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1、电石炉电石炉、净化、气烧石灰窑、自控、碳材干燥初 步方 案天立环保工程股份有限公司二0一一年四月一、公司简介 天立环保工程股份有限公司注册于北京中关村科技园区，是一家专业从事密闭式电石炉、高活性气烧石灰窑的研发与设计、电石炉粉尘的环保治理及炉气净化综合利用工作以及开放式、半密闭式电石炉改造的高新技术企业。公司消化吸收国际密闭式电石炉先进技术，并结合我国生产实际不断创新与改进，达到节能降耗与环保的双重效益。公司已于2011年1月份登陆创业板上市（股票代码300156）。 公司现有职工近400余人，中级以上工程技术人员150余人，其中拥有博士6人，高级技术职称人员26人。几年来，先后在新疆、山西、

2、青海、云南等地区完成了电石炉、电解精炼炉等数十个工业炉窑项目的主体成套设备的制作与安装，企业通过ISO9001质量管理体系认证。公司制造基地位于浙江省诸暨市，占地面积6万平方米，为浙江省科技型企业。拥有C6063落地车床，CW61100B大型卧式车床，B2016A龙门刨床，C5235双柱立式车床，Q11-252500重型剪板机，W12-252000卷板机等大型设备，还具有200m2普通材料焊接平台及不锈钢专用焊接平台各一套，超声探伤仪等各类生产设备与检测设施。年生产金属加工结构件15000余吨。公司内设有一个省级节能环保技术研发中心、一个厂级研究所，主要从事冶金、化工设备的研发。我们以“科技立

3、业，诚信天下”的经营理念，“优质高效，用户满意的服务宗旨，创新立业，更快更强，为用户创造更大的利益。主要专有技术 全程计算机控制及仿真优化技术 节能型不结垢闭式循环冷却水技术（专利） 改进型组合把持器系统 低压功率因数补偿系统 电石炉电气参数和几何参数的优化设计 节能型短网设计及布置（专利） 炉气高温净化系统 双套筒气烧石灰窑系统10.1.1主要改进、创新、专有、专利技术简介1全程计算机控制及仿真优化技术为了使电石炉处于最佳运行状态，除出炉系统需人工操作外，其他所有系统都由计算机控制，如：配料、上料、加料、电极压放、功率调节、炉压控制、变压器及料位系统的监控报警、冷却水、烟气净化控制报警。该系

4、统提高了电石炉工作负荷和作业率，避免操作失误时炉况波动和设备事故。在该系统成功运行多年的基础上，我们又独创性地开发了电极工作长度自动测量控制系统，电石炉计算机仿真自动控制系统和电极运行参数优化控制专家系统。该系统必将使电石炉控制水平和技术经济指标达到一个新水平。该系统有如下特点：1）解决了电极长度测控行业难题，为准确控制电极长度和电极端头至炉底距离，使电石炉处于最佳热效率提供了条件。该控制系统根据输入电极焙烧热、运行负荷、安全间隔、电极设定长度和电极端头至炉底最佳位置由计算机控制自动压放电极和升降电极。2）可自动优选最佳操作电阻，使电气制度和冶炼工艺达到最佳匹配，电石炉始终保持在正常工艺条件下

5、高负荷稳定运行。3）运用计算机仿真技术，在显示屏上将电石炉内设备工艺状态和关键参数用图形和颜色及数据适时地以定量和定性两种方法显示出来，使电石炉操作可视化、简单化、数据化。4）可以根据电石炉的电气和工艺状态变量数据，自动对炉况运行状态进行定量分析，随时在一个两维坐标系中绘制15条重要的具有因果关系的电石炉电热特性动态曲线。为综合性分析炉况和预见性地操控电石炉，使之在一定条件下达到技术和操作最佳状态提供了操作依据。5）在输出电石炉特征曲线分析的基础上，具有最低电耗和最高利润操作分析系统功能。2节能型不结垢闭式循环冷却水技术电石炉炉盖系统损坏的主要原因是开放式循环冷却水带进设备硬垢和污垢造成的。尤

