1.電石工業(yè)及電石爐技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
電石做為重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域。電石為煤炭化工的中間產(chǎn)品。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，尤其PVC需求量的迅速增加，電石的需求量也在不斷地?cái)U(kuò)大。我國(guó)具有豐富的煤炭資源，為電石生產(chǎn)提供了充分的原料保證。特別是近年來(lái)石油價(jià)格的飛速上漲，導(dǎo)致石油化工生產(chǎn)成本不斷升高，與石油化工相比，煤炭化工已不斷呈顯其自身優(yōu)勢(shì)，使得電石工業(yè)迅猛發(fā)展。
電石生產(chǎn)的主體設(shè)備為電石爐，電石爐在電爐種類(lèi)的劃分中屬埋弧電爐（或礦熱電爐），與一些鐵合金電爐屬同一種類(lèi)。
我國(guó)是一個(gè)煤炭大國(guó)，同時(shí)也是一個(gè)電石生產(chǎn)大國(guó)，國(guó)內(nèi)有大型電石生產(chǎn)骨干企業(yè)五、六十家，中、小型電石企業(yè)更多至幾百家，電石生產(chǎn)設(shè)備主要以中、小型開(kāi)放式電石爐為主，大型密閉式電石爐占有量相對(duì)較少。在今后的電石工業(yè)發(fā)展中，將以大型節(jié)能、環(huán)保型密閉電石爐為主。
我國(guó)老式電石爐主要是在前蘇聯(lián)技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的。國(guó)際上以前電石爐技術(shù)比較先進(jìn)的外國(guó)公司主要有挪威埃肯公司、德國(guó)西馬克·德馬格公司以及日本鉆石公司等，我國(guó)曾在20世紀(jì)70年代初期從日本鉆石公司引進(jìn)35MVA密閉式電石爐技術(shù)，20世紀(jì)80年代分別從挪威埃肯公司引進(jìn)25.5MVA密閉電石爐技術(shù)、從德國(guó)西馬克·德馬格公司引進(jìn)多種容量大型鐵合金電爐技術(shù)。20世紀(jì)末期，由于國(guó)際上石油法化工發(fā)展迅速，電石法化工發(fā)展較為緩慢，國(guó)際上提供電石爐設(shè)備技術(shù)的一些大公司在此方面技術(shù)上發(fā)展也相對(duì)較為緩慢，特別是日本鉆石公司等現(xiàn)在已基本退出電石爐技術(shù)開(kāi)發(fā)研究領(lǐng)域。
相反，我國(guó)由于電石工業(yè)發(fā)展迅速，在生產(chǎn)中摸索出很多有益經(jīng)驗(yàn)，并且在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上不斷總結(jié)提高，并且在電石爐設(shè)備技術(shù)中又吸收了很多鐵合金電爐方面的有益經(jīng)驗(yàn)，使得我國(guó)目前電石生產(chǎn)技術(shù)已進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。
以前由于大型電極設(shè)備技術(shù)及工藝技術(shù)的制約，使得大型電石爐的發(fā)展受到限制，目前直徑1400mm的大型電極已經(jīng)在國(guó)內(nèi)大型密閉埋弧電爐上應(yīng)用，且已經(jīng)收到良好的使用效果，證明我國(guó)在大型電爐核心技術(shù)掌握上已經(jīng)成熟，為我們?cè)O(shè)計(jì)制造新型40MVA及以上規(guī)格的超大型電石爐創(chuàng)造了有利條件。
由于大型電石爐具有勞動(dòng)定員少、易于高水平自動(dòng)化控制、相對(duì)投資少、易于綜合環(huán)境治理等優(yōu)點(diǎn)，建議今后新上電石爐采用30～40MVA大型密閉電石爐。
2.電石爐的分類(lèi)
電石爐是電石生產(chǎn)的主要設(shè)備，電石生成的電化學(xué)反應(yīng)就是在電石爐內(nèi)完成的。電石爐按其容量可分為小型電石爐（一般容量在10000kVA以下）、中型電石爐（一般容量為10000～25000kVA以下）、大型電石爐（一般容量為25000～40000kVA以下）、超大型電石爐（一般容量為40000kVA以上）；電石爐按其結(jié)構(gòu)可分為開(kāi)放式電石爐、半開(kāi)放式電石爐及密閉式電石爐。
3.密閉電石爐是什么
密閉電石爐是指電石生產(chǎn)的電化學(xué)反應(yīng)在密閉的容器（包括爐體及爐蓋等）中進(jìn)行，外部的空氣不能進(jìn)入反應(yīng)的容器內(nèi)，這樣的電石爐稱(chēng)為密閉電石爐。由于密閉電石爐爐內(nèi)隔絕了空氣，其反應(yīng)生成的CO氣體不會(huì)在爐內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)。
