电石生产的节能减排.docx

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电石生产的节能减排

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电石生产的节能减排

电石生产是高耗能、高污染的行业，目前中国是全世界最大的电石生产大国，在世界范围内节能减排的大气候下，中国电石行业节能减排的任务是非常艰巨的。

电石生产的高耗能和高污染是电石行业长期困扰的问题，涉及的问题比较多，现就有关节能减排的几个主要问题进行探讨。

主要探讨问题有：

回收电石炉气并加以利用；粉料的利用；使用精料降低电耗等。

其他生产操作上的问题本文不进行讨论。

1．电石企业炉气的综合利用

1.1电石炉气利用的前提条件：

炉气的收集和净化。

1.1.1建设密闭电石炉，将炉气全部收集。

从电石生产热量分析可知，每吨电石副产炉气约400m3（Nm3）[热值约11723kJ/m3（2800kcal/Nm3）]，约相当于160kg标煤，电石生产副产炉气的利用具有很高的节能价值。

若想利用炉气，首先要建设密闭电石炉，只有密闭电石炉才能将炉气全部回收，具有节能的明显优势。

  电石炉气折标准煤量定量分析如下：

电石产量　　　　　万t/a      炉气量　万Nm3/a      炉气热值折标煤t/a      备注

　　　　　　　　　　　　4.5      1800      7200    　　  9.0      3600      

06年全国产量　　　　　14400      1177      470800      1883200  

密闭电石炉技术，在国内无论是装备或生产管理已拥有成熟的经验。

从六十年代至今，引进过日本、挪威等国家的多种密闭电石炉设计和制造技术。

设计和制造均已国产化。

25500KVA的密闭电石炉已拥有多台，把持器的形式已有多种，更大型的密闭电石炉也在筹划建设中。

1.1.2炉气净化技术

炉气净化本身不是节能的直接措施，而且要消耗掉一部分动力。

由于密闭电石炉炉气含有大量的粉尘，含尘量约80~150g/m3（Nm3），不能远距离输送，为利用电石炉气，必须将炉气中的粉尘除去，将炉气进行净化，使炉气能够输送，进而加以利用。

