石墨电极第四章工程分析.docx

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石墨电极第四章工程分析

第四章工程分析

4.1工程概况

4.1.1项目名称及性质

项目名称：

新疆XX电极有限公司新建年产6万吨石墨电极项目

建设性质：

新建

4.1.2建设单位及建设地点

建设单位：

新疆XX电极有限公司

建设地点：

XXX旱卡子滩工业园，项目地理位置图见图2－1－1。

4.1.3建设规模及产品方案

建设规模：

新增生产规模石墨电极6万吨／年

产品方案Ф550-850mm的超高功率石墨电极20000t。

产品技术指标：

石墨电极类根据使用电流密度大小，可分为普通功率石墨电极、高功率石墨电极和超高功率石墨电极。

用针状石油焦制造出的高功率石墨电极，不仅电极的电阻率较低、体积密度较高，而且热膨胀系数较小，允许使用电流强度大于25A/cm2。

产品技术指标见表4-1-1。

生产产品标准见表4－1－1。

表4－1－1超高功率电极产品的主要技术指标

项目

单位

电极

接头

电阻率

μΩ·m

≤6.0

≤5.0

抗折强度

MPa

≥11.0

≥16.0

弹性模量

Gpa

≤14.0

≤16.0

灰分

%

≤3.0

≤0.3

热膨胀系数

10-6/℃

≤1.5

≤1.4

体积密度

g/cm3

≥1.68

≥1.75

4.1.4建设内容

XX电极有限公司采用已掌握的石墨生产技术，基础条件和基础设施需要新建，新增生产规模为年产石墨电极6万ｔ。

项目建设内容为生产车间、辅助工程和环保工程。

新增建构筑物指标表见表4－1－2。

表4－1－2本项目新建构筑物指标一览表

项目

建设内容

备注

生产车间

煅烧、混捏成型、焙烧、浸渍、石墨化及机加工

辅助工程

HGF-2.4煤气发生炉2台、煤气输送管道

导热油炉2台

给排水系统、循环水系统、配电系统、煤气站、煤气管道及气柜

环保工程

焙烧炉除尘系统混捏成型沥青烟处理系统、废水处理系统及噪声治理措施

（1）概述

项目厂址选择在XXX县旱卡子滩工业园区内，北距XXX县城20km，西南距旱卡子滩乡政府约4km。

（2）总平面布置方案

厂区平面布置以符合生产工艺要求、物料运输合理及减少环境污染为原则，生产区及生活区严格区分开。

煅烧、配料、成型、混捏和机加工车间位于厂区的西部，焙烧、石墨化车间和煤气站位于厂区东部，并加大厂区的绿化，做到自身环境与区域规划相协调。

本项目厂区总平面布置图见图4－1－2。

（3）厂区道路及运输

本项目具有非常完善的运输系统，保证厂区道路运输畅通及消防要求。

厂区道路分主干道和次干道两种类型，道路路基均采用郊区型，面层为水泥混凝土路面。

（4）总图布置技术经济指标

厂区总图布置技术经济指标见表4－1－3。

表4－1－3本项目厂区总图布置技术经济指标表

序号

指标名称

单位

总计数量

备注

1

厂区用地面积

m2

67890

2

建筑面积

m2

25750

3

厂区道路

m2

2000

3

绿化设施用地面积

m2

7725

4

绿化系数

％

30

4.1.6劳动定员及生产制度

⑴劳动定员

本项目劳动定员250人。

管理人员20人，技术人员30人，操作工人200人。

⑵生产制度

本项目生产车间工作制度为年工作365ｄ（8760ｈ），生产线实行三班连续工作制，工作制度为每人每周工作40小时制。

4.1.7项目投资

本项目总投资6000万元，采用企业自筹的方式筹措建设资金。

4.1.8项目实施进

本项目建设期为1年，预计2008年建成投产。

4.2生产工艺

4.2.1石墨电极

石墨电极是电冶炼工业中重要的导电材料，具有良好的导电、导热性，机械强度高，高温下抗氧化腐蚀性能好，广泛应用于电弧炼钢炉、矿热电炉（生产铁合金、纯硅、黄磷、冰铜、电石等）、电阻炉（如生产石墨电极的石墨化炉、熔化玻璃的熔炉、生产炭化硅的电炉等），已经成为当代原材料工业的重要组成部分。

