(中國(guó)平煤神馬集團(tuán)汝州電化有限公司，河南汝州 467500)

1 前言

中國(guó)平煤神馬集團(tuán)汝州電化有限公司承建的45萬(wàn)t/a電石項(xiàng)目是中國(guó)平煤神馬集團(tuán)30萬(wàn)t/a聚氯乙烯項(xiàng)目的配套工程(同時(shí)配套有年產(chǎn)25萬(wàn)t燒堿、年產(chǎn)120萬(wàn)t真空制鹽、年產(chǎn)80萬(wàn)t電石渣制水泥等項(xiàng)目)，是中國(guó)平煤神馬集團(tuán)發(fā)展煤鹽化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈條中的重要基礎(chǔ)，也是河南省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用8臺(tái)3×10 000 kVA密閉式電石爐、空心電極、組合式把持器、爐氣干法凈化、氣燒石灰窯等國(guó)家“十一五”電石行業(yè)節(jié)能減排重點(diǎn)推廣的先進(jìn)技術(shù)，總投資為10.17億元，于2009年5月8日正式開(kāi)工建設(shè)。2011年2月19日，1#電石爐送電成功，之后 2#、5#、6#、4#、3#電石爐相繼送電點(diǎn)火，目前已有6臺(tái)電石爐投入試運(yùn)行。

2 主要節(jié)能環(huán)保技術(shù)

2.1 優(yōu)化電石爐設(shè)計(jì)參數(shù)

采用引進(jìn)挪威ELKEM技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的組合式把持器電極柱，其與中國(guó)傳統(tǒng)的錐形環(huán)把持器相比有以下優(yōu)點(diǎn):有互換性和通用性;組合把持器接觸元件與電極筋片之間是平面接觸，接觸電阻小，壽命長(zhǎng);電極電流分布較為均勻，電極不易變形、下滑;由于它具有14個(gè)內(nèi)伸鋼板翅片，電極電流分布均勻，電極強(qiáng)度高，電極事故率低，對(duì)電爐的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、降低電耗具有一定的保證作用。

在進(jìn)一步總結(jié)國(guó)內(nèi)電石爐生產(chǎn)實(shí)際的基礎(chǔ)上，根據(jù)石灰、焦炭原材料的條件，進(jìn)一步改進(jìn)電石爐的電氣、幾何參數(shù)，二次電壓為140～240V、二次電流為93621A、電極直徑為1280mm、同心圓直徑為3 650 mm、爐膛內(nèi)徑為8 240 mm，爐襯耐火磚組成及結(jié)構(gòu)亦進(jìn)行了改進(jìn)，使厚度減小為380 mm，減少了耐火磚用量。

2.2 優(yōu)化變壓器、短網(wǎng)的設(shè)計(jì)

變壓器損失主要有銅損和鐵損，是變壓器本身結(jié)構(gòu)上的損失，本次采用低損耗、低阻抗變壓器，降低損耗。電力通過(guò)短網(wǎng)到電極，由于線(xiàn)路存在阻抗和感抗，電石爐內(nèi)有功功率一般只有78% ～88%，短網(wǎng)是影響電效率的主要因素，占7% ～11%，優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于節(jié)能降耗非常重要。

在本項(xiàng)目中，我們采取的優(yōu)化措施:①改變傳統(tǒng)電石廠房結(jié)構(gòu)，為了滿(mǎn)足廠房要求我們改進(jìn)了變壓器的結(jié)構(gòu)，使變壓器實(shí)現(xiàn)了真正的正三角布置，使得三相短網(wǎng)長(zhǎng)度相同，保證了三相平衡，并進(jìn)一步縮短短網(wǎng)長(zhǎng)度約600 mm。②變壓器出線(xiàn)端子增加為7組，降低短網(wǎng)的電流密度，增大導(dǎo)電銅管的直徑和截面積，減少集膚效應(yīng)的影響。③采用短網(wǎng)的跳相設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)相鄰導(dǎo)電銅管的電流相位相反，交錯(cuò)排列，使互感補(bǔ)充自感，達(dá)到減少電抗的目的。④變壓器和電石爐循環(huán)冷卻水各成系統(tǒng)，改進(jìn)短網(wǎng)的冷卻水路，加強(qiáng)冷卻效果，盡可能的降低變壓器及短網(wǎng)的運(yùn)行溫度，提高變壓器及短網(wǎng)的電效率。⑤采用金屬非磁性材料作為短網(wǎng)的加固件和吊固件，避免形成磁環(huán)路，防止渦流和磁滯損失，保證的固定可靠。

