电石工艺讲义

电石工艺讲义内容摘要：

，这个夹心实际是碳酸钙。 在电石炉内这部分碳酸钙要进一步分解成石灰，然后与碳反应生成电石，分解碳酸钙需要热量，这个热量要由电能来提供，这就增加了电耗。 此外，还要影响炉料配比，打乱了电炉的正常生产秩序。 按碳酸钙分解反应式： CaCO3=CaO+CO2－ ，每公斤碳酸钙分解后，生成 CO2，这些生成的 CO2中约有 75%左右还会跟碳作用生成CO： CO2＋ C＝ 2CO－ 3919kJ/kgCO2，需要耗热为 3919 ＝ ，根据热量衡算，最终生成的 CO2和 CO随炉气逸出时带走热量为 210kJ。 则每公斤碳酸钙在电石炉内分解所耗热折电为约 ，耗焦为。 如果按电石石灰耗 900kg/t计算，石灰中生烧增加 1%，则影响电石电耗 900 1% ＝ kWh/t，影响焦耗约 900 1% ＝。 过烧石灰坚硬致密，比重大，反应接触面减小，活性差，影响产品质量和产量。 粉化石灰的影响 石灰在生产和贮存的过程中，吸入空气和碳材中的水份而产生一部分氢氧化钙，氢氧化钙 在电炉内发生如下反应： Ca(OH)2=CaO+H2O－ 109kJ H2O+C=CO+H2－ 166kJ 在电石生产过程中，粉化石灰不但要多消耗电能和炭素原料，而且还要影响电石操作。 炉料中的粉末含量较多时，容易使电极附近料层结成硬壳，产生棚料现象。 棚料有两种害处：一是降低炉料自由下落的速度，减少投料量，使电石炉减产；二是阻碍炉气自由排出，增大炉内压力，最后发生喷料和塌料等现象，影响电石炉正常操作。 按照氢氧化钙在炉内反应式进行衡算，每公斤石灰风化后投炉反应，将需要消耗热量 ，折电为 ，需耗焦炭。 如按电石石灰耗900kg/t计算，石灰风化 1%，则影响电石电耗 900 1% ＝ kWh/t，影响焦耗约 900 1% ＝。 原料粒度的影响 石灰粒度过大，接触面积小，反应速度慢；粒度过小，炉料透气性不好，影响炉气的排出，不仅影响操作，而且有碍于反应往生成电石的方向进行。 碳材粒度的不同，其电阻相差很大。 一般是粒度越小，电阻越大，在电炉上操作时，电极易深入炉内，对电炉操作有利。 但粒度过小，则透气性差，容易使炉料结块，电炉操作反而不 利。 )pc(b本结 ra＝ρρ 接本结 ρ＝ρρ  根据层堆粒状焦炭电阻测试实验结果，粒状焦炭的名义结构电阻为粒状焦炭的本征电阻与接触电阻之和，可以近似地用下列公式表示： 式中： r－焦粒的当量直径， cm； p－层堆粒状焦炭所承受的负荷， MPa； a、 b、 c－与焦粒几何形状有关的经验常数。 这样，影响粒状焦炭结构电阻的诸多因素就可以分别由焦炭的本征电阻和接触电阻所表现出来。 焦炭的本征电阻与温度的变化密切相关，温度越高，其本征电阻越小。 而粒径的大小、几何形状、粒度分布和焦层上压力的变化，则会改变堆层 粒状焦炭的接触电阻。 如果认为焦炭几何形状、粒度分布及焦层上压力固定不变，仅考察焦炭粒度变化对接触电阻的影响，则焦炭粒径越大，其接触电阻越小。 对于不等径焦炭的粒度分布的影响，通常焦炭的密堆程度越大，则其接触电阻越小。 碳素原料粒度与电阻的关系见表 : 单一粒度 粒度 (mm) 0～ 3 3～ 10 10～ 15 15～ 20 20～ 25 电阻 (Ω) 18 10 5 混合粒度 粒度 (mm) 0～ 3 3～ 10 10～ 15 15～ 20 20～ 25 电阻 (Ω) ％ 10 70 15 5 ％ 25 63 10 2 ％ 5 40 35 15 5 碳素原料粉末的影响 碳素原料粉末对电石生产有很大影响； 粉末多了以后，炉料透气性不好，电石生成过程中产生的一氧化碳气体不能顺利排出，减慢了电石生成反应的速度。 炉料透气性不好，使炉压增大，容易发生喷料和塌料现象。 结果使大量生料下落到熔池，使电极周围和熔池区域料层结构发生变化，炉料不是有序地连续发生变化，逐步沉降下去，而是突然有大量生料漏入熔池，造成 电极上升，对炉温和电石炉内的反应的连续性产生很坏的影响，产品质量易降低。 同时易造成人身伤害。 粉末多的时候，许多粉末被炉气带走，炉料的配比就不准了。 粉末在料层中容易结成硬壳，电极附近产生支路电流，造成电极上升。 炉料配比的影响 石灰和碳素原料构成电炉炉料。 炉料配比正确与否，对电石炉操作有很大影响。 通常高配比炉料生产电石，可以得到发气量高的产品，但炉料比电阻小，操作比较困难；低配比炉料生产电石，炉料比电阻较大，电极易深入炉内，电炉比较好操作，但生产出的电石发气量相对较低。 炉料中焦炭配比有如下近似关系： ρ＝ 193000 式中：ρ－混合炉料的比电阻， Ωmm2/m； X－每百公斤石灰配用的焦炭的公斤量； 可以看出， X 越大则ρ越小；反之， X 越小则ρ越大。 