摘要：目前，我国电石生产规模逐步扩大，同时也带来了极大的能耗，不利于实现可持续发展目标。因此，只有低能耗、高质量的稳定生产，才能使企业占据成本优势。本文阐述了降低电石生产能耗的影响因素。
关键词：电石；能耗；影响因素
在能源供应日益紧张的形势下，电石行业作为能源消耗大户，其节能效果直接决定了该行业的发展前景。而电石生产能耗居髙不下，一直是困扰电石行业发展的一道难题。因此，提高电石产品质量，降低能耗和成本，在市场上才更具竞争力。
一、电石生产技术概述
电石化学名称为碳化钙，分子式为CaC2，是有机合成化学工业的基本原料。因电石能导电，纯度越高，导电越易，所以称之为电石。其是有机合成化学工业的基本原料之一，是乙炔化工的重要原料。它是生石灰与碳材受到电弧热作用后，在2000～2300℃高温条件下通过化学反应将生成电石，电石生产需大量的热量，会造成一定的热损失，如何降低其能耗是需要深思的问题。同时电石生产期间电石炉是一个关键设备，按照种类进行划分，其包括开放式、内燃式及密闭式电石炉。
二、石灰原料的影响
1、石灰杂质:当炉料在电石炉内生产电石的同时,各种杂质(如氧化镁、二氧化硅、氧化铝、氧化铁)也会产生副产品(如镁、硅、磷和硫)。石灰杂质中对电石炉影响最大的是氧化镁的含量。若氧化镁含量高,不仅会增加电耗,而且会消耗大量的焦炭,引起支路电流增大,还会使出炉产品发黏,对电石质量影响很大。因此,在质检时,对石灰中的氧化镁含量提出了严格要求,一般要求氧化镁质量分数≤1.0%。此外,二氧化硅和氧化铝将会恶化电石炉操作条件,影响电石产量。生成的磷化钙和硫化钙会混在电石中。磷化钙在制造乙炔气时,有引起自燃和爆炸的危险；硫化钙在乙炔燃烧时,生成二氧化硫气体,对设备与人有腐蚀性。
2、生烧石灰的影响:生烧石灰增加电耗,并破坏电石炉的正常生产。
3、过烧石灰的影响:过烧石灰降低反应速度,引起炉料电阻下降,电极容易上抬,对电炉操作不利。根据生产经验可知,过烧石灰的质量分数＜10%可确保电石炉长周期稳定运行,为增产降耗创造良好的条件。
4、粉化石灰的影响:粉化石灰不但增加电能和碳素原料的消耗,而且影响电石炉操作。炉料中的粉末含量较多时,容易使电极附近料层结成硬壳,发生棚料,甚至发生喷料和塌料情况,既不安全,又影响生产。
5、石灰粒度的影响:石灰粒度过大与过小均会影响生产。生产实践证明,石灰的粒度应控制在3～5mm,且合格率在90%以上为最佳。
三、碳材质量的影响
焦炭质量主要包含灰分、水分、挥发分、粉末及粒度等方面，其质量好坏对电石生产能耗影响情况具体为：
1、原料灰分的影响。碳材原料的灰分其主要成分为SiO2和Al2O3，这些氧化物进入到电石炉内，在高温条件下会被碳还原，会消耗大量的反应热，増加电耗和碳耗，而反应后产生的杂质又会带入到电石产品中，对电石质量影响较大。经实践证明，碳材灰分含量每増加1％，将多消耗50～60度电。因此，碳素原料的灰分含量愈少愈好。
2、原料中水分的影响。电石炉内的水分大部分是由碳材原料带入，电石生产碳素原料主要为焦炭、兰炭，其具有孔隙率大，比重较小等物理特性，在原料运输、生产存储、皮带上料等过程中会大量吸收空气中的水分，出现返潮现象。
一般夏季生产时原料碳材含水分在8～13％，冬季生产时较高达到14％以上，因此碳材入炉前必须进行烘干。水分髙，碳材与石灰混合后易使石灰粉化，造成管道堵塞，炉面结块、棚料等问题，致使炉压不稳、蹋料等安全生产事故。此外，水分在炉内高温环境下会吸收大量的热能并与焦炭反应，増加电耗，消耗碳材原料，化学反应式为：
C+H2O→CO+H2-166.4kJ
经实践表明，碳素原料中的水分含量每增1％，吨电石耗电量将上升12.5度，碳耗增加2.6千克，因此，一般密闭电石炉入炉水分要求≤1％。
