一种电石炉炉型设计方法技术

本发明专利技术公开了一种电石炉炉型设计方法，包括S1电气参数设计；S2炉型几何参数设计；本发明专利技术从电气参数的选择上入手，在核算炉型几何参数时避免了经验参数的带入，通过建立模型与实践论证最终形成电石炉炉型，本发明专利技术设计的电石炉能够安全稳定、高产高效运行。按照此方案设计的电石炉电气、炉型参数实施后单台电石炉预期取得效果：自然功率因数达到0.9，降低了工艺电耗，热样折标电能消耗低于3050KW

【技术实现步骤摘要】
一种电石炉炉型设计方法

：
[0001]本专利技术属于电石生产
，尤其涉及一种电石炉炉型设计方法。

技术介绍
：
[0002]电石炉设计是一项复杂的系统工程，目前行业内电石炉炉型设计时，设计思路基本源于国内引进的挪威埃肯电石炉、德国西马克电石炉等典型炉型，国内总结得出的炉型设计方法，其计算过程中因较多的系数介入，无形增加了设计误差，对后期稳定生产提出挑战。实际上电极直径、极心圆、炉膛深度等关键几何参数与电流密不可分，炉型参数设计过程中，对于产能、电气参数、炉型参数的脱节，使得生产中无法彻底释放设备潜能，造成先天性产能不足，或因电容过补造成电炉变压器频繁烧损，对于耗能较高的电石行业来说，无疑影响较大。