4.2.2本项目工艺路线

本项目石墨电极生产工序主要包括煅烧、压型、焙烧、浸渍、石墨化、机加工等工序，生产超高功率石墨电极，其中焙烧炉采用煤气发生炉煤气为燃料的环式焙烧炉。

（1）煅烧

该工序主要为原料煅烧，采用12罐逆流式煅烧炉，煅烧温度在1250～1380℃。

以针状只有叫为原料，先将堆棚中的石油焦经过螺旋给料机由上部加入煅烧炉，进行密封高温煅烧，除去原料中挥发份等杂质，使原料焦的理化性质能够得到进一步改善，如密度、硬度提高，抗氧化性增强，比电阻降低等。

将煅烧后的物料冷却，经提升机后进入原料配料仓。

本项目煅烧采用罐式煅烧工艺，即利用针状石油焦在煅烧过程中产生的挥发份与从火道口进入的空气混合作为燃料燃烧，具有产品质量稳定，能耗小，在一定条件下可实现无燃料燃烧等有点。

（2）中碎、筛分、配料

煅烧后的针状焦经过对辊破碎机、筛分成为不同粒径原料，再与雷蒙磨加工出的粉料按照一定比例配置成干混合料。

煅烧好的原料经过破碎，变成不同粒级的焦炭颗粒，分别进入制定的料仓。

（3）混捏、压型

自动化配料系统根据配方分别从料仓提取不同粒径原料进入混捏锅，注入一定量的粘结剂沥青，加温至160～180℃后搅拌达到要求后用成型机挤压，将糊料支撑具有一定形状及高度密度的生电极。

大部分生擦很难过程将由电脑操作完成控制，配料温度的控制将更加准确，实现自动化。

沥青溶化：

有原料仓转运来的中文沥青加入沥青溶化槽内，用导热油作为加热介质溶化周期2～3天，静置周期3～4天，沥青由输送泵送至混捏成型车间的沥青高位槽和浸渍车间的沥青储槽待用。

（4）焙烧

该工序主要是将成型后的电极坯置于专门的环式焙烧炉，在隔绝空气的条件下加热，按照一定的升温曲线加热，在1100～1300℃的温度下，使粘结剂完全焦化，以增强电极的强度，提高电极的导电能力。

将不同型号的石墨电极毛坯放入有火井带盖环式焙烧炉内，每一炉室均由6个焙烧箱和烟道组成，在焙烧箱的毛坯周围及底部、上部填充2～4mm的烘干的冶金焦炭粒，作为支撑保温物，使制品在隔绝空气的条件下进行焙烧，顶部由密封盖密封，使毛坯均匀加热，避免受热不均变形。

在环式焙烧炉内经过328～460小时逐渐加热-保温-升温-保温-冷却后出炉，全部加热炉室处于负压状态，不同规格的制品采用不同的升温曲线。

出炉时，先由天车吊去焙烧箱上部的密封盖，再由抓斗去毛坯厂部覆盖的300mm保温料，使毛坯上部暴露后由专用钢丝绳套固定后由天车吊出炉外，剩余保温料由高压抽吸装置吸回备用。

该工艺采用带盖的并列环式焙烧炉，由CGL-2.4m煤气发生炉提供煤气作为热源进行加热。

其运行特点是把整个焙烧炉划分为若干个火焰系统，加热时煤气由管口经过连通管上的喷嘴喷入烟道上孔内，每6个室为一段火焰系统串联运行，起重装炉时间为6天，每个炉室的加热运行时间为336小时，恒温8天，出炉冷却时间为48小时，由于每段按时间顺序装炉、加热、冷却、出炉形成环形加热，连续生产。

焙烧炉生产中排出的含有沥青烟的废气在火道中直接燃烧，再经除尘器净化后，由引风机送入45m烟囱排空。

项目配备由2台Ф2.4m煤气发生炉，单炉产气量3500m3/h，压力在500Pa以上。

工作原理是将煤从气化炉顶部加入，与炉底进入的汽化剂逆温相遇，经过物理化学反应，制成粗煤气，其主要成分为H2、CO、CH4、CO2、H2O和H2S等，采用旋风除尘和水洗涤后产生净化煤气。

