉），与一些铁合金电炉属同一种类。
我国是一个煤炭大国，同时也是一个电石生产大国，国内有大型电石生产骨干企业五、六十家，中、小型电石企业更多至几百家，电石生产设备主要以中、小型开放式电石炉为主，大型密闭式电石炉占有量相对较少。在今后的电石工业发展中，将以大型节能、环保型密闭电石炉为主。
我国老式电石炉主要是在前苏联技术上发展起来的。国际上以前电石炉技术比较先进的外国公司主要有挪威埃肯公司、德国西马克·德马格公司以及日本钻石公司等，我国曾在20世纪70年代初期从日本钻石公司引进35MVA密闭式电石炉技术，20世纪80年代分别从挪威埃肯公司引进25.5MVA密闭电石炉技术、从德国西马克·德马格公司引进多种容量大型铁合金电炉技术。20世纪末期，由于国际上石油法化工发展迅速，电石法化工发展较为缓慢，国际上提供电石炉设备技术的一些大公司在此方面技术上发展也相对较为缓慢，特别是日本钻石公司等现在已基本退出电石炉技术开发研究领域。
相反，我国由于电石工业发展迅速，在生产中摸索出很多有益经验，并且在引进国外先进技术基础上不断总结提高，并且在电石炉设备技术中又吸收了很多铁合金电炉方面的有益经验，使得我国目前电石生产技术已进入国际先进行列。
以前由于大型电极设备技术及工艺技术的制约，使得大型电石炉的发展受到限制，目前直径1400mm的大型电极已经在国内大型密闭埋弧电炉上应用，且已经收到良好的使用效果，证明我国在大型电炉核心技术掌握上已经成熟，为我们设计制造新型40MVA及以上规格的超大型电石炉创造了有利条件。
由于大型电石炉具有劳动定员少、易于高水平自动化控制、相对投资少、易于综合环境治理等优点，建议今后新上电石炉采用30～40MVA大型密闭电石炉。
2.电石炉的分类
电石炉是电石生产的主要设备，电石生成的电化学反应就是在电石炉内完成的。电石炉按其容量可分为小型电石炉（一般容量在10000kVA以下）、中型电石炉（一般容量为10000～25000kVA以下）、大型电石炉（一般容量为25000～40000kVA以下）、超大型电石炉（一般容量为40000kVA以上）；电石炉按其结构可分为开放式电石炉、半开放式电石炉及密闭式电石炉。
3.密闭电石炉的特点
密闭电石炉是指电石生产的电化学反应在密闭的容器（包括炉体及炉盖等）中进行，外部的空气不能进入反应的容器内，这样的电石炉称为密闭电石炉。由于密闭电石炉炉内隔绝了空气，其反应生成的CO气体不会在炉内发生燃烧反应。
密闭电石炉的特点：
1)反应生成的CO气体抽出后经降温及除尘净化处理，可作为气体燃料及有机合成工业的原料，从而使能源得到了综合利用，降低了电石生产的成本；
2)密闭电石炉电化学反应在密闭的炉盖下进行，在电石炉周围没有火焰和粉尘，大大的改善了劳动环境；
3)由于反应生成的CO气体被抽出，炉面上不再发生燃烧反应，炉内气体温度降低，延长了设备的使用寿命；
4)由于密闭电石炉炉面上不再发生燃烧反应，电炉的工作环境得到了改善，电石炉功率可以提高，电石炉可向大型化发展，目前世界上大型电密闭石炉容量已达到100000kVA；
5)密闭电石炉加料为连续自动加料的方式，取消了现场人工加料；
6)电极升降及压放采用自动方式在控制室内完成，可以减少劳动定员及减轻工人的劳动强度；
7)密闭电石炉可根据各种仪表来控制电石炉，并且利用仪表进行安全检测，提高了电石炉操作的安全性，为自动化电炉操作提供了基础；
4.节能、环保型密闭电石炉介绍
按照电石生产满足可持续发展的需要，及设备的先进性、生产安全性、环保达标排放、节能及达到经济规模的要求，目前新上电石炉在容量上应为大型或超大型电石炉，在结构上应采用密闭式电石炉。下面，将目前国内先进的节能、环保型密闭电石炉情况作以介绍。
4.1节能、环保型密闭电石炉整体结构
节能、环保型密闭电石炉的设备组成如图4-1所示
