2006年11月25日

一．电石生产概述

电石工业诞生于上世纪末叶，生产技术处于萌芽时期，所生产的电石只用于点灯，随后采用与金属的切割与焊接。本世纪初，电石乙炔合成有机产品工业的兴起，促进电石生产向前迈进。但到六七十年代，石油工业的兴起，许多生产醋酸，乙烯和聚乙烯等产品的原料路线由乙炔转为乙烯，使电石生产迅速下降，出现了世界电石生产的低潮，近年来，由于乙烯与乙炔相比，反应活性较差，且有必须采用大型设备的不力之点，况且世界石油价格波动较大，易受国际政治因素影响，而石油大量输出主要集中在少数几个国家，所以人们对乙炔化学及电石生产有开始重新的认识。

从长远经济效益来看，今后电石乙炔能否与石油乙烯并存，关键问题在于电石乙炔的成本大幅度降低，如降低电耗，扩大容量等。总之，从当前电石生产的发展情况和某些科研课题的实现来看，电石乙炔很有发展前途。

二．电石炉设备

电石炉是矿热炉的一种，是电石工业的关键设备。生石灰（CaC）和碳素材料（C）在电石炉内由电能通过电阻、电弧转化的热能加热后发生化学反应生成电石（CaC2）。

电石炉的结构型式基本上可分为：

开放式电石炉一般适用于容量10000KVA及以上的电石炉。开放式电石炉没有炉盖，炉内反应生成的CO气体在料面上燃烧，产生的火焰随同粉尘一起向外飞散，影响操作环境。密闭电石炉上装有炉盖，炉内的CO气体用抽汽设备抽出。由于盖上了炉盖，炉内的CO气体与空气隔离，所以料面上基本不产生燃烧现象。

电石炉的主要设备是：炉体（包括炉盖），电炉变压器及短网，电极（包括油压压放系统），出炉系统设备，炉气净化系统设备。

1．炉体（包括炉盖）

   电石炉炉体由炉壳、炉衬、和炉盖组成。

炉壳

炉体安装在钢筋混凝土基础上，基础上面铺设工字钢，目的是流通炉底空气散发热量，防止炉底过热损坏。炉体底版用单面坡口焊接方法制成整块圆形钢板，铺在工字钢上面，炉壳一般采用圆柱形，是用12～20㎜的Q235A钢板制成，为了便于现场拼装，炉壁板分成若干块制造，一般小型炉是3块，大中型是6～9块拼装成一体。为了保持炉壳的钢性，在炉壳的外壁焊有一定数量的立筋和环筋，为了保护出料口的钢板不被灼热的高温炉料烧蚀，在出料口四周装有通水冷却的铸铁构件。

炉衬

炉底板上铺有一层5mm软石棉板，起隔热绝缘作用，石棉板上铺一层干石沙，厚度为50mm，起隔热和找平作用。河沙上面铺设5~7层耐火砖，碳素砖砌在干砌的耐火砖上面，碳砖层厚度根据电石炉容量大小而异。小容量电石炉为400~800mm，中等容量电石炉为800~1200mm，大容量电石炉为1200~1500mm。

炉壳内壁粘有一层5mm软石板，其上再砌有一圈轻质保温砖或50~100mm的矿渣棉作保温和缓冲高铝耐火砖膨胀之用。炉墙一般是两圈高铝砖，用灰浆法砌筑，从炉底耐火粘土砖砌起，砌到炉壳上口相平。

炉盖

炉盖是盖上炉体上面，使电石炉封闭起来，炉盖与炉体之间使用沙封。炉体与炉盖的密封是为了在生产电石的同时产生的炉气全部回收。炉盖一般采用水冷式全金属结构。由水冷大梁和水冷盖板组成。

水冷大梁分为内大梁和外大梁，内大梁有三个电极圈梁和13个料管圈梁，用异型钢管联结成一个平面梁架。为了隔磁，电极圈梁一般用不锈钢制成。内大梁与外大梁用异型钢管联接成一个整体梁架。