6、其是以兰碳为原料的电石炉，料面温度高达800度以上，而料面设备都是壳程式水道，水流速很低，开放式循环冷却水带进设备的硬垢和污垢沉积在设备内，这是炉内设备损坏的主要原因，因此对冷却水水质要求很高。国内目前采用的开放式冷却水系统很难达到水质要求，各厂普遍存在设备烧损严重，电石炉开动率低，维修费用高的问题。同时由于设备漏水，对电石炉运行形成安全隐患。电石炉循环水由原设计开式冷却改为脱盐水闭式循环，换热器换热，冷却塔放热的方案。水温差提高了一倍以上。循环水量减少一半多，由于是闭式循环，减掉了一个80平方米热水池，同时充分利用了电石炉28米高的位差形成的回水静压力和封闭管道的动压力，使系统的运行动力降低

7、50%，同时电石炉开动率提高2%，由于炉盖、料嘴损坏减少，节省了大量的维修费。封闭系统杜绝了溶解氧对设备腐蚀问题，杜绝了补充水中的硬垢、大气中的污垢对设备的损坏，延长了设备使用寿命。循环水系统采用绿色环保型设计和水平衡设计，没有化学水污染和废水排放，全部由计算机进行管理和监控。该系统用液位曲线变化直接监控电石炉设备漏水故障，保障了电石炉系统的安全运行。3改进型组合把持器系统组合把持器是埃肯型密闭电石炉的核心技术，包括导电把持器和压放电极夹两部分，它的主要特点是可用于任何直径的电极；加速电极焙烧；电极壳不会变形；电极压放时不会失控；减少电极断损；设备质量轻，维修成本低，运行事故少，作业率高，其综

8、合经济效益可提高510%。组合式电极把持器是密闭电石炉的主要易损件，对组合式电极把持器作了技术改进，根据多年的设备检修数据统计分析，导电面预设了偏转角，增加了预磨量，使用寿命提高30%以上。5.2.14采用全动态低压功率因数补偿低压补偿是利用现代控制技术和短网技术将大容量，大电流的超低压电力电容器组接入电石炉的二次侧的无功补偿装置。该装置不仅是无功功率就地补偿原理的最好体现，还可以使电石炉冶炼系统的功率因数在0.92以上运行、降低短网和一次侧的无功消耗、消除5次、7次谐波、调平三相功率、提高变压器的输出能力。控制的设计重点是使电石炉的功率中心，热力中心和炉膛中心相重合，使钳锅扩大，热量集中，提

9、高熔池温度，使反应加快，达到提高产品质量，降耗和增产的目的。节电达到4%以上，增产10%，使电石炉的运行参数和消耗指标得到很大改善。5电石炉电气参数和几何参数的优化设计埃肯电石炉的先进性主要体现在组合把持器的技术上。经过十多年运行实践检验和理论分析，埃肯炉总体设计上还存在许多缺陷，其主要缺陷是电石炉心圆直径较传统设计增大了12.5%，在现有电气参数条件下，熔池功率偏小，形不成三个熔池圆周相割或相交于圆心，形不成稳定的电石反应区。只有根据所使用的原料品种和质量条件，通过调整电气参数和炉体几何参数使之于炉料条件相匹配，才能使电极稳定在正常位置，达到正常的生产工艺条件，高产低耗地生产出高质量的电石。

10、我们经过对国内埃肯炉的广泛调研和大量的理论测算，根据我国原料条件的实际情况，完成了电气参数和炉体参数相匹配的埃肯炉优化设计。6节能型短网设计及布置为了降低运行电耗，增加入炉有效效率，我们解决了一系列技术难题，对短网系统进行了4项技术改进：1）把目前普遍采用的电石炉变压器对称三角形布置改为等边三角形布置，使三相短网阻抗实现几何意义上的完全对称和平衡，从而实现炉内三相电极功率平衡，使设备能力得到最大利用，实现增产目的。2）三台变压器紧靠炉中心布置，使短网长度缩至最短，其中两相变压器前移2.4米，三相平均前移2.1米。由于缩短短网，每小时降低电阻电耗40.3度。短网缩短感抗降低，自然功率因素提高3%