图中各部分为：1-炉体；2-炉盖；3-电极柱；4-环型加料机；5-炉顶加料系统；6-二次母线系统；7-电炉冷却水系统；8-炉前排烟系统；9-烧穿器；10-炉气烟道； 11-空心电极系统；12-变压器。
电石炉的设备特性是根据电石炉的容量和炉型所决定的，现根据大型密闭电石炉择其重要设备阐述如下：
4.2密闭电石炉的炉体形式
电石炉的炉体由炉壳和炉衬组成。在电石炉炉体内炉料通过其电阻热及部分电弧发出的高温使炉料熔化反应生成电石。由于反应温度高达2000℃以上，这样高的温度，一般耐火材料是难以承受的，所以炉体的容积必须大于反应的空间，也就是说反应区与炉衬之间留存一层炉料，
用以保护炉衬。
炉体的形状很多，从炉口形状来说，有圆形的、椭圆形的、方形的
和长方形的。由热力学的观点来看，以圆形较为有利。实际上，炉体形状的选择决定于电极位置的布置和一氧化碳抽取设备的安装位置。现今的电石炉可以说大多数都是采用圆形炉。
炉体内反应空间的大小由电极的大小、距离以及电弧作用范围来决定。电极间的距离与其直径成正比例，而电极直径是随炉子的容量而变的。电极直径又由其所允许的电流密度来决定。电极的电流又由变压器的容量来决定。最终结论是炉体的大小决定于其变压器的容量。
对炉壳的要求：①炉体强度应该能满足炉衬受热而产生的剧烈膨胀，适应炉衬热胀冷缩的要求；②在满足强度要求的情况下，应力争节省材料，减轻重量；③制造方便，必要时应考虑包装运输的可能性。
目前国内所用炉壳的结构形式有两种：一种是圆柱形壳，大多数工厂都采用这种结构。另一种是例圆锥形炉壳，锥角为7°。这种形式的炉壳以前我国曾经在大容量密闭电石炉上采用。
圆柱形炉体结构形式：
图中各部分为：1-炉衬；2-炉壳；3-出炉口；4-防热板；5-砂封槽。
4.3密闭电石炉的炉盖形式
炉盖的作用是盖在炉体上面，使电石炉密闭起来，炉盖与炉体之间密封采用砂封。炉体与炉盖的密封是为了使电石生产中产生出来的炉气全部回收。
炉盖为水冷焊接结构，其上打结有耐火材料。在炉盖上设有检查孔、安全阀、测温计孔、炉气排出口、加料口和3个电极插入口。
图4-4为密闭电石炉的炉盖结构
图中各部分为：1-水冷炉盖；2-检修门；3-加料孔；4-操作门；5-电极口；6-烟道口；7-防爆口。
4.4密闭电石炉的电极装置结构形式
电石炉的电极装置为电石炉设备的重要组成部分，电极装置的好坏，直接影响着电石炉是否能够顺利生产。
自焙电极系统由于生产成本低、使用比较可靠，现在电石炉电极系统基本上采用自焙电极系统。
目前大型电石炉电极装置的控制主要是采用液压系统进行全自动控制。
电极装置主要分为组合把持器式电极装置、液压报闸式电极装置、钢带抱紧压放式电极装置。
组合把持器式电极装置为近年来在引进国外技术基础上改进而成的新式电极装置，此种结构的电极装置在国内一些厂家已得到很好的应用，充分证明了其适应大型电石炉生产的特性。此种结构的电极装置已不同于电极装置的结构形式。此种结构的电极装置其电极壳上焊接有多个筋片，电极的压放和导电就是通过夹持筋片来完成的。其分为上、下两部分。
组合把持器式电极装置上部如图4-5所示：
图中各部分为：1-电极导向装置；2-电极加热元件；3-电极升降装置；4-电极行程指示仪；5-电极压放装置。
组合把持器式电极装置下两部如图4-6所示：
图中各部分为：1-电极水冷保护屏；2-电极导电装置；3-导电系统固定装置；4-电极大套。
根据长期使用，组合把持器式电极装置与其它电极装置，具有如下的显著特点：
a)结构简单，它简化了把持器和压放机构，使用可靠，重量轻；
b)互换性好，接触装置和压放装置可适用于各种不同直径的自焙电极；
c)组合把持器接触电阻小，电效率高，不易与电机壳间打火；
d)电极壳再不会变形；
e)电极再不会在滑放时失去控制，为高电耗的冶炼工艺增加了安全电极滑放率；
f)由于降低电极的冷却，因而使电极焙烧位置升高；