密閉電石爐的特點(diǎn)：
1)反應(yīng)生成的CO氣體抽出后經(jīng)降溫及除塵凈化處理，可作為氣體燃料及有機(jī)合成工業(yè)的原料，從而使能源得到了綜合利用，降低了電石生產(chǎn)的成本；
2)密閉電石爐電化學(xué)反應(yīng)在密閉的爐蓋下進(jìn)行，在電石爐周?chē)鷽](méi)有火焰和粉塵，大大的改善了勞動(dòng)環(huán)境；
3)由于反應(yīng)生成的CO氣體被抽出，爐面上不再發(fā)生燃燒反應(yīng)，爐內(nèi)氣體溫度降低，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；
4)由于密閉電石爐爐面上不再發(fā)生燃燒反應(yīng)，電爐的工作環(huán)境得到了改善，電石爐功率可以提高，電石爐可向大型化發(fā)展，目前世界上大型電密閉石爐容量已達(dá)到100000kVA；
5)密閉電石爐加料為連續(xù)自動(dòng)加料的方式，取消了現(xiàn)場(chǎng)人工加料；
6)電極升降及壓放采用自動(dòng)方式在控制室內(nèi)完成，可以減少勞動(dòng)定員及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；
7)密閉電石爐可根據(jù)各種儀表來(lái)控制電石爐，并且利用儀表進(jìn)行安全檢測(cè)，提高了電石爐操作的安全性，為自動(dòng)化電爐操作提供了基礎(chǔ)；
4.節(jié)能、環(huán)保型密閉電石爐介紹
按照電石生產(chǎn)滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展的需要，及設(shè)備的先進(jìn)性、生產(chǎn)安全性、環(huán)保達(dá)標(biāo)排放、節(jié)能及達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模的要求，目前新上電石爐在容量上應(yīng)為大型或超大型電石爐，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用密閉式電石爐。下面，將目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的節(jié)能、環(huán)保型密閉電石爐情況作以介紹。
4.1密閉電石爐的爐體形式
電石爐的爐體由爐殼和爐襯組成。在電石爐爐體內(nèi)爐料通過(guò)其電阻熱及部分電弧發(fā)出的高溫使?fàn)t料熔化反應(yīng)生成電石。由于反應(yīng)溫度高達(dá)2000℃以上，這樣高的溫度，一般耐火材料是難以承受的，所以爐體的容積必須大于反應(yīng)的空間，也就是說(shuō)反應(yīng)區(qū)與爐襯之間留存一層爐料， 用以保護(hù)爐襯。
爐體的形狀很多，從爐口形狀來(lái)說(shuō)，有圓形的、橢圓形的、方形的 和長(zhǎng)方形的。由熱力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，以圓形較為有利。實(shí)際上，爐體形狀的選擇決定于電極位置的布置和一氧化碳抽取設(shè)備的安裝位置。現(xiàn)今的電石爐可以說(shuō)大多數(shù)都是采用圓形爐。
爐體內(nèi)反應(yīng)空間的大小由電極的大小、距離以及電弧作用范圍來(lái)決定。電極間的距離與其直徑成正比例，而電極直徑是隨爐子的容量而變的。電極直徑又由其所允許的電流密度來(lái)決定。電極的電流又由變壓器的容量來(lái)決定。最終結(jié)論是爐體的大小決定于其變壓器的容量。
對(duì)爐殼的要求：①爐體強(qiáng)度應(yīng)該能滿(mǎn)足爐襯受熱而產(chǎn)生的劇烈膨脹，適應(yīng)爐襯熱脹冷縮的要求；②在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的情況下，應(yīng)力爭(zhēng)節(jié)省材料，減輕重量；③制造方便，必要時(shí)應(yīng)考慮包裝運(yùn)輸?shù)目赡苄浴?nbsp;
目前國(guó)內(nèi)所用爐殼的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是圓柱形殼，大多數(shù)工廠(chǎng)都采用這種結(jié)構(gòu)。另一種是例圓錐形爐殼，錐角為7°。這種形式的爐殼以前我國(guó)曾經(jīng)在大容量密閉電石爐上采用。
4.2密閉電石爐的爐蓋形式
爐蓋的作用是蓋在爐體上面，使電石爐密閉起來(lái)，爐蓋與爐體之間密封采用砂封。爐體與爐蓋的密封是為了使電石生產(chǎn)中產(chǎn)生出來(lái)的爐氣全部回收。