2.3 變壓器的無(wú)功補(bǔ)償

為提高電石爐功率因數(shù)、降低短網(wǎng)損耗、抑制和濾除電石爐冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的特征諧波，達(dá)到節(jié)約電能、提高設(shè)備利用率、降低成本和提高產(chǎn)量的目的，在提高相同功率因數(shù)的情況下，中壓補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備安裝成本較低，從投資成本上考慮我們采用中壓補(bǔ)償裝置。實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù)可以達(dá)到0.9～0.95。

2.4 電石爐氣凈化技術(shù)

2.4.1 電石爐氣特點(diǎn)

電石爐氣量及溫度波動(dòng)大、不平穩(wěn)，溫度一般在600～800℃，瞬間可以達(dá)到1 100℃;爐氣中含有微量焦油，溫度＞225℃時(shí)呈氣態(tài)，溫度≤225℃時(shí)就凝析出來(lái)，使除塵器布袋黏結(jié)堵塞;爐氣中含塵量50～200 g/Nm3，爐塵具有輕、細(xì)、黏、不易撲集的特點(diǎn)。

2.4.2 國(guó)內(nèi)外電石爐氣凈化的幾種工藝

2.4.2.1 陶瓷過(guò)濾器干法凈化工藝

德國(guó)72 000 kVA密閉爐采用陶瓷過(guò)濾器干法凈化技術(shù)，工作溫度＜500℃，瞬時(shí)可以達(dá)到800～1000℃，爐氣中的含塵量由140g/Nm3降至5～10 mg/Nm3。陶瓷過(guò)濾器具有使用壽命長(zhǎng)、維修方便、除塵效率高、占地小等優(yōu)點(diǎn)。

2.4.2.2 ELKEM公司的干法凈化工藝及其改進(jìn)

20世紀(jì)90年代從挪威ELKEM公司引進(jìn)技術(shù)和成套設(shè)備中包括爐氣干法凈化技術(shù)，但經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，生產(chǎn)操作困難，多年來(lái)國(guó)內(nèi)電石行業(yè)一直沒(méi)有成功采用此技術(shù)。近年來(lái)，青海東勝、寧夏三友、合肥合意、安徽威達(dá)等單位在ELKEM公司干法凈化技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)改進(jìn)，成功將其轉(zhuǎn)化為自己的技術(shù)，分別在國(guó)內(nèi)多家電石企業(yè)中應(yīng)用，效果良好。

2.4.2.3 濕法凈化技術(shù)

國(guó)內(nèi)原吉林電石廠、貴州有機(jī)廠采用濕法凈化技術(shù)，工藝與德國(guó)泰森濕法凈化工藝相似，但由于設(shè)備易堵，操作管理困難，且污水量大并含有CN－，要將污水集中處理，污泥送至水泥廠做原料，新建的電石項(xiàng)目基本不采用此技術(shù)。

2.4.2.4 直接燃燒法爐氣利用技術(shù)

直接燃燒法是將高溫爐氣直接送入燃?xì)忮仩t燃燒，充分利用爐氣潛熱和顯熱，產(chǎn)生蒸汽加以利用。爐氣在鍋爐內(nèi)燃燒時(shí)溫度高達(dá)1 500℃，爐氣中的粉塵經(jīng)燃燒后變?yōu)榇?、重的不黏微粒，不再含焦油，這樣可以通過(guò)常規(guī)的旋風(fēng)、布袋除塵器使之達(dá)到除塵效果。浙江巨化、云維、內(nèi)蒙古海吉采用本方法。

2.4.2.5 濕法+氣柜緩沖凈化技術(shù)

濕法+氣柜緩沖凈化技術(shù)是天辰工程公司為適應(yīng)電石企業(yè)規(guī)?；?、大型化發(fā)展需要，以國(guó)內(nèi)化肥造氣工藝為技術(shù)依托，對(duì)電石爐氣進(jìn)行凈化后綜合利用的一種方法，稱(chēng)為爐氣后處理技術(shù)。

