• 密閉電石爐大塌料的原因分析及防範措施
    2013年08月02日 4117 信息員 字號
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     1、電石爐大塌料的危害性

    電石爐塌料又稱“崩料”,是指電石(化學名稱叫做碳化鈣)生產過程中,爐內高溫氣體伴隨着紅料、半成品瞬間從電石爐內快速噴出的現象。塌料規模比較大的,即稱作大塌料。自電石產業發展以來,電石爐大塌料現象一直無法徹底消除,成爲電石生產的一個瘤疾,給電石正常生產造成極大的危害。

    (1)破壞電石爐正常的料層結構。並可能造成故障停爐,直接影響電石的產、質量。

    (2)影響設備安全。大塌料瞬間產生的高溫氣浪衝擊波,燒損電石爐的冷卻設備和電氣設備。

    (3)影響人身安全。由於電石爐大塌料的可預判性差,大塌料產生的高溫氣浪給料面操作人員帶來極大的危脅 往往會燒傷周圍的操作人員。

        2、電石爐大塌料成因分析

    電石爐大塌料的形成必須具備兩個條件, 即爐內氣體的產生、爐內氣體的積聚與壓力的升高。

        2.1 爐內氣體的產生

    電石是由生石灰和碳素原料(常用石油焦、焦炭、碳化焦球、蘭炭等)在電石爐內憑藉電弧熱和電阻熱在1800-2200"C的高溫下反應而製得,碳化鈣的生成總反應式是:

    CaO +3C=CaC2 +CO十一46.75kJ ⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯  式①

    電石爐內生成電石的過程中。同時發生各種複雜的化學反應(見式② ~⑦),並伴隨着CO 、C02、H2等氣體的生成。

    2.1.1 主反應生成CO 氣體式①表明。電石爐內碳化鈣的生成過程,必然有氣體CO 的不斷生成,這是爐內氣體的主要來源。

    2.1.2 各種副反應生成氣體

    ①投爐原材料中, 生燒石灰及蘭炭中的碳酸鈣在高溫下分解,生成C02氣體:

    CaCo3一CaO + C02十一178.5kJ⋯ 一式②

    ② 部分CO2氣體在熾熱的碳層被還原成CO氣體:

    C02+C一2CO 十一164.61d⋯⋯ ⋯⋯ 式③

    ③ 各種氧化物雜質(如Si02、Fe203、AI2 o3、MgO等)被還原,生成CO 氣體:

    SiO +2C— Si+2CO 十一573.6kJ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯  式④

    Fe203+ 3C一2Fe+ 3CO 十一452.2kJ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯式⑤

    AI2O3+3C一2AI+3CO 十一1218.4kJ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 式⑥

    ④ 水份(碳素料中的水份或爐面設備冷卻系統漏水)與爐內紅熱的碳素料發生還原反應,形成CO、H2氣體。

    H2O -- H2+ CO 十一166.31KJ⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯  式⑦

        2.2 影響電石爐料層透氣性的因素

    由於電石生產過程必然會產生各種氣體,因此,防範電石爐塌料的關鍵在於確保電石爐料層透氣性,使爐內產生的氣體能夠及時、順暢地自爐內逸出,防止其在爐內不斷地積聚,氣體壓力不斷升高而最終突然噴出。影響電石爐料層透氣性的因素較多,具體分析如下:

        2.2.1投爐料粉末的影響

    投爐料粒度小、粉末含量高時,爐料透氣性差,(尤其是石灰粉末,在料面高溫作用下容易使電極周圍的料層結成硬殼),阻礙爐內氣體的排出。投爐料粉末含量高是造成電石爐頻繁大塌料的主要原因。

        2.2.2 高料面操作的影響

    如果在電石爐料面操作中採用大批量加料,則爐料層加厚,料面升高,造成爐料透氣性不良,爐內形成的氣體就難以及時排出。

        2.2.3 料面結硬殼導致料層透氣性差料面結硬殼的原因包括:

    (1)電極工作長度偏短或電極長時間不能深入爐內,爐面支路電流大、弧光強、溫度高,導致預熱層的爐料形成紅料、結塊。

    (2)使用含揮發份高的碳素料(如石油焦)。含揮發份高的碳素料受熱後,在料層表面易發生結殼現象,若沒有及時疏鬆處理,爐料不易進入爐膛熔池內;另外,揮發份靠近爐內反應區,易形

    成半融粘結狀,使反應區的物料下落困難,容易引起噴料現象。

    (3)石灰中的MgO含量超標。MgO在爐內熔融區易被還原生成金屬鎂,一部份鎂蒸汽上升到爐料表面與CO 或空氣中的02反應,放出大量的熱,使料面結成大塊,阻礙爐內氣體排出,併產生支路電流,嚴重影響操作,極大危及到安全生產。