煤渣由底部定期排出，作为建筑材料利用。

（5）浸渍

超高功率电极必须进行浸渍，浸渍工艺采用液体沥青作为加压介质的高压浸渍机组，工作压力在1.3～1.5MPa，热。

为使制品减少空隙，增加比重和致密性，以达到提高其导电率和机械强度的目的，先将焙烧电极预热至280～320℃，立即放入特定温度的高压罐进行浸渍，抽真空至一定的真空度后注入沥青，沥青在一定的压力下，浸到电极内，卸压后冷去出罐，浸渍剂送回搅拌罐，并定期更换。

采用罐外冷却。

为了得到高密度和高强度的超高功率产品，需要进行两次浸渍三次焙烧，然后进入石墨化电极工序。

（6）石墨化电极工序采用内串工艺进行石墨化电极生产，主要的任务是将焙烧后的电极半成品装入内串在石墨化炉内加热至2300℃以上，使之进行石墨话，使焙烧半成品转换为石墨晶质结构，从而获得人造石墨电极具有的物理化学性能。

内串的主要特点是内热和串接。

“内热”是不用电阻材料，电流沿焙烧电极的轴向通入电极，以电极本身作为发热体，不需要外源加热。

“串接”是把电极沿其轴线对头的串接起来，装入内串式石墨化炉。

石墨化车间串接石墨化炉40套，并列排列，隔热材料选用2～10mm冶金焦粒，电极由提升机放置于炉内，用吊车抓斗将电极保温材料放在电极上，通电进行石墨化，保温材料由内部加工供应。

（7）机加工及包装

采用电极加工机组对电极进行加工，石墨化后的毛坯经过表面车削、端面及连接用螺纹加工等步骤，成品电极进行检验包装后出厂。

新建项目生产工艺流程及污染流程图见图4－2－1。

污染源及排放特点见表4-2-3。

表4－1－3本项目工序污染源及污染物排放情况

类别

编号

污染源

污染物

产生特征

采取措施

废气

G1

破碎

粉尘

连续

车间封闭加袋式除尘器

G2

煅烧炉

粉尘

连续

车间封闭作业

G3

筛分

粉尘

连续

袋式除尘器

G4

研磨

粉尘

连续

车间封闭加袋式除尘器

G5

配料

粉尘

连续

车间封闭加袋式除尘

G6

混捏

粉尘、沥青烟

集气罩收集送导热油炉燃烧

G7

焙烧炉

粉尘、沥青烟

双电场电捕焦油器

G8

石墨化

焦尘

间断

车间封闭加袋式除尘

G8

机加工

粉尘

连续

旋风加布袋除尘

G10

储煤场

粉尘

三面围挡加洒水措施

G11

沥青溶化

沥青烟

连续

集气罩收集送导热油炉燃烧

G12

导热油炉

烟尘、SO2

连续

以煤气为燃料

废水

W1

设备冷却

SS

连续

冷却循环后利用

W2

混捏成型

SS

连续

冷却循环后利用

W3

煤气发生炉

酚氰废水

连续

收集后返回发生炉做气化剂

W4

生活废水

COD、SS

连续

冬存夏灌

噪声

N1

破碎机

Lep（A）

连续

减震垫、厂房遮蔽

N2

震动筛

连续

减震垫、厂房遮蔽

N3

雷蒙磨

连续

减震垫、厂房遮蔽

N4

风机

连续

减震垫、厂房遮蔽

N5

机加工

连续

减震垫、厂房遮蔽

固废

S1

电极废料

固体废弃物

连续

破碎后作为原料回收

S2

机加工

连续

碎屑出售

S3

炉渣

连续

作为建筑原料利用

S4

电捕焦油器

连续

作为化工原料出售

S5

生活垃圾

连续

送垃圾填埋场

4.2.3煤气发生炉工艺流程

本项目拟新建两台Φ2.0ｍ煤气发生炉，利用烟煤产生的煤气为导热油炉提供燃料，单台产气量4500m3/h，单台煤气发生炉年耗煤量2520ｔ，每公斤煤产气量2.2－2.8ｍ3，年耗水量4500ｍ3。