如果炉料配比为90%，炉料的比电阻为 mm2/m；而炉料配比为 70%时，炉料比电阻为mm2/m。 可以看出随着炉料配比的下降，其比电阻则明显上升。 理论配比： 电石生成反应式 CaO+3C==CaC2＋ CO 56 36 64 100％ 100％ 100％ 按照上式计算，理论上制得一吨纯电石需要消耗纯氧化钙和纯碳： kg8 7 556641 0 0 0kg1 0 0 0 ＝＝纯电石所需的纯氧化钙  kg56336641000kg1000 ＝纯电石所需的纯碳＝  ＝纯炉料配比＝  上式说明生产纯电石的炉料配比是纯石灰 100kg需要纯碳。 实际上工业电石炉不可能采用纯原料，也不可能生产纯电石。 因此，在生产中通常以下列经验公式计算炉料配比： )EDBA1 0 0C a CC a O/()FBC1 0 0C a C3CX 22  　＝（ 式中： A――石灰中所含的氧化钙（ CaO％）； B――电石成分（ CaC2％） ； C――碳素原料中所含的固定碳（ C％）； D――电石中游离氧化钙的含量（见表 8）； E――投炉石灰损失量（ kg）； F――投炉碳素原料的损失量（ kg）。 X――炉料干基配比 炉料湿基配比为： X（湿）＝ X/（ 1－水份） 碳材组份的影响 电石生产通常使用的大宗碳素原料有兰炭焦；无烟煤、石油焦三种。 就反应活性来说，石油焦最好，兰炭次之，无烟煤最差；比电阻是石油最大，无烟煤次之，兰炭最小。 综合各种因素，配合使用兰炭和石油焦生产电石效果好。 但是在 兰炭中掺加石油焦的缺 点也是比较明显的，石油焦本身强度较差，经过破碎后粒度较小，大多为粉末，投入炉内有较多量进入到除尘系统造成浪费。 同时由于石油焦含有较高的挥发份，在炉内电极周围，易与石灰等形成半混融的硬块，电阻较小，造成支路电流过大，需要频繁地排除这些硬块，否则会影响电石炉的正常生产。 一些新型的炭素材料，如兰炭、气焦等，无论是其反应活性，还是其比电阻都比较适于电石的生产，而被电石生产行业广泛应用。 但是兰炭和气焦在组份上有时不太稳定，也会对电石生产造成一定的影响。 操作功率提高时，如 炉料电阻大，能使电极深入，则电耗将会明显降低。 一方面由于功率因数提高，另一方面最主要的由于每小时冷却水带出热、炉体及料面热损失却不明显增加，因而产量提高，因此分配到每吨电石的单位电耗则相应降低。 据资料，对 30000kVA的电石炉，操作功率提高 500kw，单位电石冷却水可少耗热折电 、料面辐射热损失减少折电 9 kwh、炉体热损失减少折电 kwh。 故功率提高 500 kW，合计降低电石电耗为 kwh，在实际生产中电石电耗下降约 50 kwh/t左右。 耗的影响 在电石生产中，电炉的运转率越高，相对地热损失就越少。 提高电炉运转率，就必须减少停电次数，缩短停电时间。 每当电炉停电时，尤其是长时间停电，致使炉温大幅度下降，再启动炉子时，就容易使各部件因接触不良而起弧刺火，烧损设备。 并往往因此造成恶性循环，损失大量的热能。 停电时，因为炉温下降，反应停止，没有产量，而炉体、料面及冷却水却照样有热损失，虽然比平时少，但还是有消耗，而送电时这部分热损失造成的温度降低，还是要靠电能升回来。 所以还是造成了电能的浪费。 这部分电能可以按经验公式估算： t/(24t) 式中： t－停电时间， h。 按此计算，如停电 4小时，造成当时电石单位电耗上升 kwh/t；如停电8小时，则造成当时电石单位电耗上升 212 kwh/t。 停电时间越长热损失就越大，当停电时间超过 24小时以上时，由于炉温大幅度下降，电能消耗更多。 在长时间停炉后重新启动炉子时，还容易引发电极事故以及出炉困难等问题。 所生产的电石发气量对电石生产的电消耗也有较大的影响。 电石发气量高，其熔点高，需要的炉内温度必然就高，所以其热损失也大，相应的电耗就越高。 据有关厂所作 的专门的生产试验及数理统计，电石发气量每提高 10L/kg，大约每吨电石要多消耗电。 电石炉的有功功率 P＝ 3 UICOSυ 式中： P―有功功率 kW； U―电炉变压器二次电压 V； I―二次电流 A； COSφ ―功率因数 φcosU3 PI 当 P＝ 19500kW， U=180V条件时 COSφ =， I＝ 19500/ 180 ＝ 83493A COSφ =， I＝ 19500/ 180 ＝ 71977A 即在同样的功率下运行，功率因数越低，需要的电极电流越大。 按有功功率损失Δ P损 ＝ I2R损 计算， ΔP损 1/ΔP损 2＝（ I1/I2） 2＝（ 83493/71977） 2＝ 当电石炉输入功率为 19500kw，功率因数为。