11、，同时入炉有效功率提高3%。3）为降低短网阻抗，根据短网邻近效应理论，我们把短网设计为反相靠紧间距，同相拉大间距，最大限度地降低了短网阻抗。4）为降低短网损耗，根据短网集肤效应理论，对短网系统断面进行了优化设计。其中通水软电缆导电面积加大了一倍。7. 高温炉气净化系统25500KVA密闭电石炉烟尘主要设计参数：烟气量 4000Nm3 5000Nm3 /h（按生产一吨电石产生400Nm3尾气计）烟气温度 550700（max=850）烟气含尘浓度 50150g/Nm3（max=250g/Nm3）工艺流程简介：将电石炉排出的高温含尘烟气冷却至350，冷却方式采用水冷烟道和自然风冷却法。初冷后烟气进

12、入高温管净化过滤器净化，净化后的烟气经高温风机输送进入下一道工艺。净化器采用氮气脉冲清灰，使系统阻力保持在一定阻力范围内。粉尘经输灰系统输送至灰仓再经过加湿、压球，送至焚烧炉进行焚烧，以除去其中氰化物有害物质，再进入到灰仓。系统设置旁通管道，一旦温度或系统内氧气等有害气体含量超过系统设定值，旁通管道电动蝶阀打开，烟气从旁通管路经点火装置点燃后放空。系统设置防爆泄压装置，超压时自动泄压。设置供氮系统，动部件采用N2密封，系统内一旦含氧量超标，供氮系统立即充氮保护。系统的运行、参数的控制、报警、保护动作，均由工控机控制PLC来实现。脉冲清灰可定时、定压，自动、手动等形式。高温净化装置工艺过程说明：

13、电石炉出口的高温含尘气体，在水冷烟道和自然冷却器冷却下被初冷到350左右后进入高温管净化装置过滤。其中粉尘被阻留在滤管的外表面，净化后的烟气经高温风机输送进入下一道工艺。采用制氮机制氮经压缩机压缩到储气罐，作反吹清灰用气。积聚在滤管外表面的粉尘达到一定厚度，反吹控制系统发出清灰信号，脉冲装置快速喷吹，清除滤管外边的粉层，滤管得到再生。喷吹结束，滤管进入正常过滤状态。被清扫下来的粉尘储存在除尘器灰斗内，用粉尘料位及卸灰阀密封防止空气进入，而多余的储灰经卸灰阀排出，经输灰系统输送至灰仓再经过加湿、压球，送至焚烧炉进行焚烧，以除去其中氰化物有害物质，处理后的粉尘进入到灰仓另行环保处理或资源再利用。8

14、. 双套筒气烧石灰窑双套筒气烧石灰窑采用了窑壳和内套筒的特殊结构，煅烧采用了气流的并流和逆流原理，使并流煅烧过程在一个窑体内进行，有效地解决了生、过烧问题，提高了石灰的活性，且占地面积比双膛窑少。并流煅烧方式的优点是：物料在煅烧带上部开始煅烧时，燃料在此处于正好混合开始燃烧，温度较高，煅烧效率较高，而在煅烧带下部，石灰煅烧过程基本完成，石灰在此处不再需要太多热量，而燃料的燃烧产物也基本将热量传递给了物料，温度降低，因此石灰活性度较高，生产出来的石灰活性度较高，可达350ml以上，过、生烧率低，5%，石灰中残余CO2含量小于1.5%，如原料条件好，石灰活性度还可提高，且产品的生烧和过烧现象较少。

15、双套筒窑使用的燃料范围宽，可使用发热值在1100kCal/Nm3以上的低热值煤气，且煤气压力仅为15kPa左右的常规压力。整座窑采用循环气体、高温废气换热等方式循环利用热能，所以产品所需的热耗也较低，是一种节能型的石灰窑。其主要特点为：（1）采用并流加热系统，在物料煅烧尾期，物料与烟气温差小，石灰不会造成生、过烧，且活性度高。采用良好的换热系统，排烟温度低，单位热耗低。（2）双套筒窑具有备工艺先进、烧成石灰品质好、能耗低、负压操作烟尘少、维护费用低和自动化程度高，窑体设备简单，操作方便。且投资少，占地面积小。（3）由于采用烟气回流喷射技术，有较长的并流燃烧带，产出石灰活性度高。热耗低。电石炉设