該方法與以上幾種技術(shù)比較主要存在如下優(yōu)點(diǎn):①干法凈化無(wú)法實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電石爐爐氣匯集和遠(yuǎn)距離輸送，不能穩(wěn)定的提供凈化爐氣，無(wú)法適應(yīng)電石裝置規(guī)?；?、大型化發(fā)展。②產(chǎn)生的廢水循環(huán)量和需要補(bǔ)充的水量很少，節(jié)水效果好，有利于水資源匱乏地區(qū)使用。③該技術(shù)進(jìn)一步通過(guò)水洗塔水洗、降溫后送氣柜儲(chǔ)存，同時(shí)除去爐氣中的微量焦油和粉塵，凈化后的爐氣不僅可以作為燃料，而且為今后爐氣用于化工原料奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)比較，我公司選擇國(guó)內(nèi)寧夏三友和合肥合意改進(jìn)的干法爐氣凈化技術(shù)，各4套，分別與8臺(tái)電石爐相配套，同時(shí)配套4臺(tái)水洗塔和10 000 Nm3濕式氣柜。目前已運(yùn)行5個(gè)月，干法凈化系統(tǒng)可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，凈化后爐氣含塵量可達(dá)到10～20 mg/Nm3，水洗塔沒(méi)有出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，水洗用循環(huán)水輕度混濁，效果良好。

2.5 氣燒石灰窯

2.5.1 選擇配套石灰窯的原因

①電石爐的副產(chǎn)爐氣量約為23 000 Nm3/h，爐氣中CO的含量在75% ～90%，熱值在10800～11 340 kJ/Nm3，可以送石灰窯作燃料。②氣燒石灰窯煅燒的石灰活性好，生燒率低，可以有效降低電耗。

2.5.2 窯型的選擇

世界上先進(jìn)的氣燒石灰窯有雙蓄熱式(雙膛式)、雙套筒式和雙梁式氣燒石灰窯。

①雙蓄熱式氣燒石灰窯為瑞士麥爾茲公司技術(shù)，其熱效率高，為3 696～3 780 kJ/kg石灰，結(jié)構(gòu)和維修簡(jiǎn)單，但是因涉及專(zhuān)利費(fèi)，價(jià)格相當(dāng)高，兩臺(tái)600 t/d石灰窯投資約1.4億元。

②雙套筒式氣燒石灰窯原為德國(guó)維馬斯特公司技術(shù)，現(xiàn)已被消化吸收實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，該窯型熱效率也比較高，為3 780～3 990 kJ/kg石灰，操作容易，控制簡(jiǎn)單，生產(chǎn)中故障率低，但窯本體復(fù)雜，耐火材料品種多，建造和日后維修較為困難，2臺(tái)600 t/d石灰窯投資大約1.1億元。

③雙梁式氣燒石灰窯原為意大利UCC公司技術(shù)，國(guó)內(nèi)石家莊新華工業(yè)爐公司已成功國(guó)產(chǎn)化，產(chǎn)能為300 t/d的石灰窯已在多家企業(yè)正常運(yùn)行，其窯體結(jié)構(gòu)和耐火材料比較簡(jiǎn)單，使用維護(hù)簡(jiǎn)單，但與其它兩種窯型相比熱耗較高，約為1 050 kJ/kg石灰。

我公司每天需要石灰8 720 t左右，綜合上述幾種窯型的特點(diǎn)，注重投資比較，我們選擇4臺(tái)雙梁式氣燒石灰窯，通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)窯體參數(shù)把產(chǎn)能擴(kuò)大到400 t/d，4臺(tái)400 t/d石灰窯投資約9 000多萬(wàn)元。2011年3月22日1#石灰窯點(diǎn)火成功，4月30日2#石灰窯點(diǎn)火，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的調(diào)整，產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，生燒率基本控制在8%左右。

2.6 空心電極技術(shù)

空心電極在我國(guó)管理比較好的電石企業(yè)有成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明是利用焦炭和石灰粉料、降低生產(chǎn)成本、減輕對(duì)環(huán)境的污染、迅速調(diào)整爐況和電石質(zhì)量、穩(wěn)定生產(chǎn)、減少電極糊消耗、降低電極事故、提高電石爐運(yùn)轉(zhuǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的有力措施，但在生產(chǎn)和安全管理上需要細(xì)心操作，精心管理?？招碾姌O是密閉式電石爐技術(shù)發(fā)展的方向，是現(xiàn)代化電石生產(chǎn)中不可缺少的重要組成部分。

