石墨電極工程分析

1、4、工程分析4.1擬建項(xiàng)目工藝流程與產(chǎn)污環(huán)節(jié)簡析4.1.1擬建項(xiàng)目工藝流程本項(xiàng)目工藝流程主要有中碎配料、混捏壓型、焙燒浸漬、石墨化、機(jī)加工等工段組成。其中 中碎配料工段主要是對(duì)針狀焦和生產(chǎn)過程中回用的石墨碎、焙燒碎、生碎料等進(jìn)行破碎、篩分成不同 粒度的顆粒及粉末后進(jìn)入配料倉;混捏壓型工段主要是熔化后的瀝青與配料倉配料混捏成糊 料后使用壓力機(jī)擠壓成型，得到電極與電極接頭生坯料；焙燒工段是將上述坯料在焙燒爐中 焙燒；浸漬工段是將焙燒制品與液體瀝青一起在浸漬罐中浸漬；石墨化采用石墨化爐，在強(qiáng) 大電流造成的高溫下將制品石墨化得到電極和接頭的毛料;機(jī)加工是將毛料加工成較高的公 差和光潔度的成品。其中電極

2、需要1次浸漬2次焙燒，電極接頭需要2次浸漬3次焙燒。本項(xiàng)目工藝流程詳圖見圖4.1-1。具體工藝與產(chǎn)污環(huán)節(jié)描述如下。（1）原料貯存本項(xiàng)目主要原料為優(yōu)質(zhì)針狀焦、煤瀝青、改質(zhì)瀝青等，其技術(shù)特性見表4.4-1、表4.4-2、表 4.4-3。針狀焦要求嚴(yán)格防止水分和其他雜物混入，因此必須密閉包裝，并需要室內(nèi)原料倉庫貯存； 煤瀝青要求防止泥土砂石雜物混入，因此必須建水泥磚地進(jìn)行貯存。原料倉庫內(nèi)運(yùn)輸由1臺(tái)5t單鉤雙梁橋式起重機(jī)負(fù)責(zé)。本工段主要污染為起重機(jī)和運(yùn)輸車輛運(yùn)行的噪聲污染，此外瀝青如露天堆放易導(dǎo)致粉塵污 染。本項(xiàng)目所有原料均貯存在原料倉庫內(nèi)，不露天堆放（可研中煤瀝青露天堆放，本評(píng)價(jià)要 求改為室內(nèi)堆放，

3、具體后面有相關(guān)內(nèi)容闡述），以避免粉塵無組織排放現(xiàn)象。（2）中碎配料針狀焦經(jīng)2臺(tái)對(duì)輥破碎機(jī)破碎成各種粒度，由斗式提升機(jī)提升至2臺(tái)多層振動(dòng)篩進(jìn)行篩分， 篩分出6種不同粒度的物料進(jìn)入配料倉，此工序?qū)a(chǎn)生一定量破碎和篩分粉塵；另取部分針 狀焦經(jīng)5R雷蒙機(jī)制成粉料后進(jìn)入配料倉，粉料直徑小于0.075mm，此過程將產(chǎn)生磨粉粉塵。 后續(xù)工段壓型廢品、焙燒廢品經(jīng)1臺(tái)鄂式破碎機(jī)破碎后（將產(chǎn)生生碎破碎粉塵），與針狀焦 一起進(jìn)入中碎配料程序；石墨化廢品、機(jī)加工廢品、邊角料經(jīng)4R雷蒙機(jī)磨粉后（主要產(chǎn)生磨 粉粉塵）進(jìn)入配料系統(tǒng)；中碎篩分、機(jī)加工等除塵設(shè)施粉料也進(jìn)入配料倉。本項(xiàng)目經(jīng)對(duì)輥破 碎機(jī)中碎后的物料粒度為1-20m

4、m，磨粉后粒度為0.075mm以下。本工段上述粉塵發(fā)生點(diǎn)安裝有集氣除塵系統(tǒng)，粉塵被除塵器截留（固廢）。綜上，中碎配料主要污染物為粉塵污染，此外作業(yè)過程將產(chǎn)生一定的噪聲。（3）瀝青熔化原料庫中固體瀝青采用快速瀝青熔化裝置熔化，排除雜物和水分，貯存在液體瀝青貯槽中， 待用于混捏工段和浸漬工段。本項(xiàng)目采用的快速瀝青熔化裝置，是一種高效的、能使瀝青在不發(fā)生變質(zhì)的條件下快速熔化 的設(shè)備。由熔化槽、加熱槽、液體瀝青貯槽、瀝青泵、攪拌器組成，各個(gè)熔化裝置和貯槽內(nèi)有排管間 接加熱，排管內(nèi)熱源為導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油密閉在循環(huán)系統(tǒng)中，通過加熱爐不斷得到熱能，加熱 爐采用煤氣加熱方式實(shí)現(xiàn)。瀝青熔化流程是干瀝青加入瀝青熔化