16、备选型方案（1）炉型33000KVA电石炉选用埃肯式改进型密闭电石炉。炉型：密闭式、圆柱式、固定埋弧炉。单台电石炉生产能力为70000吨/年，(一级原料指标)电炉变压器容量为3X11000KVA（加低压无功补偿）电极直径： 1350mm 3根电极心圆直径： 3695mm炉壳直径： 9340mm炉膛内径： 8320mm炉壳高度： h=4800mm炉膛深度： h=2900mm出料口数量： 3个接触元件数量： 14组短网软母线： 2000mm2,每相14组有中心料管三台单相变压器，单台变压器容量11000KVA，总容量33000KVA功率因数加低压补偿后大于0.921. 炉盖： 炉盖中心用防磁钢，其

17、它部分采取隔磁措施，能减少涡流、磁滞等电能损耗。炉盖采用水冷夹套结构型式，并设置了防爆孔和测压测温点；炉盖与炉壳、料管、电极采用耐高温的绝缘密封材料。1. 炉体： 炉体由炉壳、炉衬、底座、出炉口、保护罩、炉底触点装置、炉底热电偶等组成。炉壳为上部水冷的钢板整体焊接结构；三个出料口沿圆周均匀布置。炉壳由于承受炉衬和炉内物料的重量以及电炉温度升高后产生的热应力，所以要有一定的强度，采用20g材料制造，焊接性能好，能保证焊接质量使其具有较好的密闭性能。电石炉的底座坐在中间有风道的钢筋混凝土上，冷风经中间风道吹入底座径向缝、炉壳以保护炉衬。电石炉炉衬主要由高铝砖、自焙碳砖、白刚玉碳化硅砖、粘土质耐火砖

18、、耐火混凝土、缝糊等材料组成。自焙碳砖具有耐高温、耐腐蚀以及导电性和导热性良好的材料，用于电石炉炉底；高铝砖用于电石炉炉墙等部位。所用的炉衬材料具有耐高温、热稳定性好的特点。1. 组合电极柱： 组合电极柱由电极升降装置、电极压放装置、组合把持器、电极导向装置等组成。其特点是：电极压放是靠液压控制的夹子夹住电极壳的筋片来完成；电炉工作时所需的大电流也是通过夹持元件夹住电极壳筋片，将电流传给电极。它具有互换性强、重量轻、接触性好、寿命长等特点。电极压放装置和把持器组成了组合把持器，与老式的铜式把持器相比，其优点为组合把持器具有互换性，压放装置和接触元件运行稳定可靠，装置重量轻；接触元件与电极筋片之

19、间是平面接触，比铜瓦与电极之间的曲面接触好，接触电阻小；接触元件比铜瓦寿命长。（2）电极柱系统电极把持采用目前国际上最为先进的组合把持器结构，用接触元件取代了常规的导电颚板，重量轻、导电效果好、使用可靠、寿命长、能实现带电压放、自动化程度高；电流由铜管导入接触元件，再通过电极壳翅将电流导入电极。电极升降采用吊缸形式，稳定性能好并能达到油缸同步运行，自动化程度高。电极压放采用组合夹持器结构，重量轻，运行安全、可靠。（3）炉盖炉盖采用钢结构水冷密闭组合式炉盖，炉盖顶吊挂装置吊于+12.30 m平台下，炉盖高度950mm，炉盖上设2个烟气导出孔，三个电极开孔，12个炉内料管孔。（4）短网采用三台单相

20、变压器给电炉供电，管式短网，变压器抽头采用特殊结构形式，可以取消短网外补偿器，短网与电极的软连接部分采用水冷电缆，单台变压器单补、有自动投切和远控装置短网采用节能型布置设计方案：铜管70/40；水冷电缆截面积2000mm2；电流密度按2.5A/cm2；变压器按等边三角形布置；变压器二次侧电压范围:195V-250V。（5）循环冷却水冷系统为解决结垢问题，采用闭式循环水技术，电炉设备脱盐软化水冷却，板式换热器外循环换热方案。（6）加料系统电炉主厂房设2个料仓位于+28.700m平台上，计量料斗设在+23.700 m或设拖料皮带秤在+21.700m。计量装置下设皮带机送至旋转式环形料仓，环形机下设