水冷盖板一般由顶盖板，侧盖板，炉气排出口盖组成。顶盖在电极三角区部分，是用不锈钢板制成，其余部分用碳钢制成。侧面盖板全部用碳钢制成。顶盖板与炉大梁间用软石棉板绝缘，用石棉绳和耐火水泥密封，侧盖板与炉大梁不绝缘，仅用石棉绳与耐火水泥密封。

2．电炉变压器及短网

变压器是电石炉的心脏设备。它用于将高的电压改变为电炉操作适应的工作电压。

电石炉所用变压器必须具备下列特殊要求：

利用高压侧的线圈抽头能转换二次电压。

为了防止变压器在短路时遭受破坏，对线圈需做特别坚实的加固，能经得住在电石炉发生二次电路短路是的动力打击。

需保证电石炉生产能长期用最大负荷几短时期超负荷不受影响。最好当有超负荷10～20%的裕度。

短网是指从变压器的二次端头到电极的二次母线的总称，炉用变压器的二次绕组，短网电极和熔池构成一个电路，在次电路上流过大电流。短网在此电路中起了很重要的作用。电石炉的短网是由母线（短管），软铜线及引至电极馈电线三部分组成。它是输送低电压，强电流电能的桥梁。为了使短网能将取自电网的能量最有效地输入电炉，考虑如何配置合理的短网结构形式，选择适宜的短网电流密度，这时获得良好的电力运行指标，节约有色金属用量具有强大的经济意义。

对短网装置总的要求：

         a.电炉短网（钢管）系统电阻越小越好，以降低电阻损耗，提高有效功率。短网长度应尽量缩短，使变压器尽量靠近电炉。甚至为了此目的，将变压器适当抬高，使变压器出线铜排和电极上的连接处一样的高。

b.电阻值越小越好，减少温度对供电回路阻抗值的影响，以提高功率因数，短网布置应该使电流相位相反的母线交叉排列，并且越近越好，使互感应补偿自感应，从而达到降低合成阻抗的目的。

c.要具备上下移动部分（既软铜线），便于电极上下移动。设置通水软缆即可解决。

d.在短网导电周围尽量做好隔磁措施，以免引起附加电抗的增加及引起涡流和磁损失。为了短网的稳定，每隔0.5-0.75米，用非磁性材料（铜，非磁性铜）作固定的螺栓,铜管间以硬质石棉板隔开。

e.要保证短网绝缘性能良好短网需要绝缘材料进行包裹，铜管间以硬制石棉板或石棉布隔开。

容量相同的炉子由于短网结构差异，其效果有明显的不同，所以对短网的布置应十分重视。

3．电极（包括油压压放系统）

1)电极设备是电石炉的重要设备之一，它既能把强大的电流导入电极端头，在炉内进行电弧燃烧而把电能变换成热能；又能延续电极和调节电极的烧结速度，使电极连续不断地进行工作。

2)电极本体一般是由把持筒，电极的把持器，电极升降装置，电极水冷系统和电极压放装置等组成，但由于电石炉的容量和形状不同，其电极设备也各有异，后面将以18MVA电石炉为实例加以说明。

4．出炉系统

电石炉内生产的电石从出炉口流出，也需要一套设备，出炉系统包括炉嘴、烧穿装置、电石炉、小车、卷扬机等。

1)炉嘴  

 由铸铁或耐热铸铁制成，安装在炉体的出炉口，炉嘴最好能通水冷却，一可以延长寿命，再则因冷却快，便于撬掉凝结在炉嘴上的电石硬块。

2)烧穿装置 

 出炉时，必须用电弧去烧穿炉眼，利用电弧打开炉眼的装置，叫做烧穿装置。

在电石炉的上面固定一根工字钢，在工字钢的上面吊挂一个手力推的动的小车，小车一定要灵活，手推起来很轻松。小车上装有一个带手柄的夹板，夹板内夹住一根直径75-100mm的石墨电极。然后把电流自短网的一相引入。使用时，以圆钢或电极棒搭在烧结装置上，圆钢或电极棒顶端和炉眼接触，产生电弧，即可把炉眼烧穿。

