密闭电石炉大塌料的原因分析及防范措施
2013年08月02日 157 信息员 字号
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 1、电石炉大塌料的危害性

电石炉塌料又称“崩料”,是指电石(化学名称叫做碳化钙)生产过程中,炉内高温气体伴随着红料、半成品瞬间从电石炉内快速喷出的现象。塌料规模比较大的,即称作大塌料。自电石产业发展以来,电石炉大塌料现象一直无法彻底消除,成为电石生产的一个瘤疾,给电石正常生产造成极大的危害。

(1)破坏电石炉正常的料层结构。并可能造成故障停炉,直接影响电石的产、质量。

(2)影响设备安全。大塌料瞬间产生的高温气浪冲击波,烧损电石炉的冷却设备和电气设备。

(3)影响人身安全。由于电石炉大塌料的可预判性差,大塌料产生的高温气浪给料面操作人员带来极大的危胁 往往会烧伤周围的操作人员。

    2、电石炉大塌料成因分析

电石炉大塌料的形成必须具备两个条件, 即炉内气体的产生、炉内气体的积聚与压力的升高。

    2.1 炉内气体的产生

电石是由生石灰和碳素原料(常用石油焦、焦炭、碳化焦球、兰炭等)在电石炉内凭借电弧热和电阻热在1800-2200"C的高温下反应而制得,碳化钙的生成总反应式是:

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

电石炉内生成电石的过程中。同时发生各种复杂的化学反应(见式② ~⑦),并伴随着CO 、C02、H2等气体的生成。

2.1.1 主反应生成CO 气体式①表明。电石炉内碳化钙的生成过程,必然有气体CO 的不断生成,这是炉内气体的主要来源。

2.1.2 各种副反应生成气体

①投炉原材料中, 生烧石灰及兰炭中的碳酸钙在高温下分解,生成C02气体:

CaCo3一CaO + C02十一178.5kJ⋯ 一式②

② 部分CO2气体在炽热的碳层被还原成CO气体:

C02+C一2CO 十一164.61d⋯⋯ ⋯⋯ 式③

③ 各种氧化物杂质(如Si02、Fe203、AI2 o3、MgO等)被还原,生成CO 气体:

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(碳素料中的水份或炉面设备冷却系统漏水)与炉内红热的碳素料发生还原反应,形成CO、H2气体。

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

    2.2 影响电石炉料层透气性的因素

由于电石生产过程必然会产生各种气体,因此,防范电石炉塌料的关键在于确保电石炉料层透气性,使炉内产生的气体能够及时、顺畅地自炉内逸出,防止其在炉内不断地积聚,气体压力不断升高而最终突然喷出。影响电石炉料层透气性的因素较多,具体分析如下:

    2.2.1投炉料粉末的影响

投炉料粒度小、粉末含量高时,炉料透气性差,(尤其是石灰粉末,在料面高温作用下容易使电极周围的料层结成硬壳),阻碍炉内气体的排出。投炉料粉末含量高是造成电石炉频繁大塌料的主要原因。

    2.2.2 高料面操作的影响

如果在电石炉料面操作中采用大批量加料,则炉料层加厚,料面升高,造成炉料透气性不良,炉内形成的气体就难以及时排出。

    2.2.3 料面结硬壳导致料层透气性差料面结硬壳的原因包括:

(1)电极工作长度偏短或电极长时间不能深入炉内,炉面支路电流大、弧光强、温度高,导致预热层的炉料形成红料、结块。

(2)使用含挥发份高的碳素料(如石油焦)。含挥发份高的碳素料受热后,在料层表面易发生结壳现象,若没有及时疏松处理,炉料不易进入炉膛熔池内;另外,挥发份靠近炉内反应区,易形

成半融粘结状,使反应区的物料下落困难,容易引起喷料现象。

(3)石灰中的MgO含量超标。MgO在炉内熔融区易被还原生成金属镁,一部份镁蒸汽上升到炉料表面与CO 或空气中的02反应,放出大量的热,使料面结成大块,阻碍炉内气体排出,并产生支路电流,严重影响操作,极大危及到安全生产。

MgO + C— Mg + CO+ 一485.7kJ ⋯  式⑧

2Mg+ 02= 2MgO +123216 KJ⋯ ⋯⋯ ⋯ 式⑨

(4)料面冒料(翻电石)、冒电石或塌料后电石及半成品在料面堆积,没有及时疏松处理, 就形成料面结壳,颅内气体排不出去。

    2.2.4 水份的影响

水份来自于投炉料所含水份及冷却设备的漏水。水份除增加炉内副反应气体的生成外(式⑦),也造成料层的透气性差,特别是水份易导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筛分困难而增加投炉时的粉末含量。