3、碳素原料中挥发分的影响。碳素材料中挥发分对电石炉的危害也不容忽视，实践证明，挥发分在炉内有10％～15％被分解和碳化，使碳素原料的效率降低。若碳素原料中的挥发分增加1％，则生产每吨电石需多耗电3kW·h～5kW·h。另外，挥发分靠近反应区，形成半融黏结状，使反应区物料下落困难，容易引起喷料现象，使热量损失增加。对于开放炉，使炉面火焰增长，操作环境恶化。因此，应控制其挥发分在1.5％以下。
4、粒度的影响。碳材作为原料在电石炉内起导电和化学反应作用，炉内电阻大耗电高，放热量大，温度髙，炉内反应速度就快，而电阻的大小与碳材粒度有直接关系，所以碳材粒度大小对电石生产平稳操作影响较大，也是电炉反应的关键指标。
碳材粒度小，与石灰接触面积大，炉内电阻窩，化学反应速度快，电极容易下沉，炉內电流密度髙，有利于炉内的化学反应；但粒度过小料面透气性会变差，不利于电石炉内尾气的排出，严重时会造成炉眼喷料等问题。反之，粒度大，碳材与石灰接触面变小，炉内电阻变小，电极容易上抬，炉内支路电流増大，耗电量会増大，未反应完大颗粒焦炭会炉底排出，影响碳耗和电石质量。
所以，在生产过程中，需合理选择炉料入炉粒度，通常，粒度一般控制在5～25mm，生产操作较为稳定。
5、原料粉末的影响。碳材中的粉末对电石炉长周期平稳运行影响较大，因粉末越多，料面透气性越差、炉气不宜排出，电石反应速度会降低，严重时会发生喷料。一旦出现喷料，大量生炉料会进入熔池区，使料层结构发生变化，电极控制不稳，从而严重影响电石炉正常生产。此外，较细的粉末也会被炉气带走，这样碳材配比会降低，电石发气量会下降，造成热损失、碳材能源的浪费等问题。因此生产电石时，一般要求对碳材原料进行筛分，以降低碳材粉末率。
四、炉料配比的影响
石灰和碳素原料构成电炉炉料，而炉料配比的正确与否,直接影响电石炉的操作。
炉料的配比通常有高配比和低配比两种,高配比是以100kg石灰为基准,然后配加一定量的碳素原料,碳素原料多的叫高配比,碳素原料少的叫低配比。高配比能得到发气量高的电石产品,但炉料比电阻小,操作不易掌握。低配比能得到发气量较低的产品,但炉料比电阻较大,操作易于掌握。
理论上的炉料配比可用电石反应式来计算:
CaO+3C→CaC2+CO
实际生产中不可能按纯电石来配比纯原料中的碳素及石灰,在工厂实际生产中,一般按下列经验公式来计算:
炉料配比=
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式中:A-石灰中所含氧化钙配比,%
B-电石中所含CaC2百分比,%
Q-碳素原料中所含固定碳百分比,%
D-电石中氧化钙含量百分比,%
E-投炉石灰损失量,kg
F-投炉碳素原料损失量,kg
上式计算中考虑了原料中的杂质含量,以及生产过程中物料失量等因素。因此电石生产中,要严把原料质量关,正确选择炉配比,才能生产出优质产品。
五、操作控制的影响
依据电石生产原理，在电石生产过程中，炉况稳定情况下，适当采用高炉温、高配比的操作方式，电石的发气量会升高、质量好。相关资料表明，若电石炉炉温从1900℃升至2100℃，炉内电石化学反应速率会提升51倍，而明弧操作往往会造成大量的热损失，増加能耗，明弧热损失公式为：
式中：-单位面积每小时下明弧操作热量损失，kJ/m2h
e-箱射系数
T-明弧温度
To-周围温度
上述公式可知，明弧操作时，电石炉料面至少有5～7％的石灰受热而发生分解，并随尾气进入尾气处理装置，从而使电耗増加。当电石炉出现明弧时，炉面料层会破坏，料面温度会急剧増高，导致电极和炉盖板烧损，影响电石炉的稳定生产。长期明弧操作，炉底会上涨，造成出炉困难，严重时，会导致大蹋料事故，因此电石生产中应杜绝明弧操作。
总之，要降低电石生产能耗，得到优质高产电石，应使用杂质含量低的原料、合理调整好电石炉配比，保证生产操作稳定，方能实现。
参考文献：
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