在出炉时，用圆钢打开炉眼后，电石就流到电石锅里，电石锅用铸铁铸成，放在小车上，小车设在铁轨上，等出完炉后，用卷扬机把载满的电石的电石锅运至冷却棚进行冷却。

5．炉气净化系统

电石炉炉气的主要化学成分为75-85%的CO，其余为N2和少量H2。杂质成分是C，CaO ，CaC2粉尘，炉气的平均含尘量在100g/m3左右，最高含量可达250g/m3以上。为了利用CaO，必须设置炉气净化装置，使净化后的炉气含尘量在50 mg/m3以下，最好能达到10 mg/m3以下。

国内目前基本采用湿法净化，湿法净化按流程分为粗除尘和精除尘两个阶段。

1)粗除尘

炉气从电石炉中引出后，经抽气管进入顺流洗涤塔，逆流洗涤塔进行冷却和粗除尘，使炉气温度降至50以下，或常温。含尘量降低60-90%。

2)精除尘

一种是文丘里法，主要设备是文丘里管和流塔，整个系统的动力由罗茨鼓风机供给。

另一种是洗气机法，主要是两台湿法洗气机，洗气机结构可以说使离心式鼓风机和离心水泵的组合体，在机壳下半部盛有大量的水，炉气从洗气机吸入口进入转子，在转子离心作用下甩出并与机壳内的水充分接触搅拌，从而除去粉尘。净化后的气体用升压机送往用户。

三．事例介绍

1．内蒙古三联化工股份有限公司清水河电石厂一台18MVA电石炉为密闭式兼顾半密闭式。设计能力为年产3.6万吨电石。

电石炉变压器总容量——18MVA

变压器数量——3台

电极直径——φ1060mm（组合式把持器）

电极极心圆直径——φ2780mm

电极最大行程——1800mm

炉盖高度——1300mm

炉壳外径——φ7700（园程式）

炉膛深度——2550mm

炉顶料仓容积——6m3

料仓数量——12个

料管数量——13个

料管外径——φ325mm

环行加料机直径——φ8500mm

出炉口数量——3个

荒炉气烟道内径——φ1200mm（水冷式）

荒炉气烟道数量——2个

荒炉气烟道顶部排放标高——+4400mm

炉气烟道内径——φ450mm（水冷式与荒炉气烟道对接）

厂房内排烟烟道内径——φ1100mm

2．结构及工作原理

设备主要是由壳体、组合式电极柱、炉顶环形加料机、炉顶加料系统、炉盖、烟罩及烟道、二次母线系统、荒炉气烟道、炉气抽出烟道、炉前排烟系统、烧穿母线及烧穿器、液压站等组成

1)组合式电极柱

组合式电极柱由上下两部分组成，电极柱上部主要包括：电极升降装置、电极压放装置、上部把持筒、压放平台及液压管路等，电极柱下部主要包括：下部把持筒、水冷保护套、导电铜管、底环、接触元件、水冷管路等部件。

每个电极有五组压放装置，每组压放装置均有一个压放缸和一个夹紧缸组成。五组压放装置围绕一根电极安装在电极柱上部的压放平台上，通常，五组压放装置的夹紧缸靠弹簧力牢固地夹住电机壳上的五根筋片。压放平台的两端与两个升降油缸活塞杆端部铰接，当电极需要提升或下降时，升降油缸的提升力就通过压放装置传到电极上，使得电极系统可在垂直方向上下运动。