2.7 貫徹“三同時(shí)”的原則，注重環(huán)保和安全衛(wèi)生

電石爐尾氣和炭材干燥尾氣以及原料、成品加工、運(yùn)輸過(guò)程的揚(yáng)塵均經(jīng)過(guò)集中撲集，經(jīng)除塵處理后達(dá)標(biāo)排放。對(duì)于輸送物料、生產(chǎn)過(guò)程中盡可能減少揚(yáng)塵點(diǎn)，盡可能密閉吸塵點(diǎn)，選用適用、先進(jìn)的除塵設(shè)備，單點(diǎn)或近點(diǎn)組成系統(tǒng)，注意收塵后的粉塵外運(yùn)，避免和減少二次揚(yáng)塵污染。針對(duì)出爐口操作環(huán)境惡劣的現(xiàn)狀，本次特別改進(jìn)電石爐出爐口排煙點(diǎn)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)出爐和排煙系統(tǒng)聯(lián)鎖控制，在實(shí)際運(yùn)行中取得了良好的效果。我公司的環(huán)保投資共達(dá)到6 924萬(wàn)元，安全防護(hù)設(shè)施投資達(dá)到3 070萬(wàn)元。

3 節(jié)能效果的分析預(yù)測(cè)

3.1 噸電石電耗

由于設(shè)計(jì)中體現(xiàn)對(duì)于原料的精心管理和精確配比，本設(shè)計(jì)采用進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)的大型3×10 000 kVA密閉式電石爐，優(yōu)化短網(wǎng)設(shè)計(jì)，改進(jìn)變壓器功率補(bǔ)償技術(shù)，采用空心電極、氣燒石灰窯和110 kV高壓供電系統(tǒng)等各項(xiàng)節(jié)能措施以及生產(chǎn)過(guò)程DCS自動(dòng)控制等，本裝置預(yù)計(jì)在國(guó)內(nèi)通用標(biāo)準(zhǔn)原料下:電耗將達(dá)到低于3 200 kW·h/t電石，比較一般狀況(3400 kW·h/t電石)，每噸電石降低了電耗200 kW·h，達(dá)到和超過(guò)電石準(zhǔn)入條件的要求。45萬(wàn)t電石全年節(jié)約電能9 000萬(wàn)kW·h，每年節(jié)約折標(biāo)準(zhǔn)煤約為11 070 t。

3.2 爐氣凈化回收利用

按照每噸電石回收爐氣(噸電石產(chǎn)生爐氣量為400 Nm3，熱值按10 080 kJ/Nm3)折標(biāo)準(zhǔn)煤137 kg，每年節(jié)約折標(biāo)準(zhǔn)煤約為61 650 t。

3.3 空心電極技術(shù)的采用

每年節(jié)約(按粉料5%)石灰粉20 700 t/a(不計(jì)能耗)、焦炭粉13 050 t/a、電極糊6 750 t/a(采用空心電極技術(shù)時(shí)，電極糊消耗定額為0.02 t/t電石，相對(duì)于無(wú)空心電極時(shí)節(jié)省0.015 t/t電石)，每年節(jié)約折標(biāo)準(zhǔn)煤約為14 605 t。

3.4 節(jié)能效果合計(jì)

本項(xiàng)目全年節(jié)約折標(biāo)準(zhǔn)煤約87 325 t。

3.5 綜合能耗分析

電石生產(chǎn)主要耗能包括水、電、壓縮空氣、儀表空氣、氮?dú)?、焦?含焦炭粉)、電極糊等。按綜合能耗折算要求，壓縮空氣、儀表空氣、氮?dú)鉃榻鐓^(qū)內(nèi)部消耗，以電消耗計(jì)，石灰生產(chǎn)采用電石爐氣為燃料，回收利用的電石爐氣為界區(qū)內(nèi)能耗，綜合能耗不計(jì)算在內(nèi)，以電消耗計(jì)。汝州電化公司45萬(wàn)t/a電石項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)電石綜合能耗為1.054 t標(biāo)準(zhǔn)煤/t電石。接近國(guó)家發(fā)布的清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中一級(jí)的要求(一級(jí)1.0，二級(jí)1.265)。

表1 裝置能耗表(成品電石計(jì))