炉气净化的工艺方法可采用干法或湿法。

湿法净化技术成熟，但由于耗水量大，且净化后的污水中含有CN-造成二次污染，必须进行污水处理，故流程较长，其发展受到限制。

炉气干法净化，从八十年代至今，引进过日本、挪威等国家的技术。

国内各工厂在使用过程中存在一些问题，分别进行了一些改造和完善，有的工厂改造后已取得良好的成效，已达到正常连续运行。

（湿法净化和干法净化的具体方法这里不做介绍）

1.2电石炉气利用

净化回收后的炉气利用途径有多种。

可作为企业内部的燃料使用，也可输出作为能源或碳一化学生产的原料。

下面介绍几种主要炉气利用的方法：

1.2.1  气烧石灰窑。

 在电石企业内，气烧石灰窑所需用的炉气与电石生产副产炉气量理论上基本平衡。

炉气作为气烧石灰窑的燃料，既节能又消除了炉气的污染，而且气烧石灰质量均匀，反应活性好，可使电炉电耗下降。

气烧石灰窑是一项先进的技术，在电石企业内部，气烧石灰窑以电石生产副产炉气作为燃科是最合理的炉气利用措施。

采用气烧窑时应选用热效率高的窑型。

现将几种气烧窑能耗参考指标介绍如下：

      西德维曼斯台

尔公司双筒窑      西德维曼斯台

尔公司双斜窑      日本金刚石公

司中心喷咀窑      意大利费尔卡克斯公司方型双梁窑

热耗J/kg石灰

（kcal/kg石灰）      360000~3777000

（860~950）      393600~4145000

（940~990）      4187000~5024000

（1000~1200）      3893000

（930）

气烧石灰窑，在国内已引进过西德、意大利等国家的双套筒窑、方型双梁窑等多种形式的技术。

设计和制造均已国产化。

使用情况良好。

1.2.2余热锅炉

余热锅炉是一项密闭电石炉炉气不经过除尘而直接利用的技术。

从七十年代杭州电化厂等工厂开发成功至今，已取得许多经验。

余热锅炉的形式也在不断改进和完善，技术已比较成熟。

密闭电石炉余热锅炉产生蒸汽量经验数据如下：

国内某厂1吨电石产生约2吨蒸汽（0.8Mp）。

密闭电石炉余热锅炉还有良好的环境效益，同时将炉气中氰离子进行了焚烧。

1.2.3利用炉气作燃料干燥炭材。

1.2.4炉气输出作为专用燃料，例如吉林电石厂曾利用电石炉气送化肥厂作专用燃料。

1.2.5炉气输出掺入城市煤气作燃料，例如吴凇电石厂曾利用电石炉气输出掺入城市煤气使用。

1.2.6利用炉气作原料的碳一化学研究

例如吴凇电石厂曾开发成功利用电石炉气制造光气。

例如吉林电石厂也曾研究开发利用电石炉气制造草酸，但没有实现工业化。

2电石企业粉料的综合利用：

空心电极技术。

 空心电极是一项利用粉料的先进技术。

在石灰，炭材加工，运输和贮存过程中，会产生10~15％左右的石灰粉、焦粉，无烟煤粉等粉料，若将粉料弃掉则浪费了能源，增加了成本，污染了环境，而采用空心电极技术可将这部分粉料作为生产电石的原料消耗掉，并使电极糊的消耗下降，是一项很好的节能措施。

既降低了电石单位产品全焦耗，节省了电极糊，又利于电炉的调节。

因此空心电极技术是一项很好的节能措施。

  采用空心电极后节约能源折标准煤量定量分析如下：

电石产量（万t/a）      4.5      9.0      1177      备      注

节

约

实

物

（t/a）      耗焦粉      2547      5094      666182      以电石焦耗566kg计

空心电极耗粉料10%估算

      耗灰粉      4208      8415      1100495      以电石灰耗935kg计

空心电极耗粉料10%估算

      节约电极糊      675      1350      176550      采用空心电极前电极糊耗35kg/t电石，采用空心电极后电极糊耗20kg/t电石计