当需要压放电极时，升降油缸停留在某一位置不动，电极在压放装置的作用下向炉内进给（压放），每次进给（压放）20mm。其压放电极的程序如下：

a、第一组压放装置的夹紧缸打开，压放缸上升20mm；

b、第二组压放装置中的夹紧缸找开（在此同时第一组夹紧缸夹住电极壳筋片）压放缸上升20mm；

c、第三组及以下各组重复以上动作过程，直到五组压放装置全部动作完毕，在新的位置上做好压放准备。

d、按下压放按钮，五组压放装置同时动作，将电极压放20mm，全部压放程序完成。

电炉工作时所需的大电流是通过二次母线和电极上的导电铜管以及电极柱下部的接触元件传给电极的。接触元件两块铜接触块通过四组蝶形弹簧连接在一起，两块接触块在弹簧力的作用下给电极筋片以一定的夹紧力，这个夹紧力除了有利于大电流通过外，它还对电极提供一部分悬挂力。接触元件靠水冷却，冷却水通过导电铜管进入接触元件一端，再从另一端经导电铜管流出。

为了保护接触元及其内部的弹簧，及导电铜管与接触元件之间的银焊点免受高温的损坏，在接触元件的外部有一组由五块不锈钢弧形板组成的圆筒形水冷保护套，在接触元件的底部有五块铜制弧形段组成的团圆形底环。底环上铺设气封垫板和耐火纤维毡，可避免炉内高温炉气从底环和电极壳之间的间隙处窜入电极内部损坏接触元件等零部件。

2)炉顶环形加料机

炉顶环形加料机用于将原料送给每一个料仓，送料信号由料包上的料位仪给出。每个料包上部设有一套刮料装置。该刮料装置由气缸推动。可将原料送入料仓内。

炉顶环形加料装置内传动装置、气动装置、机架及导料管组成。

3)炉顶加料系统

炉顶加料系统由12个炉顶料仓、13个加料管、24组料位仪及13个水冷调节料嘴组成。每个料仓下面分别带有一个液压插板阀。

液压插板阀用以控制系统的间断供料，但需要连接供料时，液压插板阀始终打开。

4)炉盖

炉盖采用分体式水冷结构，共有六组边缘水冷段及一组中心水冷段，各连接处用螺栓把接，并用耐高温绝缘板分隔密封。炉盖上沿电极入口处装有水冷密封套，该水冷密封套对电极起密封及导向作用。

密闭操作时，检查盖、检修盖及防爆口要全部密封闭。

半开放操作时，炉盖只打开检查盖，使空气流入炉内，并且以此炉盖开放口为推料操作口。

5)烟罩及烟道

   烟雾罩及烟道由烟尘捕集罩及排烟管道组成，主要用于将车间内部的烟气排空。

6)荒炉气烟道及炉气抽出烟道

半开放操作时，荒炉气烟道及炉气抽出的烟道的主烟道打开，炉气抽出烟道上的抽出管道关闭。炉气由此两个烟道从炉内排出。

密闭操作时，荒炉气烟道及炉气抽出烟道的主烟道用于水冷盲板关闭，炉气从炉气抽出烟道的抽出管道抽出，进入余热锅炉，当余热锅炉无法对炉气全部处理时，炉气从点燃烟道排出点燃。

7)炉前排烟系统

   炉前排烟系统主要由吸烟罩、烟道、烟道蝶阀等组成。本电石炉共有三个出炉口，当其中一个出炉口出电石时，将该出炉口的烟道蝶阀打开，关闭另两个出炉口烟道蝶阀，使炉前烟气由此抽出。

8)烧穿母线及烧穿器

   烧穿母线及烧穿器由导电铜排、烧穿杆、俯仰装置、走行装置、接触断路器等组成。

9)液压站

   本液压站主要是由油箱、泵装置、阀组及管路附件等组成。阀组是液压站中控制执行动作的部分。全部控制阀采用板式连接，安装在集成块上，各执行油缸从各自的位置用管路与阀组油口相连。

