405MVA密閉電石爐物料配比和負荷平衡優(yōu)化原則及方法

40.5MVA密閉電石爐物料配比和負荷平衡優(yōu)化原則及方法電石作為基本化工原料，在化學工業(yè)中起著非常重要的作用。XXX化工有限公司建設有8臺40.5MVA全密閉電石爐，經(jīng)過一系列優(yōu)化，目前單臺日產(chǎn)穩(wěn)定在 230?250t,電爐電耗（折標發(fā)氣量300L/kg）達到W3100kWh,綜合能耗W1t標準煤。電石爐生產(chǎn)的總體原則是：“一滿、二高、三平衡、四穩(wěn)定”。即：滿負荷，高配比、高爐溫，物料進出平衡、負荷與產(chǎn)量平衡、配比與質(zhì)量平衡，電流電壓比穩(wěn)定、電極長度穩(wěn)定、料面穩(wěn)定、負荷穩(wěn)定。從“三平衡”的角度，運用配比這個最核心的工具來探尋電石爐的生產(chǎn)優(yōu)化原則。物料進出平衡在密閉電石爐內(nèi)發(fā)生以下主化學反應 ：CaO+3C=CaC+COt-465.7kJ。石灰和炭材混和，進入密閉電石爐，在電弧熱的作用下，于2000c左右生成電石，形成一個6層的料層結(jié)構(gòu),如圖1所示。A■爐料后B■相互擴散層C■反應層山熔融層E砌光層F■積渣層圖1 密閉電石爐內(nèi)的料層結(jié)構(gòu)維持好料層結(jié)構(gòu)對穩(wěn)定電石爐生產(chǎn)非常關(guān)鍵，而做好物料進出平衡，是維持好料層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，其中順暢出爐，建立起出爐量標桿，是最關(guān)鍵的因素。電石爐的額定出爐量，即電石產(chǎn)能，與裝備配置有關(guān)。通常40.5MVA的密閉電石爐，設計產(chǎn)能為7.5萬t/a、9.5t/h。如出爐量偏低，則生成的電石積存在電石爐內(nèi)，熱平衡被打破，電極位置因電阻變小電流變大而被迫上抬，料面溫度升高，同時易翻電石，損壞設備，只能降低生產(chǎn)負荷。如出爐量過高，則料層結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，出現(xiàn)空區(qū)，導致塌料，同樣損壞設備。同時因塌料改變料層結(jié)構(gòu)，會使爐內(nèi)2/7反應狀況惡化，生產(chǎn)平衡受到破壞。較好的辦法是，建立起出爐量標桿，始終圍繞著標桿量進行出爐，對40.5MVA密閉電石爐，配備自動出爐機以后，以10±1t/h為合適。要想出爐量合適，則必須有合適的配比。較好的辦法是，先采用較低的配比使出爐順暢，給電極入爐和提高負荷創(chuàng)造條件，然后以電極長度和壓放周期能夠匹配作為標準回調(diào)配比，找到電石爐的最佳運行區(qū)間。負荷與產(chǎn)量平衡密閉式電石爐的負荷，有兩種表達方式，即有功功率和視在功率。以有功功率表達的負荷與產(chǎn)量的平衡關(guān)系式如下 ：A=Py/Kv (1)公式(1)中，A—電石產(chǎn)量，t/h;Py—輸入的有功功率，kW;Ky一單位產(chǎn)品電耗，kWh/t。根據(jù)《電石行業(yè)準入條件》規(guī)定，KyW3200kWh/t。單位時間內(nèi)輸入的有功功率越多，則負荷越高，產(chǎn)量越高。以視在功率表達的負荷與產(chǎn)量的平衡關(guān)系式如下 ：百"⑵公式(2)中，A一電石產(chǎn)量，t/h;Ps一視在功率，40.5MVA;Ks—產(chǎn)量系數(shù)，(t/h)/MVA。Ks與功率因數(shù)、電石爐開工率相關(guān)，兩者分別越高，則Ks越大，因此保持電石爐穩(wěn)定運行，減少停爐時間，增加運行時間，對提高電石爐產(chǎn)量非常關(guān)鍵。從熱平衡的角度來說，給出多少負荷，就必須出多少產(chǎn)量。反之，出多少產(chǎn)量，就必須有相應的負荷與之對應。如果失去平衡，則密閉電石爐的爐況就會惡化。當電石爐耗電為3100kWh/t時，如出爐量為10t/h，則對應的有功負荷應為31MW。配比與質(zhì)量平衡配比是指加入密閉電石爐的原料中炭材與石灰的質(zhì)量比，公式如下：言-xlOO"x8+F爐料配比 (3)岸xlOOUxB+D+E公式(3)中,X—干基爐料配比,kg/kg；4—石灰CaO成分,CaO%田一電石成分,CaC揖￡一炭材所含固定碳,EC%;口一電石中游離氧化鈣的含量，見表1；E一石灰損失量，％，一般取7；F—炭材損失量,%L股取4°

發(fā)氣量/（L/kg）CaCJ%電石中游離QO/%3208399831()81.361030080.61229077.911428075.231627072.541826069.862025067.172224064.482423061.792622059.1128表1游離氧化鈣與電石成分和發(fā)氣量的關(guān)系濕基爐料配比二X/（1-炭材水分）。濕基爐料配比，會對電極下面的熔池內(nèi)的反應產(chǎn)生影響，決定了密閉電石爐所能達到的運行工況，是穩(wěn)定電石爐運行的指揮棒。電極下面的熔池，是一個半球形，從電極端頭到爐底依次為電弧區(qū)、反應區(qū)、熔融區(qū)，如圖1所示，電石的生成和熔煉提純在熔池內(nèi)發(fā)生。在反應區(qū)，發(fā)生以下反應：lo（L）+C（S）=CaO'C（W：CaO?C（擴如Ca（氣態(tài)）+COf;&（氣態(tài)）+2C=CaQ口在熔融區(qū)，發(fā)生以下反應：/iiCaC?+nCaO=mCaC2*nCaO(熔融)；wCaC3*nCaO=(m-1)CaC21(n-2)CaO(成fi)+3Ca(^)+2COh配比稍低，炭素原料中的碳反應完全，生成的電石與石灰共熔后，在熔融層熔煉提純更為充分，成品黏度降低，利于出爐，能保證電石爐處于高負荷狀態(tài)，從而在高爐溫下反應，電石爐整體運行順暢。但配比過低則電石發(fā)氣量低，電石爐爐溫低，電極下的熔池三相不通，無法正常運行。配比偏高，則反應層增厚，碳反應不完全，在熔融層的停留時間偏短，熔煉提純不夠，電石成品黏度偏大，不利于出爐，容易造成翻電石，破壞料層結(jié)構(gòu)，導致減負荷運行。從設計和實踐兩方面來看，300L/kg電石發(fā)氣量所對應的爐料配比，是40.5MVA密閉電石爐穩(wěn)定運行的最佳配比，控制范圍以290?310L/kg為宜。XXX化工有限公司以CaO含量88%的石灰、固定碳含量86%的炭材，算得濕基爐料配比在56%?59%,可以使40.5MVA密閉電石爐產(chǎn)量穩(wěn)定在230?250t/d,電爐電耗達到2900?3100kWh/t，綜合能耗980?990kgce/t。4總結(jié)(1)運用好配比這個核心工具，強