g)减少了电极断损事故；
h)寿命长，普通的铜瓦式把持器一般寿命较短，块式抱闸重且易磨损，而组合式电极柱接触元件及压放装置的寿命可在传统电极柱寿命的5～8倍以上。
i)在电极导电系统中，接触导电元件与电极壳之间通过弹簧进行夹紧，电极压放时不用降低电炉负荷，而在电炉满负荷的状态下进行电极的压放，这样大大的提高了电石炉的功率利用系数。
组合式电极柱虽然有以上优点，但必须加工制造精密，按照其特性进行调试，才能充分发挥其优点。
5．电石炉空心电极系统介绍
近年来随着生产技术的发展，人们又研制出了空心电极系统并得到了很好的应用，取得了很好的经济效益。电石炉空心电极系统将原料破碎过程产生的石灰粉料和焦碳、无烟煤粉料按比例配料作原料从中空电极内部直接加入炉内，空心电极系统具有如下的特点:
1)电石炉空心电极系统把配料前筛分下来的粉料（石灰、焦碳及无烟煤粉末）直接从电极心部加入炉内,提高原料利用率,粉料的加入率最高可达30%；（无空心电极系统的电石炉，粉料一般作为废料处理）
2)由于电极为空心结构,电极焙烧效果好；
3)快速调节溶池原料配比，迅速调整炉况；
4)由于细粒原料在炉内均匀混合，直接进入反应区，更有利于反应的进行，降低电耗5%左右；
5)在电石生产中可加入更多的焦碳，而不造成电极上移，可提供更有利的还原条件，提高产品的质量；
6)使用空心电极系统,可使电极糊及电极壳的消耗量减少1/3以上；
图中各部分为：1-氮气系统；2-粉料仓；3-胶管；4-伸缩管；5-平衡装置；6-螺旋输送机；7-法兰连接套；8-或接头
1.电石工业及电石炉技术的发展状况
电石做为重要的化工原料，广泛应用于化工、冶金、医药等诸多领域。电石为煤炭化工的中间产品。随着国民经济的不断增长，尤其PVC需求量的迅速增加，电石的需求量也在不断地扩大。我国具有丰富的煤炭资源，为电石生产提供了充分的原料保证。特别是近年来石油价格的飞速上涨，导致石油化工生产成本不断升高，与石油化工相比，煤炭化工已不断呈显其自身优势，使得电石工业迅猛发展。
电石生产的主体设备为电石炉，电石炉在电炉种类的划分中属埋弧电炉（或矿热电炉），与一些铁合金电炉属同一种类。
我国是一个煤炭大国，同时也是一个电石生产大国，国内有大型电石生产骨干企业五、六十家，中、小型电石企业更多至几百家，电石生产设备主要以中、小型开放式电石炉为主，大型密闭式电石炉占有量相对较少。在今后的电石工业发展中，将以大型节能、环保型密闭电石炉为主。
我国老式电石炉主要是在前苏联技术上发展起来的。国际上以前电石炉技术比较先进的外国公司主要有挪威埃肯公司、德国西马克·德马格公司以及日本钻石公司等，我国曾在20世纪70年代初期从日本钻石公司引进35MVA密闭式电石炉技术，20世纪80年代分别从挪威埃肯公司引进25.5MVA密闭电石炉技术、从德国西马克·德马格公司引进多种容量大型铁合金电炉技术。20世纪末期，由于国际上石油法化工发展迅速，电石法化工发展较为缓慢，国际上提供电石炉设备技术的一些大公司在此方面技术上发展也相对较为缓慢，特别是日本钻石公司等现在已基本退出电石炉技术开发研究领域。
相反，我国由于电石工业发展迅速，在生产中摸索出很多有益经验，并且在引进国外先进技术基础上不断总结提高，并且在电石炉设备技术中又吸收了很多铁合金电炉方面的有益经验，使得我国目前电石生产技术已进入国际先进行列。
以前由于大型电极设备技术及工艺技术的制约，使得大型电石炉的发展受到限制，目前直径1400mm的大型电极已经在国内大型密闭埋弧电炉上应用，且已经收到良好的使用效果，证明我国在大型电炉核心技术掌握上已经成熟，为我们设计制造新型40MVA及以上规格的超大型电石炉创造了有利条件。
由于大型电石炉具有劳动定员少、易于高水平自动化控制、相对投资少、易于综合环境治理等优点，建议今后新上电石炉采用30～40MVA大型密闭电石炉。