爐蓋為水冷焊接結(jié)構(gòu)，其上打結(jié)有耐火材料。在爐蓋上設(shè)有檢查孔、安全閥、測(cè)溫計(jì)孔、爐氣排出口、加料口和3個(gè)電極插入口。
4.3密閉電石爐的電極裝置結(jié)構(gòu)形式
電石爐的電極裝置為電石爐設(shè)備的重要組成部分，電極裝置的好壞，直接影響著電石爐是否能夠順利生產(chǎn)。 自焙電極系統(tǒng)由于生產(chǎn)成本低、使用比較可靠，現(xiàn)在電石爐電極系統(tǒng)基本上采用自焙電極系統(tǒng)。 目前大型電石爐電極裝置的控制主要是采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行全自動(dòng)控制。 電極裝置主要分為組合把持器式電極裝置、液壓報(bào)閘式電極裝置、鋼帶抱緊壓放式電極裝置。 組合把持器式電極裝置為近年來(lái)在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的新式電極裝置，此種結(jié)構(gòu)的電極裝置在國(guó)內(nèi)一些廠(chǎng)家已得到很好的應(yīng)用，充分證明了其適應(yīng)大型電石爐生產(chǎn)的特性。此種結(jié)構(gòu)的電極裝置已不同于電極裝置的結(jié)構(gòu)形式。此種結(jié)構(gòu)的電極裝置其電極殼上焊接有多個(gè)筋片，電極的壓放和導(dǎo)電就是通過(guò)夾持筋片來(lái)完成的。其分為上、下兩部分。
根據(jù)長(zhǎng)期使用，組合把持器式電極裝置與其它電極裝置，具有如下的顯著特點(diǎn)：
a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它簡(jiǎn)化了把持器和壓放機(jī)構(gòu)，使用可靠，重量輕；
b)互換性好，接觸裝置和壓放裝置可適用于各種不同直徑的自焙電極；
c)組合把持器接觸電阻小，電效率高，不易與電機(jī)殼間打火；
d)電極殼再不會(huì)變形；
e)電極再不會(huì)在滑放時(shí)失去控制，為高電耗的冶煉工藝增加了安全電極滑放率；
f)由于降低電極的冷卻，因而使電極焙燒位置升高；
g)減少了電極斷損事故；
h)壽命長(zhǎng)，普通的銅瓦式把持器一般壽命較短，塊式抱閘重且易磨損，而組合式電極柱接觸元件及壓放裝置的壽命可在傳統(tǒng)電極柱壽命的5～8倍以上。
i)在電極導(dǎo)電系統(tǒng)中，接觸導(dǎo)電元件與電極殼之間通過(guò)彈簧進(jìn)行夾緊，電極壓放時(shí)不用降低電爐負(fù)荷，而在電爐滿(mǎn)負(fù)荷的狀態(tài)下進(jìn)行電極的壓放，這樣大大的提高了電石爐的功率利用系數(shù)。
組合式電極柱雖然有以上優(yōu)點(diǎn)，但必須加工制造精密，按照其特性進(jìn)行調(diào)試，才能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。
5．電石爐空心電極系統(tǒng)介紹
近年來(lái)隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，人們又研制出了空心電極系統(tǒng)并得到了很好的應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。電石爐空心電極系統(tǒng)將原料破碎過(guò)程產(chǎn)生的石灰粉料和焦碳、無(wú)煙煤粉料按比例配料作原料從中空電極內(nèi)部直接加入爐內(nèi)，空心電極系統(tǒng)具有如下的特點(diǎn):
1)電石爐空心電極系統(tǒng)把配料前篩分下來(lái)的粉料（石灰、焦碳及無(wú)煙煤粉末）直接從電極心部加入爐內(nèi),提高原料利用率,粉料的加入率最高可達(dá)30%；（無(wú)空心電極系統(tǒng)的電石爐，粉料一般作為廢料處理）
2)由于電極為空心結(jié)構(gòu),電極焙燒效果好；
3)快速調(diào)節(jié)溶池原料配比，迅速調(diào)整爐況；
4)由于細(xì)粒原料在爐內(nèi)均勻混合，直接進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，更有利于反應(yīng)的進(jìn)行，降低電耗5%左右；
5)在電石生產(chǎn)中可加入更多的焦碳，而不造成電極上移，可提供更有利的還原條件，提高產(chǎn)品的質(zhì)量；
6)使用空心電極系統(tǒng),可使電極糊及電極殼的消耗量減少1/3以上；
6.電石爐氣體分析解決方案