实

物

折

标

准

煤

（t/a）      焦粉折标煤      2473      4946      646827      1kg焦粉折0.971kg标准煤

      灰粉折标煤      571      1142      149348      3977460J/kg

以石灰热耗（950kcal/kg）估算

      电极糊折标煤      578      1157      151300      1kg电极糊折0.857kg标准煤

      折标煤总计      3622      7245      947485   

空心电极技术，从八十年代至今，引进过日本、西德、挪威等国家的技术。

国内工厂在使用过程中又予以改造和完善，设计和制造均已国产化。

3采用精料，以减少杂质副反应耗电损失。

3.1  电石生产中杂质副反应耗电损失

  选用精料，可以减少杂质的副反应的耗电损失。

关于电石生产的耗电定量分析，由于原料、设备，操作等方面的差异，国内外密闭电石炉热平衡数据不尽相同，现参考取日本金刚石公司提供热平衡数据如下：

注：

以输入电能为100作基准。

从上表可知，杂质副反应耗电占电石生产输入电能的4.12％，其杂质耗电量折标准煤举例如下（电石单位产品电炉电耗以3300度/吨计）。

电炉产量

（万t/a）      杂质副反应耗电

（kWh/a）      耗电折算标准煤（t/a）      备      注

4.5

9.0

1177      6118200

12236400

1600249200      752

1504

196690      以杂质副反应耗电占

输入电能4.12%估算

1kWh折0.1229kg标准煤

从上表可知，杂质副反应耗电从宏观看也很可观。

因此，电石生产应采用精料，最大限度地降低杂质副反应耗电。

3.2  严格控制石灰石原料质量，保证石灰质量。

国内电石用石灰石矿工业指标一般要求为：

CaCO3≥96％

MgO≤1％

SiO2≤l％

R2O3≤l％

S≤0.2％

P≤0.06％

从国外资料可知，西德、日本等国家密闭电石炉用石灰石CaCO3含量在98％以上，含泥量在0.2%以下。

密闭电石炉用石灰石除应符合电石用石灰石一般要求外，有条件的地方，宜选择CaCO3≥97%，MgO≤0.6％的优质石灰石，石灰石中夹带的泥沙应采取清理措施，以保证生产出优质石灰。

生产实践证明，石灰石中杂质增加，或石灰生烧量增加，均使电炉电耗增加，且对电炉带来其它不利影响。

因此，要控制石灰石中杂质含量和石灰生烧量等。

3.2.1石灰石中杂质的影响

石灰石中的杂质对电耗焦耗都有直接影响，而且对熔炼操作极为不利。

因为在反应中金属氧化物还原时要消耗热量，浪费焦炭和电能。

关于石灰石中的杂质对电耗影响收集到的参考经验数据差异较大。

而杂质的还原率，还和电石质量有关，电石质量越高，还原率也就越大。

据物料平衡，它们的还原率MgO是80~100%，SiO2是40~60%，Fe2O3是30~50%，AL2O3是5~10%

3.2.2石灰生烧量的影响

  在电石炉内，生烧石灰中的碳酸钙要进一步分解生成石灰，再与焦炭反应生成电石。

分解碳酸钙要耗电，增加了电石的电耗。

同时生烧石灰中有二氧化碳成分计入，生烧率过高，要影响到炉料的配比，打乱电石炉的正常生产秩序。

关于石灰生烧对电耗影响收集到的参考数据是，石灰生烧量每增加1%，当石灰投炉量为900公斤/吨电石时，将使每吨电石增加电耗8.5度，并多用焦炭1公斤。

石灰生烧量：

气烧窑≤4％，混烧窑≤6（8）％，并应尽量提高石灰活性。

3.2.3石灰吸水的影响

在生产和贮运石灰过程中，因接触空气而生成一部分氢氧化钙，另外，碳材中的水分对石灰的风化也有影响。

石灰吸水也是注意的重要问题。

除了粉化石灰严重影响生产操作外，消石灰在电石炉内反应的过程中要消耗电能和焦炭。

      ——26千卡

      ——39.6千卡

石灰吸水情况是很容易发生的。

收集到的可参考的经验数据如下：

在干燥仓库中存放四昼夜后，其含水量几乎增加3倍；在普通仓库中存放19昼夜后，其含水量几乎增加12倍，可达到10%。

因此石灰出窑后预防吸潮很重要。

3.3优选焦炭

冶金焦是生产电石的主要碳素材料，固定碳应≥84％，灰分≤15％。

  国外电石生产用焦炭固定碳高，约在90％以上。

鉴于国内实际情况，期望使用固定碳高的焦炭。

入电石炉的焦炭必须经过干燥，使水分≤1%。

生产实践证明，焦炭中灰分增加或水分增加，均使电炉电耗增加，因此，要控制焦炭中灰分含量和水分含量。

3.3.1焦炭中的灰分对电耗的影响

据西德资料介绍，炭素中的灰分每增加1%，每吨电石就要多耗电57~60度。

日本也有资料说对发气量为300升/公斤的电石有如下关系：

灰分含量（%）      7      9      10

焦炭耗用量（公斤/吨）      540      551      546

电耗（度/吨）      3200      3280      3360

分析表中数据粗略推算，炭素中的灰分每增加1%，每吨电石就要多耗电40~80度。

如取平均值，也是在60度左右。

因此，力求使用灰分少的焦炭是十分必要的。

一般要求含C≥84%。

3.3.2焦炭中的水分对电耗的影响

国内某电石厂曾有过测定结果：

焦炭中的水分每公斤要耗电2度，投炉量一般是625公斤，那么，每增加1%的水分，每吨电石将增加电耗12.5度，生产实耗是10~15度，同时增加焦炭消耗2.6公斤/吨。