2.电石炉的分类
电石炉是电石生产的主要设备，电石生成的电化学反应就是在电石炉内完成的。电石炉按其容量可分为小型电石炉（一般容量在10000kVA以下）、中型电石炉（一般容量为10000～25000kVA以下）、大型电石炉（一般容量为25000～40000kVA以下）、超大型电石炉（一般容量为40000kVA以上）；电石炉按其结构可分为开放式电石炉、半开放式电石炉及密闭式电石炉。
3.密闭电石炉的特点
密闭电石炉是指电石生产的电化学反应在密闭的容器（包括炉体及炉盖等）中进行，外部的空气不能进入反应的容器内，这样的电石炉称为密闭电石炉。由于密闭电石炉炉内隔绝了空气，其反应生成的CO气体不会在炉内发生燃烧反应。
密闭电石炉的特点：
1)反应生成的CO气体抽出后经降温及除尘净化处理，可作为气体燃料及有机合成工业的原料，从而使能源得到了综合利用，降低了电石生产的成本；
2)密闭电石炉电化学反应在密闭的炉盖下进行，在电石炉周围没有火焰和粉尘，大大的改善了劳动环境；
3)由于反应生成的CO气体被抽出，炉面上不再发生燃烧反应，炉内气体温度降低，延长了设备的使用寿命；
4)由于密闭电石炉炉面上不再发生燃烧反应，电炉的工作环境得到了改善，电石炉功率可以提高，电石炉可向大型化发展，目前世界上大型电密闭石炉容量已达到100000kVA；
5)密闭电石炉加料为连续自动加料的方式，取消了现场人工加料；
6)电极升降及压放采用自动方式在控制室内完成，可以减少劳动定员及减轻工人的劳动强度；
7)密闭电石炉可根据各种仪表来控制电石炉，并且利用仪表进行安全检测，提高了电石炉操作的安全性，为自动化电炉操作提供了基础；
4.节能、环保型密闭电石炉介绍
按照电石生产满足可持续发展的需要，及设备的先进性、生产安全性、环保达标排放、节能及达到经济规模的要求，目前新上电石炉在容量上应为大型或超大型电石炉，在结构上应采用密闭式电石炉。下面，将目前国内先进的节能、环保型密闭电石炉情况作以介绍。
4.1节能、环保型密闭电石炉整体结构
节能、环保型密闭电石炉的设备组成如图4-1所示
图中各部分为：1-炉体；2-炉盖；3-电极柱；4-环型加料机；5-炉顶加料系统；6-二次母线系统；7-电炉冷却水系统；8-炉前排烟系统；9-烧穿器；10-炉气烟道； 11-空心电极系统；12-变压器。
电石炉的设备特性是根据电石炉的容量和炉型所决定的，现根据大型密闭电石炉择其重要设备阐述如下：
4.2密闭电石炉的炉体形式
电石炉的炉体由炉壳和炉衬组成。在电石炉炉体内炉料通过其电阻热及部分电弧发出的高温使炉料熔化反应生成电石。由于反应温度高达2000℃以上，这样高的温度，一般耐火材料是难以承受的，所以炉体的容积必须大于反应的空间，也就是说反应区与炉衬之间留存一层炉料，
用以保护炉衬。
炉体的形状很多，从炉口形状来说，有圆形的、椭圆形的、方形的
和长方形的。由热力学的观点来看，以圆形较为有利。实际上，炉体形状的选择决定于电极位置的布置和一氧化碳抽取设备的安装位置。现今的电石炉可以说大多数都是采用圆形炉。
炉体内反应空间的大小由电极的大小、距离以及电弧作用范围来决定。电极间的距离与其直径成正比例，而电极直径是随炉子的容量而变的。电极直径又由其所允许的电流密度来决定。电极的电流又由变压器的容量来决定。最终结论是炉体的大小决定于其变压器的容量。
对炉壳的要求：①炉体强度应该能满足炉衬受热而产生的剧烈膨胀，适应炉衬热胀冷缩的要求；②在满足强度要求的情况下，应力争节省材料，减轻重量；③制造方便，必要时应考虑包装运输的可能性。
目前国内所用炉壳的结构形式有两种：一种是圆柱形壳，大多数工厂都采用这种结构。另一种是例圆锥形炉壳，锥角为7°。这种形式的炉壳以前我国曾经在大容量密闭电石炉上采用。
圆柱形炉体结构形式：
图中各部分为：1-炉衬；2-炉壳；3-出炉口；4-防热板；5-砂封槽。