    MgO + C— Mg + CO+ 一485.7kJ ⋯  式⑧

    2Mg+ 02= 2MgO +123216 KJ⋯ ⋯⋯ ⋯ 式⑨

    (4)料面冒料(翻電石)、冒電石或塌料後電石及半成品在料面堆積,沒有及時疏鬆處理, 就形成料面結殼,顱內氣體排不出去。

        2.2.4 水份的影響

    水份來自於投爐料所含水份及冷卻設備的漏水。水份除增加爐內副反應氣體的生成外(式⑦),也造成料層的透氣性差,特別是水份易導致生石灰分解而增加石灰粉末。此外碳素料水份高也易造成碳素料篩分困難而增加投爐時的粉末含量。

    3 電石爐大塌料狀況分析

        3.2.1 碳素原料的影響

    長期以來,在碳素原材料的使用上有兩個特點:(1)過去生產電石對石油焦的使用比較依賴,石油焦配比高,佔混合料比重50%以上。(2)焦球的用量大,佔電石爐碳素實物配比的50%。由於進廠石油焦粉末多,破碎後粉末達60%以上,且不易篩分,造成投爐粉末量大;石油焦揮發份高,在電石爐料面上易結成硬殼,影響電石料層的透氣性。爲了消化石油焦粉, 降低投爐碳素料成本,多數廠將焦粉壓制成焦球後投爐使用,而受工藝條件限制,焦球質量(特別是強度指標)存在波動,投爐後部分焦球分裂成粉末,造成電石爐料麪粉末量增大,這些均構成電石爐塌料的潛在危險。

        3.2.2 料面操作的影響

    目前,電石爐均已改造爲密閉爐型,但在電石爐操作上則仍然延續長期以來形成的開放爐和半密閉爐模式,即“高配比、高料面、大批料”。高配比造成電爐電極無法深入爐內,爲達到閉弧操作,則加大投料量,擡高料面,而高料面帶來的的紅料和硬殼又促成了爐況的惡性循環。高料面和硬殼極大地阻礙電石爐料層的透氣性, 不僅易導致電石爐大塌料現象的頻繁發生,而且往往因爐內聚集氣體的壓力大、氣量大,在瞬間塌料噴發的能量大,對人身和設備安全的危脅也大。

        4、防範電石爐大塌料的措施

    針對以上分析,爲徹底消除長期困撓的電石爐大塌料現象,首先在操作上必須進行根本轉變,從本質上消除規模比較大的塌料現象發生的可能性;其次在原料方面努力消除塌料可能因素;在設備方面加強防護,減少塌料對人身和設備安全危脅。

    4.1 轉變操作觀念、改變操作行爲

    料面操作方式的轉變是消除電石爐大塌料現象的關鍵。(加料改爲少加、勤加和對料面的處理)從着力扭轉舊有的操作觀念,大力推行新的操作方式。

    (1)加料時採取多批少量多推方式,降低料面高度。將加料批數、加料時間、加料量等操作參數進行微機控制,並加強考覈。改原來每小時加料3批,每批加料量大,料面高度始終維持在高出操作平臺200mm位置。改爲每小時的加6批,相應的每批加料量減少,料面高度也降至操作平臺以下約lOOmm位置。

    (2)穩定配比、加強電極管理。通過對電石爐配料系統的管理,提高了爐料配比的穩定性,促成穩定良好的料層結構,電極位置深入、穩定。此外,加強了電極壓放管理,確保電極工作長度保持在1100~1300mm。隨着料面操作的改變,料面高度降低,料層結構改善,料面溫度也從650~750℃可降低至450- 500℃。料面結殼減少,透氣性提高,基本上消除大塌料的發生:從本質上確保電石生產的安全。

        4.2 合理調整碳素原料結構

    多年來,電石生產一直使用焦炭、石油焦和焦球三種碳素原料。2002年2月起,隨着蘭炭產業的發展,對碳素原料結構進行調整,以蘭炭逐步替代焦炭和石油焦。至2005年9月,國內電石廠實現蘭炭對焦炭和石油焦的完全替代,料層較疏鬆而不易結硬殼,且進廠蘭炭爲合格料,投爐粉末少,因而能保持良好的料層結構,有助於防範電石爐塌料現量也逐步減少至15%。蘭炭的各項性能指標介於焦炭和石油焦之間,投爐使用後,料層較疏鬆而不易結硬殼,因而能保持良好的料層結構, 有助於防範電石爐塌料現象的發生。

        4.3 加強原料質量把關

    一方面要把好進廠蘭炭質量,嚴格蘭炭篩分和輸送、確保投爐碳素粉末、水分不超標;另一方面把好進廠石灰石質量,確保石灰中MgO含量不超標(要求MgO<1.3%)。減少MgO對於塌料可能造成的影響。

    4.4 針對雨季採取的措施多年以來, 在六、七月的雨季時節,電石爐塌料現象頻繁,這與投爐料粉末的增加有關。一方面,進廠的投爐碳素料的水份往往超標、粉末篩分困難、投爐粉末增加。另一方面石灰易風化而增加粉灰量。爲此,採取相應放大篩分篩網的網孔尺寸、加強篩分操作和管理、優先吊用水份低的碳素料等辦法,儘量減少投爐料粉末。

    (公司安全生產環保部周永安供稿)