国内另一有机化工厂曾做过十天以上专门性的对比试验，结果表明：

当焦炭水分由9.4%减少到5.6%时，电耗下降48度/吨；粗略推算，每增加1%的水分，每吨电石将增加电耗12.6度。

同时电石的产量增加35公斤；电石发气量提高1.9升/公斤。

以上两厂测定结果非常相近。

因此使用干燥过的焦炭是十分必要的，通常要求应控制水分在1%以下。

3.4严格入炉原料粒度

炉料粒度在适宜的尺寸范围内，可提高产量和降低电耗。

炉料粒度对电石生产也是很重要的。

粒度过大，接触面积小，反应较慢；粒度过小，炉料透气性不好，影响电石炉的操作。

各种碳材在粒度不同时其电阻相差很大。

一般是粒度越小，电阻越大。

电极易于深入炉内，对电石炉操作有利。

但粒度过小，则透气差，容易使炉料结块，反而不利。

因此要合理选择炉料粒度。

石灰粒度要和电石炉容量大小及焦炭粒度大小配合起来确定。

  生产实践可供参考经验数据是：

电石炉容量KVA  焦炭粒度（毫米）  石灰粒度（毫米）

20000以上      5~20      8~40

10000~20000      3~18      5~35

5000~10000      3~15      5~30

石灰和焦炭粒度合格率规定，是为了保证炉料的透气性和反应的均匀性。

入电石炉石灰和焦炭粒度合格率应≥90％，应无可见杂质。

3.5改善碳素材料结构

  碳素材料一般以焦炭为主。

  无烟煤电阻大，对调节炉内电阻作用较大，而且价格低，又可降低成本。

表面上看，无烟煤固定碳含量低，但因其挥发分高。

在生产电石过程中，待其挥发分跑掉后，剩余部分固定碳相应升高，成为很好的碳素材料。

生产实践也证明，在炭材中掺入一定量的优质无烟煤是适宜的。

石油焦固定碳含量高，灰粉低，电阻大，反应活性好。

对调节炉内电阻有明显的作用，有利于提高电石质量和降低电耗，有条件的地方可在炭材中掺入一定量的石油焦。

炉料里掺石油焦，不但可提高电石产量和质量、降低电耗，而且由于炉料总电阻增加，总灰分减少，反应性好，电极稳定深埋，对加速恢复炉温也很有利。

国内某厂曾在10000KVA开放炉中试验用过，收集到的经验数据如下：

在焦炭中掺用25%油焦时，比未掺油焦的，电耗低84~92度/吨，发气量提高1~8升/公斤，产量增加60公斤时，减少焦耗25公斤/吨电石。

在有条件的地方，在碳素材料中可掺入一定的优质无烟煤或石油焦，使碳素材料结构更加合理，以增大炉内电阻降低电耗。

根据生产实践证明，混合使用碳素材料比较好。

其组成比例如下：

焦炭  50%

无烟煤  30%

石油焦  20%

总之，对碳素材料的要求是：

固定碳含量高，比电阻大，活性高，灰分、挥发分和水分含量要低，粒度适宜。

其他碳素材料：

兰炭是使用块煤经人工堆积、低温闷烧，自燃掉大部分挥发物而炼成的一种土焦（或叫半焦）。

兰炭固定碳含量高，灰粉低，比电阻大。

但也有强度较差，不易干燥、质量不稳等缺点。

因其价格低廉的优势而受到企业的青睐，有些工厂已取得了使用经验。

有些电石炉使用了大量的粉末，虽然利用了焦粉，但却增加了电耗，对操作还不利。