4.3密闭电石炉的炉盖形式
炉盖的作用是盖在炉体上面，使电石炉密闭起来，炉盖与炉体之间密封采用砂封。炉体与炉盖的密封是为了使电石生产中产生出来的炉气全部回收。
炉盖为水冷焊接结构，其上打结有耐火材料。在炉盖上设有检查孔、安全阀、测温计孔、炉气排出口、加料口和3个电极插入口。
图4-4为密闭电石炉的炉盖结构
图中各部分为：1-水冷炉盖；2-检修门；3-加料孔；4-操作门；5-电极口；6-烟道口；7-防爆口。
4.4密闭电石炉的电极装置结构形式
电石炉的电极装置为电石炉设备的重要组成部分，电极装置的好坏，直接影响着电石炉是否能够顺利生产。
自焙电极系统由于生产成本低、使用比较可靠，现在电石炉电极系统基本上采用自焙电极系统。
目前大型电石炉电极装置的控制主要是采用液压系统进行全自动控制。
电极装置主要分为组合把持器式电极装置、液压报闸式电极装置、钢带抱紧压放式电极装置。
组合把持器式电极装置为近年来在引进国外技术基础上改进而成的新式电极装置，此种结构的电极装置在国内一些厂家已得到很好的应用，充分证明了其适应大型电石炉生产的特性。此种结构的电极装置已不同于电极装置的结构形式。此种结构的电极装置其电极壳上焊接有多个筋片，电极的压放和导电就是通过夹持筋片来完成的。其分为上、下两部分。
组合把持器式电极装置上部如图4-5所示：
图中各部分为：1-电极导向装置；2-电极加热元件；3-电极升降装置；4-电极行程指示仪；5-电极压放装置。
组合把持器式电极装置下两部如图4-6所示：
图中各部分为：1-电极水冷保护屏；2-电极导电装置；3-导电系统固定装置；4-电极大套。
根据长期使用，组合把持器式电极装置与其它电极装置，具有如下的显著特点：
a)结构简单，它简化了把持器和压放机构，使用可靠，重量轻；
b)互换性好，接触装置和压放装置可适用于各种不同直径的自焙电极；
c)组合把持器接触电阻小，电效率高，不易与电机壳间打火；
d)电极壳再不会变形；
e)电极再不会在滑放时失去控制，为高电耗的冶炼工艺增加了安全电极滑放率；
f)由于降低电极的冷却，因而使电极焙烧位置升高；
g)减少了电极断损事故；
h)寿命长，普通的铜瓦式把持器一般寿命较短，块式抱闸重且易磨损，而组合式电极柱接触元件及压放装置的寿命可在传统电极柱寿命的5～8倍以上。
i)在电极导电系统中，接触导电元件与电极壳之间通过弹簧进行夹紧，电极压放时不用降低电炉负荷，而在电炉满负荷的状态下进行电极的压放，这样大大的提高了电石炉的功率利用系数。
组合式电极柱虽然有以上优点，但必须加工制造精密，按照其特性进行调试，才能充分发挥其优点。
5．电石炉空心电极系统介绍
近年来随着生产技术的发展，人们又研制出了空心电极系统并得到了很好的应用，取得了很好的经济效益。电石炉空心电极系统将原料破碎过程产生的石灰粉料和焦碳、无烟煤粉料按比例配料作原料从中空电极内部直接加入炉内，空心电极系统具有如下的特点:
1)电石炉空心电极系统把配料前筛分下来的粉料（石灰、焦碳及无烟煤粉末）直接从电极心部加入炉内,提高原料利用率,粉料的加入率最高可达30%；（无空心电极系统的电石炉，粉料一般作为废料处理）
2)由于电极为空心结构,电极焙烧效果好；
3)快速调节溶池原料配比，迅速调整炉况；
4)由于细粒原料在炉内均匀混合，直接进入反应区，更有利于反应的进行，降低电耗5%左右；
5)在电石生产中可加入更多的焦碳，而不造成电极上移，可提供更有利的还原条件，提高产品的质量；
6)使用空心电极系统,可使电极糊及电极壳的消耗量减少1/3以上；
图中各部分为：1-氮气系统；2-粉料仓；3-胶管；4-伸缩管；5-平衡装置；6-螺旋输送机；7-法兰连接套；8-或接头
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