趙永遠 辛紹兵
組合式把持器電石爐自90年代從挪威埃肯公司引進以來,在中國經過多年的消化吸收,結合國內的原材料質量、人員操作水平、設備制造能力、土建設計及施工水平,業(yè)內人士進行了多方探索和改進,克服了原來設計中存在的諸多問題,如電極裸露部分過多,電耗較高,三個變壓器非等邊三角形排布,使用過程中因電流分布不均而使角區(qū)電流密度大,易燒壞導電筋板等,逐漸成為密閉電石爐的主流工藝趨勢,工藝設計和設備制造已完全國產化,而且呈現(xiàn)爐型大型化、節(jié)能化的趨勢。但是,由于行業(yè)還沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標準,如何在設計初期優(yōu)化工藝參數,將生產實際中發(fā)現(xiàn)的問題解決掉就成為項目建設單位和設計人員需要優(yōu)先慎重全面考慮的事情。本人結合在密閉電石爐從事技術及生產管理工作多年的經驗,在我公司新建30萬噸/年密閉電石綜合利用示范項目中,進行了一些的探索和改進,與行業(yè)人士進行交流學習,主要的做法如下:
1、在工廠總體設計中和總圖布置上進行優(yōu)化。根據生產工序的排列上,首先要考慮縮短物流路線,優(yōu)化設備及工藝布置;其次要考慮功能區(qū)劃分明,便于環(huán)境治理;第三要考慮原料和成品的貨運物流暢通有序,廠區(qū)的環(huán)形道路要互連互通,減少貨運轉運次數;第四,由于電石生產具有高溫、粉塵相對較大、崗位隨時不能離人的特點,在使用功能上要多為生產人員進行人性化設計考慮,如多設置送飯點、合理的盡可能多的設置廁所、消防、綠化、降噪設施、寬敞的操作間和行走通道等。在生活設施上舍得投入,才能在投運后穩(wěn)定人心,方便生產和生活。第五,在污染治理上要舍得投入。在對設備及運輸通廊進行全面密封情況下,合理布置除塵設施,精心計算各揚塵點所需風量、風壓;根據不同的使用溫度、介質,選用合理的過濾風速和布袋材質。
2、優(yōu)化工藝參數。通過參觀學習國內各生產廠家的裝置,結合各家的設計參數和實際使用效果,進行工藝參數優(yōu)化,確定合適的電極直徑、極心圓直徑、爐體及爐蓋高度、加料管個數及分布、加料管深入爐內長度、變壓器的合理參數。
挪威??系臓t型參數在使用中發(fā)現(xiàn):存在電極直徑設計較大,相應的極心圓直徑也大,爐膛深度深,爐蓋高度低等問題以及對使用原料要求高,適合于精料。我們結合德馬克爐型的參數進行了優(yōu)化,適當調小電極直徑、增加爐蓋高度,使其適應國內原料和操作習慣。
使用中還存在:爐膛中心布料不足,布料器長度短,不利于降低爐內溫度。我們將布料器加長200mm,數量由12根增加到15根,使中心布料更加均勻,有利于減少弧光和輻射熱,降低料面溫度。
使用中還發(fā)現(xiàn):??蠣t型由于三個變壓器分布距離不等,短網長度不同,因集膚效應和中心部位散熱不良導致角區(qū)和外圍短網上的電流分布不平衡,經測試相差達30%左右,如操作中存在三相電極擺放不合適時差異更大。這樣極易導致角區(qū)的接觸元件因電流過大燒毀筋板甚至電極殼的事故,需要停爐檢修,重新安裝接觸元件,嚴重時或者電極長度過長則需要炸掉電極,重新焙燒電極。為解決此問題,我們設計布置變壓器位置使其呈等邊三角形均布,同時,將傳統(tǒng)的12組元件改成16組,降低了每組元件上流過的電流,并應用跳相技術改變導電銅管布置方式,使角區(qū)和外圍的電流在理論上均勻化。另外,??蠣t型的電流電壓比值小,在原料質量較好的情況下,電極能深入料層內,裸露部分就少,電爐電耗就會下降;而國內普遍的原料質量達不到此爐型的要求,這樣電極就很難深入料層內,裸露部分增加,料面溫度高,電爐電耗就會增加。為適應國內原料可以將電流電壓比值適當提高,以達到電極更好深入料內,降低溫度和電耗的效果。
3、主要應用的新技術介紹:
在我們的項目中總結了使用中存在的問題后,有針對性地提出了有效整改措施,主要有:
(1)進行了主體結構優(yōu)化,將變壓器等邊三角形排布,并盡量靠近爐子,減少短網長度,降低電耗;
(2)采用110KV進線入爐,取消了星/角轉換。榆林地區(qū)110KV進線的電價要便宜2分多,可以降低生產成本;以往的35KV進線都有星/角轉換,如在110KV進線中設轉換開關,造價很高,且系統(tǒng)運行的可靠度差;星接運行主要是在開爐階段為了降低入爐電壓便于調節(jié)爐況和焙燒電極時使用,正常生產中不會用的,取消轉換開關后,我將爐變的起檔電壓從100V開始,在開爐階段和焙燒時利用電極深入長度和爐料電阻來調節(jié)即能達到目的;同時,還減少了因倒換開關的停電次數和時間。