采用合格的焦粒，把筛下焦粉压球代焦，加入电石炉内使用是一个综合利用的途径。

焦球是利用电石废料：

湿焦粉、湿石灰粉按一定比例20%混匀压合好，经CO2碳化好的小扁球。

把它掺入炉料作为碳材使用。

已有多个工厂取得了成功的经验。

4  加强电极糊的管理

电石生产必须选用合格的电极糊，密闭电石炉必须选用密闭电极糊。

不得滥用电极糊，密闭炉不得使用开放炉用电极糊，以防止电极事故，增加能耗。

电极糊应堆放在防雨防尘的库房内，电极糊加入电极筒后，电极筒顶端应有活动盖板。

以防止灰尘落入。

密闭炉用非标准电极糊，一般要求是：

挥发分：

13~15%

灰  分：

＜5%

制造电极糊的原料是：

固体碳素材料（无烟煤、石油焦和人造石墨等）和粘结剂（煤焦油、煤沥青）。

用作粘结剂的原料，经焙烧后要能够转变为坚固的焦碳纲，起焦结的作用，形成自焙电极整体。

标准电极糊的粘结剂是单独的煤沥青，软化点为65~75℃。

而非标准电极糊（密闭电极糊）粘结剂是中沥青和煤焦油混合配料，软化点比较低，55+/-2℃（密闭电极糊）。

5  出炉热电石生产余热（显热）的回收。

  出炉热电石余热利用：

出炉电石温度一般在1800℃左右，如果冷却后的温度以250℃计，则进入大气的热量理论值如下：

 电石产量

（万t/a）      进入大气的热量

万千卡/年

（万千焦/年）

      热量折标煤

t/a      备注

4.5      1953000

（8176820）      2790      

9.0      3906000

（16353640）      5580      

1177      510818000

（2138692698）      729740        

即使能利用50%也是很可观的.

杭州电化厂等曾建设隧道窑，利用热电石显热干燥焦碳，但运行时间不长。

在设计中考虑余热回收时，应对余热回收作出技术经济评价。

6  电石炉设计应选取合理工艺.电气参数

要提高热利用率，降低电耗，在设计中必须选取合理的二次电压、电流电压比、电位梯度等主要电气参数。

必须选取合理的电极直径、电极圆心圆直径和炉膛直径等主要工艺参数。

大、中型密闭电石炉和气烧窑在有条件的情况下，宜考虑采用微型计算机数据处理系统，以考核生产指标，进行科学管理。

有条件的情况下，宜考虑装设能进行自动控制和调节的微型计算机系统进行生产控制，以准确调节工艺参数，降低消耗，提高产品质量,以求得最佳节能效果。

7新建电石厂厂址选择

新建电石厂宜靠近优质石灰石矿山，以缩短运输距离，减少运输能耗；同时宜靠近电站，以缩短输电距离，减少输电能耗损失；以及宜靠近铁路，公路或水路，以方便原料的运入和产品的运出，减少运输能耗。

因此，厂址的选择应进行综合评价。

本文不探讨密闭电石炉的操作上的节能问题。

8  电石行业现状和发展方向

8.1电石行业装置水平的现状分析

1977年全国电石产量99万吨（生产能力140万吨），1987年全国电石产量239万吨（生产能力271万吨），2006年全国电石产量1177万吨，是20年前的492%。