技术实现思路
：
[0003]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种电石炉炉型设计方法。
[0004]本专利技术由如下技术方案实施：一种电石炉炉型设计方法，包括如下步骤：S1电气参数设计；S2炉型几何参数设计；
[0005]所述S1电气参数设计：根据电石炉产能计算变压器容量和二次侧工作电压，变压器容量由如下公式计算：
[0006][0007]其中，S为三相变压器容量，单位为MVA；Q为电石炉年设计产能，单位为t/a；cosΦ为设计功率因数，cosΦ＝0.875～0.92；T为年计划净生产时间，单位为天；
[0008]公式[1]是由电石炉设计产能公式推算而来，电石炉设计产能选用公式：3050KW/t为按300L/kg折标电能消耗(电能消耗不是严格的常数，受炉料质量、操作水平等因素影响，也与炉型几何参数相关，因此按行业内3050KW/t取值)，24h为每日24小时，330天为年计划净生产时间。
[0009]二次侧工作电压根据如下公式设计：
[0010][0011]其中，U为二次侧工作电压，单位为A；Z为阻抗，Z由如下公式计算：
[0012][0013]X为预设电石炉电抗，X＝0.98mΩ；R为系统电阻，单位为mΩ，R由如下公式计算：
[0014]R＝ZcosΦ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[4][0015]所述S2炉型几何参数设计：设计电极直径、极心圆直径、炉膛内径和炉膛深度，其中
[0016]电极直径根据如下公式设计：
[0017][0018]其中，d
n
为电极直径，选取整数，单位为cm；I
ρ
为电流密度，单位为A/
㎝2；I为操作电流，单位为A，其中，d
n
为电极直径，选取整数，单位为cm；I
ρ
为电流密度，单位为A/
㎝2；I为操作电流，单位为A，操作电流I根据如下公式计算
[0019][0020]公式[5]是根据电极截面积和电流密度推算而来，电极截面积为S＝πd2n/4，电流密度I
ρ
＝I/S(A/
㎝2)。
[0021]电石炉反应区直径是通过归纳法与生产经验确定的，通常反应区直径等于圆形熔池电极极心圆直径，所以选定的极心圆直径应使整个料面及三根电极的中间部分都是活性区。很明显，极心圆直径不得大于反应区直径，否则在熔池中心将形成死料区，相反若极心圆直径偏小，会使熔池生产能力降低。
[0022]因为电石生产属于无渣冶炼，具有特殊的电流回路，等效电路模型复杂多变，一般根据电石炉容量对电极间距分别按照电极直径的倍数来设计，因此本专利技术极心圆直径根据如下公式设计：
[0023][0024]其中，D
J
为极心圆直径，单位为cm；x为系数，x＝1.3～1.5；
[0025]炉膛内径设计方式：电极极心圆直径已知情况下，电极间距为极心圆尺寸倍与电极直径d
n
差值，设计时电极距炉膛内壁的距离与电极间距相等，因此炉膛内径根据如下公式设计：
[0026]D
L
＝D
J
+2xd
n
+d
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[8][0027]炉膛深度根据电极端头距炉底的距离而定，炉膛深度大于电极端头距炉底的距离，电极端头距炉底的距离采用如下公式设计：
[0028][0029]h0为电石炉稳定运行时电极端头距炉底距离，单位为cm；ρ为熔池电阻率，单位为Ω
·
cm，
[0030]公式[8]的由来：通过电石工艺电气理论研究，电石炉控制是一定电压下的操作电流实现功率，即通过得出在变压器设计工作电压一定的情况下，实现电流的稳定是电石炉操作的核心，因为一种炉料在特定反应温度条件下的电阻率是稳定的，与电阻率常数ρ计算公式类似，通过对无渣熔池的电流回路研究，将熔池电阻与电极端头距炉底距离纵向模拟出函数关系亦即得出函数关系：R＝4ρh0/(πd
2n
)，式中ρ为电阻率常数；h0为电极端头至炉底距离；d
n
为电极直径(结合熔池功率P＝I2R＝UI*cosΦ，cosΦ＝R/Z等函数，得知熔池功率的大小取决于电极和熔池允
许的电流强度、熔池尺寸和熔池有效电阻，电极直径越大，则熔池的有效电阻越小，它的电抗越大，若通过增加操作电流的方式提高熔池功率，将造成功率因数cosΦ降低)。结合得出函数：得出
[0031]优选的，I
ρ
＝4.9～5.5A/
㎝2，目前行业内电石炉炉型设计时，电流密度I
ρ
一般选7A/
㎝2甚至更高，电流密度增大可以实现有功功率增大，但会造成功率因数降低，若在设计功率因数范围内增大电流密度，则需保证电流密度不至于造成熔池过热，不然，则需对电石炉几何参数做出调整，电流密度范围为4.9～5.5A/
㎝2。
[0032]优选的，ρ＝0.15～0.25Ω
·
cm，熔池电阻率常数式中：R为二次工作电压与电极电流的比值，S为电极截面积，L为电极端头距炉底距离，根据现有电石炉计算得知常数ρ处于0.15～0.25Ω
·
cm范围内。
[0033]本专利技术的优点：
[0034]本专利技术从电气参数的选择上入手，在核算炉型几何参数时避免了经验参数的带入，通过建立模型与实践论证最终形成电石炉炉型，本专利技术设计的电石炉能够安全稳定、高产高效运行。按照此方案设计的电石炉电气、炉型参数实施后单台电石炉预期取得效果：自然功率因数达到0.9，降低了工艺电耗，热样折标电能消耗低于3050KW
·
h/t，年产能提升20％左右。
具体实施方式
[0035]以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
附图说明
[0036]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。
[0037]图1是本实施例电石炉炉型设计图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电石炉炉型设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1电气参数设计；S2炉型几何参数设计；所述S1电气参数设计：根据电石炉产能计算变压器容量和二次侧工作电压，变压器容量由如下公式计算：其中，S为三相变压器容量，单位为MVA；Q为电石炉年设计产能，单位为t/a；cosΦ为设计功率因数，cosΦ＝0.875～0.92；T为年计划净生产时间，单位为天；二次侧工作电压根据如下公式设计：其中，U为二次侧工作电压，单位为A；Z为阻抗，Z由如下公式计算：X为预设电石炉电抗，X＝0.98mΩ；R为系统电阻，单位为mΩ，R由如下公式计算：R＝ZcosΦ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[4]所述S2炉型几何参数设计：设计电极直径、极心圆直径、炉膛内径和炉膛深度，其中电极直径根据如下公式设计：其中，d
n
为电极直径，选取整数，单位为cm；I
ρ
为电流密度，单位为A/
㎝2；I为操作电流，单位为A，操作电流I根据如下公式计算极心圆直径根据如下公式设计：其中，D
J
为极心圆直径，单位为c...

【专利技术属性】
技术研发人员：马占玉，许多福，史首田，胡生研，姜博，刘晨，张新文，孙大伟，
申请(专利权)人：中盐内蒙古化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：