所用煤质指标见表3－1－4。

表4－1－4煤气发生炉所用煤质指标一览表

项目

灰份（％）

水份（％）

全硫（％）

碳（％）

低位发热量（MJ／ｋｇ）

结果

13.48

3.72

0.53

58.97

22.49

⑵工艺原理

煤气发生炉工艺原理为：

原料煤经过双罩加煤器从煤气发生炉上部加入，水蒸汽和空气从下部进入，在炉体内，水、空气与煤发生气化反应，整个反应过程始终处于封闭状态，不向大气排放，反应生成的煤气经水封除尘器后通入生产线加热系统内燃烧，燃烧后的尾气进入废热锅炉内二次利用后经15ｍ高的烟囱排空，炉渣经湿式除渣机定期排放。

煤气发生炉工艺流程图见图4－2－2。

图4－2－2煤气发生炉工艺流程图

⑶主要设备

煤气发生炉主要设备包括发生炉主机（包括双钟罩加煤器、出渣机、蒸汽包）、汽风混合箱、放散阀、水封除尘器、一次风机、仪表电控柜、煤气管系及外燃式燃烧器、汽水管系、设备基础及操作平台。

4.2.4原辅料、能源消耗及产品指标

⑴原辅料消耗

石墨电极的主要原辅料包括针状石油焦、煤焦油沥青和少量蒽油；针状石油焦是一种优质的碳素原料，主要通过对是由的热裂化渣油炼而来，其表面呈明显的条状纹路，破碎时多数为长条形针形碎片，在显微镜下可观察到纤维状结构，因而被称为针状焦。

针状焦在2000℃以上的高温下易石墨化，是生产超高功率电极的必备原料，增碳剂主要原材料是煤焦油沥青。

表4-2-1本项目生产原辅料及能源消耗一览表

名称

消耗指标（t/t产品）

年消耗量（t/a）

原料

针状石油焦

0.947

56820

煤沥青

0.17

10200

蒽油

0.028

1680

辅料

冶金胶粒

0.125

7500

能源

电

3500kwh

21000×104kwh

煤气

110～130m3

9×106m2

新鲜水

2.4m3

144000

煤（用于生产煤气）

0.7

42000

⑵原料技术指标和燃料分析指标

本新建项目年消耗针状石油焦56820ｔ，延迟石油焦技术指标符合SH/T05527-1992标准，见表4-2-2所示。

表4-2-2延迟石油焦技术指标（SH/T05527-1992）

项目

质量指标

试验方法

一级品

合格品

1A

1B

2A

2B

3A

3B

硫%≤%

0.5

0.5

0.8

1.0

2.0

3.0

GB/T387

挥发份≤%

12

13

14

17

18

20

SH/T0026

灰份≤%

0.3

0.3

0.5

0.8

1.2

SH/T0029

水分≤%

3

TH/T032

本新建项目年消耗改质沥青10620ｔ，质量符合GB8730-1998标准标准，见表4-2-3所示。

表4-2-3改制沥青技术指标

指标名称

一级

二级

软化点（环球法）℃

100-115

100-200

甲苯不溶物（抽取法）%

28-34

＞26

喹啉不溶物%

3-14

6-15

β树脂≥　　%

18

16

结焦值≥　　%

54

50

灰份≥　　%

0.3

0.3

水分≥　　%

5

5

4.2.5主要生产设备

本项目主要生产设备见表4－2－5

表4－2－5本项目主要生产设备一览表

序号

设备

型号

单位

数量

备注

1

罐式煅烧炉

12罐8层火道

8

台

2

对辊破碎机

I＝18ｋA

3

个

一台备用

3

雷蒙磨机

5R4018

2

个

4

多层震动筛

DESF-

2

个

5

挤压成型机

2500t

1

台

6

震动成型机

100kw

1

个

7

环式焙烧炉

8组×6室

2

个

8

煤气发生炉及配套设施

MHA型Ф2.4m

1

个

9

导热油炉

YQL-350QL

2

个

10

各类风机

12

4.3公用工程

公用工程包括供电系统、供排水系统以及供汽系统。

4.3.1供电系统

本项目设备总装机容量200Kv，年耗电量8000万kwh,拟新增一台250KvA变压器。

4.3.2供暖

本项目冬季供暖利用煅烧炉配套的2t/h余热锅炉供应。

4.3.3给排水系统

⑴供水

本项目生产、生活用水由厂区内自打水井供应。

工程总用水量965m3/d，其中循环水量780m3/d，新鲜水量95m3/d，用于煅烧、压型、冷却水系统循环补充水及设备冲洗水7.0m3/d，余热锅炉15.0m3/d；煤气发生炉用水63m3/d，生活用水5m3/d。