   电极升降压力——10MPa            压放、夹紧压力——11MPa

   插板阀压力——6.3MPa           充氮压力——4MPa

3．18MVA电石炉安装简述

1)确定电石炉中心及电极中心

按照工艺图纸要求进行放线,在21.9m平台上用特制的三角形铁作标记,标出炉中心位置及电极中心位置,炉心和电极中心4个点需从21.9m 引垂线至电石炉基础上,以此为中心安装炉壳,炉盖及电极柱。电极中心与炉心在电石炉变压器中间二次出线的中相中心线上，通过这几条线，确定出各个设备相对位置。并检查各设备的基础及预留孔、预埋件的位置是否符合图纸要求

2)安装炉壳

先铺好炉壳底排，在此基础上安装炉壳，注意先找好炉心位置，再以此为基础焊装炉壳。炉壳圆度误差小于10mm。

3)安装炉盖

首先将六块扇形段拼装好，然后安装炉盖中心段，再安装吊挂装置，注意要对准炉心及电极中心。最后安装水冷密封套和炉盖上的水冷管路，此部分要待电极柱安装结束后进行。由于炉盖六块扇形段和中心段均为水冷结构，因此，在安装之前，应做水压试验，实验压力0.46MPa，在确定无渗漏的情况下，在进行安装。

4)组合式电极安装

电极柱的安装采取自上而下进行：

a.先将两个升降油缸放到最低位置，压放平台放于两油缸之间，将辅

吊挂装置连接到压放平台上。然后按铅垂线调整好压放平台的中心，使之对准电极中心。并将压放平台上的油缸支座调整到水平。达到以上要求后，将压放平台与油缸把接。

b.把持筒安装

把持筒分上下两部分，上部把持筒与压放平台下部法兰把接，下部把持筒与二次母线吊挂架及水冷吊挂架连接，接触元件、水冷保护套、底环等都装在下部把持筒上。

上部把持筒安装完毕后，将升降油缸提到最高位置，用钢架支承撑牢固，之后安装

下部把持筒。在下部把持筒与上部把持筒把接之前，应将把接螺栓、绝缘垫片、绝缘套管及法兰面清理干净。

c.测量铅垂线是否在下部把持筒中心，并进行找正。

d.吊装底环，将五块底环和其吊挂装置组装起来，以铅垂线为基线，找好底环中心，测量压放装置电极夹子和底环R30半圆的对中情况，依次测量应保证严格对中，以上连接步骤完成后将各部分连接螺栓把紧。

e.安装接触元件之前，先按电极壳的尺寸做一辅助电极壳，该辅助电极壳可以做为接触元件安装时的辅助工具，辅助电极壳的高度约400mm。

f.安装接触元件：先安接触元件的吊挂装置，再安接触元件，接触元件与竖导电铜管以及连接件是通过银钎焊接起来的。竖导电铜管上部作临时固定，等待银钎焊。

g.安装电极柱部分水冷管路，将底环支绕管路安装好，再将底环进出水口与冷却水竖管连接好。安装时，要注意各连接点的银焊口，切勿损坏。

h. 安装导电铜管，注意横向导电铜管与竖向导电铜管上部连接体焊接时，要注意冷却保护，防止连接体与竖直管之间的银钎焊口熔化。

i.安装水冷电缆和水冷软管：30根水冷电缆和水冷软管安装完毕后，用66硅橡胶玻璃自粘带缠绕两层，总厚度为0.4mm，然后均匀涂上酚醛树脂。

注：设备到现场后，安装之前，凡是水冷零、部件都应预先进行水压试验，试验压力0.46MPa，保压10分钟，检查是否有渗漏现象，若有应及时处理。

5) 电极柱冷却水试压， 除水冷保护套外，其它水冷部件均应安好，可以进行水压试验，冷却水压力应在0.46MPa左右，连续运行至少24小时，检查管路及各接头处是否出现渗漏现象，检查回水管路，观察管路是否畅通。