電石(CaC2)是基本的有機(jī)化工原料，曾被譽(yù)為有機(jī)合成之母。由它制得的乙炔氣可代替石油制品生產(chǎn)醋酸、醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙炔炭墨等一系列數(shù)千種有機(jī)產(chǎn)品的氣體原料。電石化工作為煤化工的一個(gè)分支，一方面是具有生命力的產(chǎn)業(yè)，另一方面又是高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)。電石生產(chǎn)中，電石爐排放的煙氣是最大的污染源。為了加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)治理和實(shí)現(xiàn)能源回收利用、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)和社會(huì)效益，按照國(guó)家發(fā)改委2007 年70 號(hào)文件《電石行業(yè)準(zhǔn)入條件》（2007 年修訂）的意見(jiàn)。新建電石爐必須符合以下4個(gè)要求：（1）建設(shè)大型密閉式電石爐；（2）單臺(tái)爐容量25000KVA 以上；（3）初始總?cè)萘?00000KVA；（4）電石爐氣必須綜合利用。
電石爐氣的凈化和利用在國(guó)內(nèi)外都是難題，要充分、安全、有效地利用電石爐氣，就必須對(duì)電石爐尾氣進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。電石爐尾氣分析方法主要有三種：手工（奧氏氣體儀）分析、色譜儀分析、在線(xiàn)分析。
本解決方案僅就密閉式電石爐氣的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，對(duì)電石爐尾氣分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。希望能拋磚引玉，從而實(shí)現(xiàn)在新建電石爐和老的電石爐改造后的尾氣得到充分利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)保護(hù)以及實(shí)現(xiàn)能源回收利用、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
1. 爐氣的特性
生產(chǎn)過(guò)程中的密閉電石爐內(nèi),通電后生成產(chǎn)品的主要反應(yīng)式：CaO+3C=CaC2+CO
1.1 爐氣量：400Nm3/t電石；
1.2 溫度：正常400--800℃，（瞬時(shí)）1000℃。
1.3 爐氣的組分（一般）
成分
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CO
|
CO2
|
CH4
|
N2
|
H2
|
O2
|
CN-
|
焦油
|
|
|
70-90
|
1-10
|
0.5
|
1-8
|
0-10
|
0.2-0.6
|
微量
|
微量
|
1.4 粉塵含量及組分
粉塵含量：50-150 g/ Nm3
粉塵種類(lèi)
|
CaO
|
C
|
SiO2
|
|
Al2O3
|
其它
|
|
|
|
34.1
|
|
0.96
|
7.1
|
4.84
|
密閉電石爐尾氣有以下特點(diǎn)：
2. 爐氣的特點(diǎn)
(1)電石爐尾氣出爐溫度高且不穩(wěn)定；
(2) 爐氣量波動(dòng)而不平穩(wěn)，尾氣中一氧化碳濃度高，約含74—85％，且溫度高，屬于易燃易爆的氣體；
(3)尾氣粉塵含量大且粒徑小，5～10μm的約占粉塵40％，大于40μm的不足11％，高達(dá)150g／Nm3的煙塵使得尾氣的回收很不利;
(4)尾氣有一定的熱值約2300—2600 Kcal／Nm3；
(5)尾氣中含有微量的焦油，析出后和粉塵粘連，給低溫除塵帶來(lái)不便。
3. 密閉電石爐尾氣分析系統(tǒng)
一般分析系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為三大部分，即取樣系統(tǒng)，預(yù)處理系統(tǒng)，分析系統(tǒng)。根據(jù)爐氣的以上特點(diǎn)，天禹智控經(jīng)過(guò)多年經(jīng)驗(yàn)積累，將該分析系統(tǒng)從功能上劃分，據(jù)此設(shè)計(jì)制造的密閉電石爐尾氣分析成套系統(tǒng)，在新建大型密閉電石爐（5萬(wàn)t）以及老的電石爐改造的應(yīng)用中都取得了很好的運(yùn)用效果。以下簡(jiǎn)要介紹該分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
3.1 取樣點(diǎn)的選取
取樣點(diǎn)的選取應(yīng)該滿(mǎn)足以下要求：能真實(shí)、及時(shí)地反映用戶(hù)所關(guān)注的爐況參數(shù)；取樣的點(diǎn)溫度、壓力、流量比較穩(wěn)定；粉塵、焦油量盡可能小。如果取樣點(diǎn)選取不當(dāng)將給后續(xù)系統(tǒng)帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)，甚至不能真實(shí)地反映出需要的爐況參數(shù)。