  目前全国电石炉总产能和台数尚无准确统计数据，今年收集到的几个电石生产主要省份（内蒙、宁夏、山西、四川四省）最新数据整理如下：

内蒙、宁夏、山西、四川四省今年（07年）最新统计数据表

内蒙、宁夏、山西、四川四省今年（07年）最新统计数据表

电石炉容量

（KVA）      四省总台数（台）      台数比（%）      四省总容量

（万KVA）      容量比（%）

≥6000~<16500      362      75      363．04      62

≥16500~<25000      104      22      183．95      31．5

≥25000      15      3      38．25      6．5

合计      481      100      585．24      100

从上表分析可知：

1）内蒙、宁夏、山西、四川是我国电石生产大省，四个省电石炉总容量为585．24万KVA，总产能约在1100万吨左右。

四个省实际总产量缺少数据，按四川提供的产量产能比估算，也要在880万吨以上，占全国06年实际产量的75%左右。

其中内蒙自治区尤为突出，现有电石炉总容量为已达251．93万KVA，总产能将接近500万吨。

目前，这几个省还有多个拟建和在建的电石项目，这几个省也是国家节能减排的重点关注对象，电石产业的发展和乙炔下游产品的发展前景密切相关，一旦产品过剩，供大于求，肯定是优胜劣汰。

各企业必须要有忧患意识，尽早作好节能减排工作，以求得企业生存和持续发展的主动权。

2）从炉型上分析，收集到宁夏、山西的数据整理如下：

宁夏现有100台电石炉，其中有7台密闭炉，密闭炉总容量为16．2万KVA。

数量比占7%。

容量比占10.5%。

山西现有136台电石炉，其中有12台密闭炉，密闭炉总容量为12．1万KVA。

数量比占8.8%。

容量比占9.8%。

      宁夏      山西      小计      备注

密闭炉台数（台）      7      12      19      

密闭炉台数比（%）      7      8.8      8．1      

密闭炉总容量（万KVA）      16．2      12．1      28．3      

密闭炉容量比（%）      10．5      9．8      10．2   

分析上表可看出，绝大部分（约90%）电石炉为内燃炉。

尽管内燃炉的也可以建设管理得很好，电石炉电耗和环保指标都可达标，但从节能角度分析，大量炉气潜热没有回收利用。

从国家宏观产业政策看是很不合理的。

试定量分析，即使现有的密闭炉装置炉气已经全部回收利用，也还有90%的内燃炉炉气潜热没有利用。

如果用上表数据粗线条估算全国电石行业，每年则白白浪费掉的炉气潜热折标煤约为188万吨*90%=169万吨，数量惊人。

3）从单台电石炉容量上分析，收集到内蒙、宁夏、山西、四川四省的数据整理如下：

电石炉容量（KVA）      台数比（%）      容量比（%）

≥6000~<16500      　　　　75      62

≥16500~<25000      　　　22      31．5

≥25000    　　　　　　　　  3      6．5

分析上表可看出，绝大部分电石炉单台容量在16500KVA以下，一般讲是在小型炉之列。

尽管有的小型炉已经取得了不错的生产成绩，但由于小型炉在装备和自动化水平等方面的总是存在先天不足，从现代工业发展方向看是趋向大型化、自动化、集约化。

大型化的电石炉易于实现电石炉的密闭化和自动化，从而达到更好的节能目标。

8.2电石行业的发展方向

由于历史的原因，我们有些电石企业的装置水平较低、单台装置规模较小。

需求量大、发展迅猛是我国电石行业近年发展的特点。

但我们要注意电石发展中存在的重复、低水平建设问题，如果不加以合理地调控和引导，任其发展，必然会加剧生产能力过剩、资源消耗高、技术水平低、安全条件差、污染严重等矛盾。

因此应从全局和可持续发展的角度，进一步加大工业布局调整的力度，通过技术改造和进步，做大做强现有的符合国家产业政策要求的企业，严格按照行业发展的规划，限制发展小规模、低水平、重污染的企业。

《电石行业准入条件》的实施，对遏制低水平扩张和盲目发展，将会起到积极作用。

目前的准入条件，考虑到电石行业实际困难，在装置规模和炉型上要求并不够高，但节能减排是大势所趋，电石生产的大型化、密闭化势在必行，电石生产企业要充分利用好目前过度时期的时间，从国家的大局和企业自身可持续发展的角度需求出发，冷静研究、慎重决策企业自身发展规划，从而保证企业及全行业持续稳定健康发展。