⑵排水

①排放量

本项目生产废水仅有少量煤气站水封用水和余热锅炉废水（4m3/d），混合后进入水处理系统，处理后回用于水封；生活排水12m3/a，经过厂区内一体化生活污水处理设施处理后用于厂区绿化。

和生活排水。

生产排水：

生产排水为循环冷却排水，排放量为15.5m3/d；

生活排水：

生活排水量为12m3/d。

本项目排水排放总量为32.5m3/d。

②废水处置

本项目生产排水经过厂内废水处理系统处理后全部循环使用，生活废水经过地埋式小型污水处理设施处理后冬季存储，夏季用于厂区绿化。

本项目水平衡表见表4－3－1。

本项目水平衡图见图4－3－1。

10.0

图4-3-1本项目水平衡图单位：

m3/d

表4－3－1本项目水平衡表单位：

m3/d

序号

用水工序

新鲜水

循环水

总用水

损失水

废水产生

废水排放

1

煅烧、成型、冷却

7.0

240

247

7.0

240

0

2

煤气水封洗涤

63

540

603

67

543.0

0

3

余热锅炉用水

15.0

5.0

1.0

4.0

0

4

化验及生活水

5.0

15.0

3.0

12.0

0

5

合计

90

780

870

78

0

4.4物料平衡

电极生产物料平衡见表4－6－1。

表4－6－1电极生产物料平衡表单位：

t

加入

产出

物料

数量

物料

数量

针状石油焦

56820

石墨电极

60000

改质沥青

10620

电极废品

8400

蒽油

1680

系统收尘

530

电捕焦油收集

185

损失

5

合计

69120

合计

69120

4.5主要污染源及污染物

4.5.1废水

本项目废水排放包括生活废水和生产排水。

本项目投产后，废水主要包括生活污水、煅烧石墨化冷却系统排水和煤气站洗涤及水封溢流水，产生量分别为17m3/d、240m3/d和540m3/d，其中工艺冷却水经过处理后循环使用，煤气站排水采取处理后循环使用，生活废水经过隔油沉淀池处理后冬季贮存，夏季用于厂区绿化。

各类废水水质见表4-7-1.

表4-7-1废水水质质量一览表

废水名称

水量（m3/d）

主要水质指标

pH

COD

SS

NH3-N

挥发酚

硫化物

氰化物

生活废水

17.0

6-9

500

40

35

冷却废水

240

6-9

80

80

煤气站废水

540

6-9

260

400

95

1.0

2.0

2.5

本项目生产排水系统采用清、污分流，各排水管道合理规划。

煅烧炉、焙烧炉、石墨化炉和设备冷却水及混捏成型水水质较好，经过冷却处理后循环使用；煤气站的酚氰废水中主要含有SS、氰、挥发酚、石油类、硫化物等，污染物的初始浓度见表4-7-1。

生产废水经过项目设置的沉淀池、隔油池处理后，进入冷却塔循环水系统，85%的水直接循环利用，定期抽出15%的污染较重废水采用次氯酸钠氧化，并经隔油和沉淀处理达标后进入循环水池，拟采用的废水处理工艺流程见图4-7-1。

图4-5-1本项目工艺污水处理工艺流程

本项目生活排水采用地埋式一体化生活污水处理设施，处理达标后，冬季贮存，夏季用于厂区绿化。

地埋式一体化生活污水处理工艺流程见图4-7-2。

图4-5-2地埋式生活污水处理工艺流程

4.5.2废气

⑴煅烧工序废气：

该工序煅烧采用无燃料罐式煅烧工艺，污染源为原料中挥发份燃烧产生的烟尘、SO2等污染物，及原料堆场、上料时的无组织粉尘。

由于选用的针状石油焦原料中H2S及其他有毒有害物质含量较低（H2S<0.5%），同时在煅烧原料的过程中加入少量脱硫剂，降低SO2的产生量，烟气由30m高排气筒排空，煅烧后物料采取三面围挡加顶棚存储。