3 电石炉大塌料状况分析

    3.2.1 碳素原料的影响

长期以来,在碳素原材料的使用上有两个特点:(1)过去生产电石对石油焦的使用比较依赖,石油焦配比高,占混合料比重50%以上。(2)焦球的用量大,占电石炉碳素实物配比的50%。由于进厂石油焦粉末多,破碎后粉末达60%以上,且不易筛分,造成投炉粉末量大;石油焦挥发份高,在电石炉料面上易结成硬壳,影响电石料层的透气性。为了消化石油焦粉, 降低投炉碳素料成本,多数厂将焦粉压制成焦球后投炉使用,而受工艺条件限制,焦球质量(特别是强度指标)存在波动,投炉后部分焦球分裂成粉末,造成电石炉料面粉末量增大,这些均构成电石炉塌料的潜在危险。

    3.2.2 料面操作的影响

目前,电石炉均已改造为密闭炉型,但在电石炉操作上则仍然延续长期以来形成的开放炉和半密闭炉模式,即“高配比、高料面、大批料”。高配比造成电炉电极无法深入炉内,为达到闭弧操作,则加大投料量,抬高料面,而高料面带来的的红料和硬壳又促成了炉况的恶性循环。高料面和硬壳极大地阻碍电石炉料层的透气性, 不仅易导致电石炉大塌料现象的频繁发生,而且往往因炉内聚集气体的压力大、气量大,在瞬间塌料喷发的能量大,对人身和设备安全的危胁也大。

    4、防范电石炉大塌料的措施

针对以上分析,为彻底消除长期困挠的电石炉大塌料现象,首先在操作上必须进行根本转变,从本质上消除规模比较大的塌料现象发生的可能性;其次在原料方面努力消除塌料可能因素;在设备方面加强防护,减少塌料对人身和设备安全危胁。

4.1 转变操作观念、改变操作行为

料面操作方式的转变是消除电石炉大塌料现象的关键。(加料改为少加、勤加和对料面的处理)从着力扭转旧有的操作观念,大力推行新的操作方式。

(1)加料时采取多批少量多推方式,降低料面高度。将加料批数、加料时间、加料量等操作参数进行微机控制,并加强考核。改原来每小时加料3批,每批加料量大,料面高度始终维持在高出操作平台200mm位置。改为每小时的加6批,相应的每批加料量减少,料面高度也降至操作平台以下约lOOmm位置。

(2)稳定配比、加强电极管理。通过对电石炉配料系统的管理,提高了炉料配比的稳定性,促成稳定良好的料层结构,电极位置深入、稳定。此外,加强了电极压放管理,确保电极工作长度保持在1100~1300mm。随着料面操作的改变,料面高度降低,料层结构改善,料面温度也从650~750℃可降低至450- 500℃。料面结壳减少,透气性提高,基本上消除大塌料的发生:从本质上确保电石生产的安全。

    4.2 合理调整碳素原料结构

多年来,电石生产一直使用焦炭、石油焦和焦球三种碳素原料。2002年2月起,随着兰炭产业的发展,对碳素原料结构进行调整,以兰炭逐步替代焦炭和石油焦。至2005年9月,国内电石厂实现兰炭对焦炭和石油焦的完全替代,料层较疏松而不易结硬壳,且进厂兰炭为合格料,投炉粉末少,因而能保持良好的料层结构,有助于防范电石炉塌料现量也逐步减少至15%。兰炭的各项性能指标介于焦炭和石油焦之间,投炉使用后,料层较疏松而不易结硬壳,因而能保持良好的料层结构, 有助于防范电石炉塌料现象的发生。

    4.3 加强原料质量把关

一方面要把好进厂兰炭质量,严格兰炭筛分和输送、确保投炉碳素粉末、水分不超标;另一方面把好进厂石灰石质量,确保石灰中MgO含量不超标(要求MgO<1.3%)。减少MgO对于塌料可能造成的影响。

4.4 针对雨季采取的措施多年以来, 在六、七月的雨季时节,电石炉塌料现象频繁,这与投炉料粉末的增加有关。一方面,进厂的投炉碳素料的水份往往超标、粉末筛分困难、投炉粉末增加。另一方面石灰易风化而增加粉灰量。为此,采取相应放大筛分筛网的网孔尺寸、加强筛分操作和管理、优先吊用水份低的碳素料等办法,尽量减少投炉料粉末。

(公司安全生产环保部周永安供稿)