5、槽后與已熔化的液體瀝青不斷進(jìn)行熱量傳導(dǎo)，在攪拌器 的作用下，被液體瀝青沖刷而熔化，熔化后的瀝青經(jīng)管道進(jìn)入加熱槽，加熱槽內(nèi)的攪拌裝置 具有提升作用，將液體瀝青提升，使瀝青由下向上運(yùn)行，然后通過加熱槽旁的溢流管進(jìn)入加 熱槽底部，然后又被提升，如此循環(huán)加熱，當(dāng)瀝青達(dá)到規(guī)定溫度后打開瀝青泵，將熔化好的液體瀝青打入貯槽進(jìn)行沉渣處理。本項(xiàng)目瀝青熔化導(dǎo)熱油加熱溫度為170-180C，瀝青熔化后初始溫度控制在120C去除瀝青 中水分，然后繼續(xù)加熱，瀝青熔化工序耗時(shí)約10小時(shí)，然后出罐進(jìn)入瀝青貯槽靜置72小時(shí) 后用于生產(chǎn)，熔化后的瀝青輸送管道等需要采取保溫措施。為實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)使用，項(xiàng)目配套了2套瀝青熔化裝置，生

6、產(chǎn)時(shí)交替使用。一罐熔化，一罐產(chǎn) 出用于生產(chǎn)。瀝青熔化將產(chǎn)生瀝青煙，產(chǎn)生一類污染物苯并芘，并將產(chǎn)生一定量的瀝青雜質(zhì)S1，脫除的 的水分呈氣態(tài)蒸發(fā)，處理后的瀝青水分含量不大于0.2%。本項(xiàng)目煤瀝青主要用于混捏工段，改質(zhì)瀝青主要用于浸漬工段，在工藝參數(shù)調(diào)整后改質(zhì)瀝青 也可用于混捏工段。（4）混捏壓型中碎后不同粒度的物料經(jīng)自動(dòng)配料秤按比例稱量后由配料倉進(jìn)入混捏鍋（配比見表4.4-4說 明）干混，然后，注入熔化靜置后的煤瀝青進(jìn)行濕混。這樣干料與注入瀝青在混捏鍋中混捏 成合格糊料，由糊料小車運(yùn)出，經(jīng)晾料機(jī)冷卻到所需溫度后，由起重機(jī)提升到500t碳素專 用擠壓機(jī)擠壓成相應(yīng)規(guī)格的電極與電極接頭生坯料。本項(xiàng)目混

7、捏成型主要流程為:配料倉干混濕混糊料晾料裝料預(yù)壓擠壓冷卻 一檢查一堆垛，混捏鍋加熱熱源來自于熱風(fēng)爐，熱風(fēng)爐采用煤氣作燃料。本項(xiàng)目混捏采用的是間歇式混捏，干混和濕混在同一混捏鍋中進(jìn)行。先干混，混后注入液體 瀝青（粘結(jié)劑）進(jìn)行濕混，混好后將糊料排出，重新加入干料開始下一混捏周期；干混溫度控 制不低于液體瀝青溫度，混捏溫度高于使用瀝青軟化點(diǎn)溫度50-80C，本項(xiàng)目正常采用煤瀝 青混捏，混捏溫度為115-150C，如使用改質(zhì)瀝青，則混捏溫度提高到160-180C，干混時(shí)間 為10-15min，濕混時(shí)間為30-50min。本項(xiàng)目晾料采用的是圓盤式晾料機(jī)，糊料從晾料機(jī)頂部加料口加入，經(jīng)圓錐形分料器分布在

8、圓盤上，圓盤緩慢旋轉(zhuǎn)，糊料隨圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)被鏟塊切刀切碎，并被翻料鏟反復(fù)反動(dòng)，使 糊料均勻攤開，從而達(dá)到均勻降溫和排出煙氣的目的，晾料將產(chǎn)生廢氣污染。本項(xiàng)目壓型采用的是擠壓法，通過擠壓機(jī)對(duì)裝入料室的糊料施加壓力，糊料不斷密實(shí)和運(yùn)動(dòng)， 最后擠壓出生坯料，其過程主要有裝料、預(yù)壓、擠壓。裝料前料室四周采用電加熱保持溫 度100C左右，分批加料，分批搗固，直至裝料完成；然后用較高的壓力本項(xiàng)目為 14.72-19.62MPa（150-200kg/cm2）對(duì)糊料預(yù)壓1-3min，排除煙氣，提高糊料密度；再以 7.85-14.72 MPa（80-150kg/cm2）的壓力進(jìn)行擠壓成型。因此擠壓過程有廢氣（煙