6) 安装电极壳

先将电极壳用辅助夹持器夹好，铺设气封垫板和气封垫板上部的耐火陶瓷纤维毡，接通电极柱上部压放装置压放缸，夹紧缸和升降装置升降油缸之液压管路。

7)电极升降及压放试验

升降油缸带动电极上升，下降往复5次，动作应平稳，压力正常。三组电极柱升降时，油压应相同。作此项试验时，16.5m平台及5m平台应派人监视。检查压放装置的压放情况，空载压放5次。要求每个电极柱的5组压放缸及夹紧缸动作平稳，压放动作同步进行。各接头不允许渗漏。调整夹紧缸蝶形弹簧，使其夹紧力达到预定值。调整时，准备好搬手、钢板尺、塞尺。用搬手边调整弹簧支承螺栓，边用塞尺检查夹头与电极壳筋板之间的间隙，直到夹头与筋板相靠为止，同时夹到对电极壳筋板并不产生夹紧力，测量螺柱端头到蝶簧外罩之间的距离，记下数修值。继续拧紧螺栓压缩蝶形弹簧，直到测量端的压缩距离达到4.8mm（单边压缩量）为止，停止调整。

三根电极柱上的压放装置完全调整好后，即可打开辅助夹持器，压放电极。

8) 调整接触元件，使其内部蝶簧对电极筋板之压力达到10000N。

9) 测电炉绝缘

用摇表逐点检测，合格后，再组装6块水冷保护套及保护套与下部把持筒之间的绝缘板。之后检测水冷保护套与底环及下部把持筒之间的绝缘。

10)安装炉顶加料系统

12个料仓和13个料管可根据现场情况与其它设备穿插安装或最后安装。但安装时，不得与其它零部件发生相碰或干涉现象。料仓料位仪支架现场调整了位置后焊在料仓上。有些料管可视现场情况重新切割对接。

11)安装炉顶环形加料机

炉顶环形加料机安装时应将各转动部件把合好，然后通电转动。要求运转平稳、可靠，不允许有干涉、碰撞、声音异常等现象出现。安装时应注意整个环形轨道的水平度。

12)安装炉前排烟系统

炉前排烟系统水平管路部分的安装可考虑在地面上分段把接起来，然后再整体吊起，通过调整吊持长度的办法来调节管道的高低及水平度。

13)安装短网

   在地面上按图纸放样，对短网单根进行检查校正。然后装上铜连接套，进行银钎焊。焊接时应严格按照焊接工艺要求进行。焊完后应进行水压试验，试验压力0.46MPa，保压10分钟，检查是否有渗漏，若有应及时处理。水压合格后，用66硅橡胶玻璃自粘带缠绕2层，总厚度为0.4mm，然后均匀涂上酚醛树脂。待凝固后即可进行吊装，在与变压器二次出线与同接线柱连接时，严禁强力组对。

14)安装烧穿母线及烧穿器

首先安装烧穿母线及烧穿器轨道，可以在地面分段连接好再整体吊挂起来，注意调整好母线及烧穿器轨道的水平度。然后安装烧穿器，烧穿器应进退、旋转自如。在正式通电之前，应将三个接触断路器全部打开。

15)开炉前准备

开炉前测试绝缘，用电焊打一次绝缘，绝缘通过后，检查冷却水系统，确定无任何泄漏点，再检查液压系统，控制系统等，以上各项经检验无误后方可开炉。

16)关于出炉系统中的轨道，小车等与炉气净化系统中的设备等，因与电石炉本体结构上联系不大，且按照常规方法进行安装即可，故不在这里进行讲述了。

四．参考文献

1．化工设备的维护检修

          «化工厂机械手册»编辑委员会编著            19年

2．电石生产及深加工产品

          熊谟远 编著  报                           1985年

3．18MVA密闭兼开放式电石炉图纸及安装使用说明书

          大连重工集团有限公司设计院                 2000年下载本文