通过类比同类企业资料，一个煅烧炉烟气排放量为9600m2/h，本项目煅烧炉烟气排放总量为115200m2/h，污染物SO2、烟尘的排放浓度为45mg/m3和11.5mg/m3，符合《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）中的二级标准。

（2）中碎、筛分工序：

石墨电极在对原料、辅料进行破碎、筛分、运输过程中产生含有粉尘的污染物及无组织扬尘排放，本项目在中碎、筛分工序配置了一套集尘系统，并由风机送至旋风除尘+脉冲高效袋式除尘器净化；对雷蒙磨机单独采用旋风+脉冲高效袋式除尘器，除尘效率达99%以上。

经过除尘后破碎、配料、筛分系统废气中的粉尘浓度由3500mg/m3降低至35mg/m3，雷蒙磨系统外粉尘浓度由4800mg/m3降低至48mg/m3，分别经15m高排气筒排放，废气中的粉尘排放浓度符合《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）表2二级标准要求。

（3）混捏成型和沥青制备工序：

沥青制备（加热溶化槽）、配料和混捏成型过程中产生的沥青烟气和其他有害的废气，污染物中沥青烟气产生浓度为200～300mg/m3，B[a]P产生浓度为4.4～4.6mg/m3。

本环评推荐的治理措施是将含有碳尘、沥青烟和B[a]P等污染物的废气经过集气罩收集后进行干法吸附（吸附料为煅烧后的石油焦）后，进入袋式除尘器净化处理，该措施在国内同类厂家实际运行效果较好，运行稳定，处理效率在90%以上，烟气中的污染物可满足达标排放要求，但应加强管理和维护，避免出现堵袋现象而影响除尘效率。

（4）焙烧炉

环式焙烧炉使用煤气发生炉生产的煤气作为燃料，采用沥青作为粘合剂，在焙烧过程中，各焙烧箱将排放大量的废气，含有焦油、沥青烟、B[a]P、烟尘和SO2等污染物。

由于焙烧炉内烟道和炉室密封隔离，产生的烟气通过透气率60%的耐火墙进入烟道，因此焙烧炉尾气中粉尘含量很低。

但由于原料中含有大量的石油焦和沥青，沥青高温分解产生黄色的沥青烟，所用的燃料煤气中含有少量的SO2，所以电极焙烧过程中回产生大量的含有焦油、沥青烟、B[a]P和SO2的废气，其中B[a]P是强致癌物质。

根据对山西灵山石宏源碳素、吉林碳素、开封碳素、上海西格里东方碳素公司、南通扬子碳素有限公司和河南辉县碳素等同类型、同产量的焙烧炉运行情况的类比调查结果，确定基本参数如下：

焙烧炉综合运转率95%，产品成品率90%，生电极焙烧损失率12.2%。

通过以上参数可以得到以下尾气中污染物浓度的理论估算值。

表4-5-2焙烧炉尾气中污染物浓度理论估算值

沥青烟

SO2

烟尘

B[a]P

mg/m3

kg/h

mg/m3

kg/h

mg/m3

kg/h

mg/m3

kg/h

340

31.9

100

9.4

200

18.8

1.5×10-3

1.41×10-4

本项目采用全雾化喷淋装置降温调质后进入宽间距、高压电的电捕焦油器捕集沥青烟气的技术净化焙烧烟气，净化后，由高45m、内径2.0m的烟囱排放，手机的废焦油可以作为化工原料出售。

焙烧炉烟气量94080m3/h，B[a]P排放浓度由1.5×10-3mg/m3降低至0.2×10-3mg/m3，烟尘排放浓度由200mg/m3降低至15mg/m3，SO2排放浓度为45mg/m3，处理后的尾气中污染物沥青烟、烟尘和SO2满足《工业炉窑大气污染物排放标准》中新建工业炉窑的二级标准，B[a]P的排放浓度满足《大