3.2 取樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
取樣系統(tǒng)是整個(gè)分析系統(tǒng)的第一道關(guān)口，它是否成功，將直接導(dǎo)致整個(gè)分析系統(tǒng)的成敗。電石爐尾氣取樣點(diǎn)的溫度大約在200-300℃，相對(duì)壓力為微正壓到微負(fù)壓之間，由于爐氣的特殊性，取樣系統(tǒng)必須具有對(duì)樣品組分進(jìn)行初步的物理分離，將采樣探頭周?chē)墓腆w顆粒從氣態(tài)流體中分離出去，因此取樣系統(tǒng)不僅要有探針（取樣管），還要有過(guò)濾系統(tǒng)、探頭清掃系統(tǒng)等，此外，還應(yīng)具有便于維護(hù)的結(jié)構(gòu)。天禹智控自主研發(fā)的取樣探頭能將大于0.3 μ 粉塵m的99%濾出。采用專(zhuān)用取樣探頭，再配以程控自動(dòng)吹掃裝置，即可擔(dān)此重任。
3.3 預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
預(yù)處理系統(tǒng)主要完成從取樣系統(tǒng)輸送過(guò)來(lái)的氣樣進(jìn)行安全、及時(shí)、有效地處理，以滿(mǎn)足儀器分析系統(tǒng)的使用條件。首先傳輸管路的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足空氣動(dòng)力學(xué)的要求，使樣氣流路暢通無(wú)阻；接下來(lái)是將樣氣進(jìn)行除塵、除焦油、調(diào)壓、除水、穩(wěn)流等一系列連慣處理。使處理后的樣品氣干燥、清潔，以便進(jìn)入儀器分析系統(tǒng)中的關(guān)鍵組分得以準(zhǔn)確分析。從而為電石的生產(chǎn)安全以及爐氣的有效利用提供科學(xué)的依據(jù)。
除塵系統(tǒng)包括過(guò)濾、清掃、再過(guò)濾等，防止管路阻塞；脫焦除油系統(tǒng)包括控溫、洗出、吸附等，有利于管路暢通，保護(hù)分析設(shè)備；除水系統(tǒng)包括汽水分離、冷凝、霧捕集、氣水分離、干燥過(guò)濾等，保護(hù)分析儀，保證測(cè)試準(zhǔn)確；壓力調(diào)整系統(tǒng)包括泵、調(diào)節(jié)閥、快速回路等，以保證儀器正常工作條件。可編程控制（PLC）系統(tǒng)，主要包括PLC、程序軟件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、人機(jī)界面等，主要用于對(duì)取樣預(yù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，出現(xiàn)異常情況時(shí)報(bào)警。
3.4 儀器分析系統(tǒng)
本系統(tǒng)包括流量調(diào)節(jié)裝置、防異常進(jìn)水裝置、校準(zhǔn)裝置、分析儀器等。分析儀器是根據(jù)電石生產(chǎn)工藝以及尾氣用途進(jìn)行配置的。一般密閉電石爐尾氣中的O2、H2、CO等氣體屬于必測(cè)項(xiàng)目。其中O2和H2的含量是安全指標(biāo)，CO是尾氣利用核心。
4. 電石爐尾氣成套分析系統(tǒng)的應(yīng)用
武漢天禹智控研發(fā)的電石爐尾氣分析系統(tǒng)，功能框圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同用戶(hù)的工況及要求還會(huì)進(jìn)行有針對(duì)性地設(shè)計(jì)。
總之，密閉式電石爐適用于大容量爐型，爐氣從爐內(nèi)引出后可實(shí)現(xiàn)綜合利用，既降低了冶煉能耗，又減少了能源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)大幅度減少了煙氣直接排放，有利于環(huán)境保護(hù)。符合國(guó)家有關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，必將得到較快發(fā)展。同時(shí)，對(duì)其尾氣在線(xiàn)分析系統(tǒng)也會(huì)有越來(lái)越高的要求。因此，電石爐尾氣分析系統(tǒng)在先進(jìn)性、適用性、可靠性、穩(wěn)定性、安全性等方面應(yīng)提出更高的要求。
以上就是天禹智控為您提供的電石爐技術(shù)的發(fā)展及電石爐尾氣解決方案的相關(guān)介紹，如果您有任何需求及疑問(wèn)，可隨時(shí)撥打我們的電話(huà)027-87955899或13469970286詳情咨詢(xún)，感謝您的閱讀。
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