21、12根料管。（7）烟气导出管设2个水冷式烟气导出管，管内径500mm，其中一管至炉气净化系统，水冷烟道加高至+16.700层，以满足净化工艺需要。另一管为事故排空管。 （8）出炉系统电石锅座在电石锅小车上，由卷扬机牵引至冷却破碎间；炉底接不锈钢板地线3支；其它主体设备选型设计方案控制系统自控系统设计范围包括电石炉自动输送配料系统、电极升降自动调节系统、电极自动压放、电石炉炉压自动调节系统、设备冷却循环水超温报警系统、炉气净化自动控制系统、CO监测报警系统等。其中两台电石炉自动输送配料系统为一控制系统装置，每一台电石炉及气体净化为一控制系统装置，共三套控制系统装置。要求各装置留出OPC接口，并配

22、有同步接口。供货范围为电石主厂房内所有自控设备（含控制屏/箱、PLC及上位机、现场仪表、仪表管阀、电缆电线及电缆桥架、安装材料等）。本着先进、安全、经济的原则，主车间电石炉、供配料系统采用计算机系统控制，以实现这些系统的测控要求；电石炉电极升降与压放为手动和计算机控制两种方式，均在电炉操作室控制；电石炉及配套辅助电动设备均采用计算机控制，并在电炉操作室设置CRT。计算机可完成自动、半自动（手动干预）、事故报警、记录、打印等功能。循环水泵站和炉气净化系统设备均采用计算机控制，并在控制室设置CRT。计算机可完成自动、半自动（手动干预）、事故报警、记录、打印等功能。发气量L/kg（20、101.3k

23、Pa）300280260乙炔中磷化氢的体积分数%0.060.08乙炔中硫化氢的体积分数%0.10粒度（5-80mm）的质量分数%85筛下物（2.5mm以下）的质量分数%5其中粒度范围由供需双方协商确定82原料供应（1）石灰：CaO 含量97%以上，氧化镁1%，二氧化硅1%粒度（mm）540（2）焦炭（兰炭）：焦炭干燥前水分20%，经干燥后，水分在1%以下。组分（干基）：组分固定炭灰分挥发分W t% 84141.5粒度（mm）：325（3）电极糊：电极糊采用密闭糊，按国家一级标准。项目指标灰分% 6.0挥发分%12.015.5软化点实测抗压强度Mpa15.7电阻率m75体积密g/cm31.36主

24、要设计技术经济指标 ：（1）电炉年工作日 330天（2）单位电石电耗 3100度/吨电石（折标）（3）电炉功率因素（COS） 0.92（低压补偿功率因数）消耗指标：(冷样折标后)（1）石灰950kg/t电石。（2）混合碳素原料:620kg/t电石。 （3）电极糊消耗:30kg/t电石。（4）单位电石电耗：3100kwh/t电石产量指标: 设计单台产量：70000t/a 86电石质量指标:（按冷样折标） 月平均发气量：295L/kg电石品级优级品一级品二级品比例20%75%5%电石炉尾气高温净化设备密闭电石炉烟气特性电石炉烟气烟温及烟气量波动较大、粒径细小粘性较强，这都给烟尘净化带来一定的难度。

25、而密闭电石炉烟尘除具备以上特性外，还具有温度高（5501000），粉尘浓度高（100250g/Nm3），粉尘的成分复杂，性质比较特殊，含有至少约75% CO及较高的煤焦油成分（且容易析出），因此密闭电石炉烟气易燃、易爆，粉尘更显粘性；同时，粉尘颗粒更细，比表面积更大，比重更轻，低温下难以清灰；粉尘中含有较多的焦炭粉尘，磨蚀性比较强；粉尘中的比电阻也比较高，治理难度比较大。1、密闭电石炉烟气成份%COH2CO2N2O2焦油正常75825151.557.58.50.150.31.52最高2581023最低70502、粉尘主要成份 CMgO/CaOAL2O3Fe2O3SiO2烧失量34.07%40.