(3)利用專用燒穿變壓器維護爐眼,取消以往的從爐變一相引出燒穿器電源的做法。正常維護爐眼需要電流在5000A左右,維護爐眼時很容易因三相不平衡而導致某相電極上下波動較大現(xiàn)象,給操作帶來很大困難,而且在爐子停爐情況下無法維護爐眼。使用專用燒穿變壓器不會存在三相不平衡現(xiàn)象,隨時可以根據需要維護爐眼,但是關鍵是要選擇合適的變壓器參數,使其有足夠的弧長,滿足維護爐眼的需要。
(4)根據神木地處沙漠風沙較大的自然條件,對電石爐所用冷卻水進行軟化處理,采用封閉式冷卻塔。這樣,一方面軟水去除了金屬離子,不會結垢,冷卻水系統(tǒng)封閉運行也避免了環(huán)境中的沙塵帶入系統(tǒng)的可能,徹底凈化了水質,保證了設備的冷卻效果,延長了設備使用壽命。過去使用的循環(huán)冷卻水一般只采用加藥及殺菌滅藻,沒有使用軟水,在電石爐的高溫條件下運行時經常出現(xiàn)結垢現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)爐蓋底板全部燒壞,結成的厚厚的水垢層變成底板的情況,冷卻效果極差,經常出現(xiàn)爐蓋設備漏水的事情,給安全生產和開車率帶來極大的危害。
(5)降低水套底座的高度和加長料管的長度。??蠣t型的水套底座高度較高,電極落到下限時的裸露部分仍很多,布料器長度短,這樣料面及爐氣溫度就高,爐氣溫度很難降低到600度以下,一般在650-700度。為解決此問題,我們將水套底座高度降低200mm,將布料器長度增加200mm,就能有效減少電極的裸露和降低爐氣溫度。
(6)電爐無功補償采用國家智能電網推薦的SVG先進技術。隨著電石爐容量的逐步大型化,其自然功率因數會降低的,為達到提高入爐有功功率,降低無功消耗,提高功率因數,必須進行電容補償。傳統(tǒng)的高壓電容補償后雖然力率達到0.90以上,供電局不會罰款,但是補償的是電網,入爐有功功率不能提高;中壓電容補償可以部分補償到爐子上,但是需要的電容量很大;低壓電容補償直接可以補償到爐子,提高入爐電壓和有功功率,但是補償容量更大,補償導線在短網上連接很不容易,使用中存在電容衰減很大,如果電爐大修時間長,再次投運后衰減的更厲害,使用維護的工作量很大。我們綜合各種補償的優(yōu)缺點后,采用中低壓聯(lián)補的方法,具體分配比例為中壓補償容量占三分之二,低壓補償占三分之一的方式,采用國家智能電網推薦的動態(tài)補償的SVG先進技術。該補償具有如下優(yōu)點:保證電石爐在任意工況下,功率因數始終達到0.95以上;具備連續(xù)快速調節(jié)入爐電流、電壓的能力;有分相調節(jié)能力,在任意工況下使短網三相電壓平衡;動態(tài)跟蹤性能好,不過補,可以濾除各次諧波。
(7)對環(huán)形加料機進行改造。??蠣t型設計的爐頂環(huán)形加料機刮板氣缸在加料機內部,由于溫度較高,氣缸密封材料易燒壞,影響使用效果;使用三組傳動裝置,因加料機直徑較大,傳動裝置負荷大,運行中經常出現(xiàn)故障。我們將刮板氣缸外置就可以有效延長氣缸壽命,減少檢修次數;增加三組平衡裝置,這樣設備整體的平衡性能增加了,傳動裝置的負荷就會明顯減小,設備整體的變形量小了,壽命會大為延長。
(8)對關鍵運輸線采用雙線工藝,膠帶機一用一備,可以隨時切換,有效保證生產運行。使用蘭炭生產電石有利有弊,利大于弊,蘭炭比電阻高,活性好,固定碳含量高,有利于電極深入料內,且價格低;但是其燃點低,烘干后的儲存及運輸中容易發(fā)生自燃現(xiàn)象,易發(fā)生燒毀運輸膠帶的情況,給生產帶來影響。除了在生產管理上采取密封料倉,隔絕空氣減少自燃、膠帶上用水降溫等措施外,對關鍵運輸線雙線工藝很有必要, 有效減少因原料供應不上而導致的電石爐降負荷或者停爐的事故。
綜上所述,我們在建的30萬噸/年密閉電石綜合利用示范項目從工廠布置、工藝路線設計、設備性能、安全環(huán)保等方面吸取了以往運行中出現(xiàn)的各種問題,經過詳細論證后進行了有針對性的有效改進,力圖避免和解決實際生產中的制約因素,使設計更加合理,使用更加方便,以期達到確保安全環(huán)保、穩(wěn)定長周期運行、節(jié)能循環(huán)利用、使??蠣t型適應國內實際情況,更好發(fā)揮作用的目的。
項目2012年底逐臺投產至2013年6月底全部投產后的使用效果良好,在全是新員工的情況下,入爐有功功率能保持在27000KVA左右最高達30000KVA,單爐日產最高240噸,平均日產200噸,質量平均在290L/Kg,電爐電耗在3050--3100KWh/t,全廠平均動力電耗在150KWh/t以下,并于2014年6月順利完成72小時性能考核及單項驗收。當然,隨著人員對設備認識和掌握程度的加深以及操作水平的逐步提升,設備潛力將得以逐步挖掘,有功功率穩(wěn)定在31000KWA以上,產量還有提高的空間,相應的電耗下降空間還很大,還要加強原材料進廠質量的把關工作,進一步加強生產管理使裝置更好發(fā)揮作用。本文但愿能起到拋磚引玉的作用,熱切盼望得到同行的幫助和指導,以便提高自身水平。