26、01%4.84%1.46%10.04%9.58%3、粉尘分散度（单位：m）料径0.50.5-1.01.0-1.51.5-2.02.0-2.52.5-3.03.0数据5.9233.0833.7014.705.31.85.54、粉尘比电阻（单位：cm）温度150180200250300数 据1.010121.210121.110121.610111.710115、烟尘露点温度 60国内密闭电石炉烟气净化状况我国密闭电石炉烟气净化，较早为90年代从国外引进全密闭炉的主要技术和装备同时配套了干法袋除尘技术，烟气冷却净化后进气烧石灰窑烧石灰，但由于密闭电石炉烟气温度高、粉尘细粘轻、CO含量高、焦油含量高

27、且容易析出、烟温变化大等因素，系统维护运行难度较大、存在的问题较多，运行很不稳定。冷却后焦油析出，冷却器滤袋很快被粘糊而失效，气烧窑因无气可烧只能停用，烟气直排大气燃烧（点天灯），其中粉尘含量超过了国家标准（GB9078-1996的限值200mg/Nm3）400多倍，严重破坏了环境，同时造成能源极大的浪费。目前，国内少数密闭电石炉厂家对电石炉烟气的部分热能进行了利用，但只是利用烟气的余热或直接燃烧制取蒸汽，利用率不足40，并没有达到真正的能源综合利用，并且排放出大量的CO2造成了比较大的温室效应。因此如何高效除去密闭电石炉烟气中的高温粉尘，并充分利用烟气中的能源是当务之急。密闭电石炉烟气高温净

28、化技术我公司公司专业从事工业炉窑（高温、高比电阻粉尘）烟尘治理电除尘技术的推广应用。近年来，在冶金、化工、建材等行业承建炉窑烟尘治理项目百余项，主体技术通过国家环保检测认定，处于国内领先水平。针对电石炉烟尘的特性和治理的难题，公司与国内各大院校联合进行十多年的技术攻关和新除尘器的开发工作，先后在数十台电石炉上开展了烟尘治理的工业实验和除尘设备的改造工作，较全面的掌握了电石炉烟尘的物理及化学性质和各类电石炉运行的工况，并成功地解决了各类电石炉烟尘在不同工况、不同烟温下的除尘净化难题。 开发出以高温气体过滤器为核心的密闭电石炉烟气高效过滤除尘技术，很好的解决了其它滤材因耐温不高超高温容易“烧袋”，

29、冷却后温度太低焦油析出而糊袋，反吹再生性能不好，过滤能力和效率差，滤料粘附难以卸料等问题，包括在高温条件及防静电积累防爆情况下的过滤难题。 33000KVA密闭电石炉烟尘主要设计参数：烟气量30003500Nm3/h （按生产一吨电石产生400 Nm3/h尾气计）烟气温度 550700（max=850）烟气含尘浓度 50150g/Nm3（max=250g/Nm3）1. 工艺流程简介 2. 将电石炉排出的高温含尘烟气进行冷却至350，冷却方式采用水冷烟道和自然风冷却法。初冷后烟气进入高温除尘器过滤，净化后的烟气经高温风机输送进入下一道工艺。除尘器采用氮气脉冲清灰，使系统阻力保持在一定阻力范围内。

30、粉尘经输灰系统输送至灰仓再经过加湿、压球，送至焚烧炉进行焚烧，以除去其中氰化物有害物质，再进入到灰仓。系统设置旁通管道，一旦温度或系统内氧气等有害气体含量超过系统设定值，旁通管道电动蝶阀打开，烟气从旁通管路经点火装置点燃后放空。系统设置防爆泄压装置，超压时自动泄压。设置供氮系统，动部件采用N2密封，系统内一旦含氧量超标，供氮系统立即充氮保护。系统的运行、参数的控制、报警、保护动作，均由工控机控制PLC来实现。脉冲清灰可定时、定压，自动、手动等形式。2、高温净化装置工艺过程说明电石炉出口的高温含尘气体，在水冷烟道和自然冷却器冷却下被初冷到350左右后进入高温除尘器过滤。其中粉尘被阻留在滤袋的外表面，净化后的烟气经高温风机输送进入下一道工艺。采用制氮机制氮经压缩机压缩到储气罐，作反吹清灰用气。积聚在滤袋外表面的粉尘达到一定厚度，反吹控制系统发出清灰信号，脉冲装置快速喷吹，清