9、氣）污染。擠壓過程采用直接淋水的方式對(duì)擠出的生坯進(jìn)行冷卻，一邊擠壓一邊淋水，水量5kg/t生 坯，當(dāng)擠出生坯達(dá)到所需長度規(guī)格時(shí)切斷，生坯立即浸泡在冷水池中冷卻定型，冷卻水溫度 高于30度，浸泡時(shí)間為3-5小時(shí)，產(chǎn)生濁環(huán)水，冷卻水經(jīng)沉淀后進(jìn)入淋水塔降溫后回用， 不外排。壓型工段不可避免的將產(chǎn)生廢品，主要有裂紋廢品、麻面廢品、變形或彎曲廢品、表面沾料 廢品、規(guī)格不符廢品、接頭斷裂廢品等（工業(yè)固廢），本項(xiàng)目擠壓廢品經(jīng)鄂式破碎機(jī)破碎后返 回進(jìn)入中碎篩分工段作為生碎料，回用為配料倉原料。本工段混捏、晾料、壓型等將產(chǎn)生廢氣污染（粉塵和瀝青煙等），同時(shí)產(chǎn)生一定量的固廢（主 要是壓型廢料），此外本工段有作業(yè)噪

10、聲污染，壓型工段還有冷卻水（濁環(huán)水）產(chǎn)生。（5）焙燒浸漬一次焙燒：電極與電極接頭生坯料進(jìn)入34室敞開式焙燒爐，以煤氣為燃料，采用細(xì)焦粒作 填料填實(shí)，最上層裝覆蓋料，進(jìn)行一次焙燒，一次焙燒溫度為1100C，焙燒將排出揮發(fā)分， 產(chǎn)生廢氣污染。生制品焙燒過程主要是粘結(jié)劑煤瀝青的焦化過程，即煤瀝青分解、環(huán)化、芳 構(gòu)化和縮聚等反應(yīng)的綜合過程，不同溫度時(shí)段的具體變化見表4.1-1，焙燒主要階段有低溫預(yù)熱一中溫焦化一高溫?zé)Y(jié)一冷卻出爐，焙燒制品出爐后自然冷卻。焙燒爐室采用負(fù)壓運(yùn)行，防止制品的氧化。表4.1-1各個(gè)溫度下生坯的變化反應(yīng)時(shí)段溫度C主要變化備注低溫預(yù)熱階段200粘結(jié)劑開始軟化升溫要快變化劇烈中溫階

11、段200-300吸附水和化合水以及低分子烷烴被排除；同時(shí)伴隨游離基反應(yīng)發(fā)生，非芳香族物質(zhì)呈氣態(tài)或液態(tài)脫離基本構(gòu)造單位升溫要慢400非芳香族物質(zhì)呈氣態(tài)或液態(tài)脫離基本構(gòu)造單位更為突 出400以上熱分解更激烈進(jìn)行，主要是甲基以及較長側(cè)鏈分解產(chǎn)生甲烷、氫、CO 和CO2等低分子化合物；500-650碳環(huán)聚合形成半焦570以上半焦熱解并在制品表面形成一層致密而堅(jiān)固的碳層高溫加快 燒結(jié)階段700以上半焦結(jié)構(gòu)分解劇烈，氫和CO大量產(chǎn)生；芳香族碳核結(jié)合的程度顯著提高，逐漸形成焦碳；對(duì)熱不穩(wěn)定的原子團(tuán)從粘結(jié)劑基本結(jié)構(gòu)上失去，發(fā)生劇烈的分解反映；同時(shí)具有反應(yīng)能力的原子團(tuán)又產(chǎn)生合成、縮聚反應(yīng)，生成 分子量較大分子。

12、側(cè)鏈脫落利于基本構(gòu)造單位進(jìn)行縮聚形成半焦和瀝青焦。升溫速度可以高溫加快900以上二維排列的碳原子網(wǎng)格進(jìn)一步脫氫和收縮，變成瀝青 焦。達(dá)到最高溫度保溫15-20h冷卻階段降溫速度50C/h為宜，到800C以下可以任其自然冷卻，400C以下可以出爐焙燒爐裝料前要對(duì)爐體修補(bǔ)，裝料前爐底鋪鋸末或馬糞紙，然后鋪不少于50mm厚的填充 料，兩層產(chǎn)品之間，鋪不小于30mm厚的填充料，產(chǎn)品上部鋪不小于200mm厚的填充料， 裝爐時(shí)空間溫度（填充料溫度）不高于60C，一次焙燒一般為320h。浸漬：浸漬是一種減少產(chǎn)品孔度，提高密度，增加抗壓強(qiáng)度，降低成品電阻率，改變產(chǎn)品的 理化性能的工藝過程，主要對(duì)開口氣孔有效。

13、電極與電極焙燒料裝入鐵框稱重后放入預(yù)熱爐 內(nèi)，經(jīng)預(yù)熱爐260-320C預(yù)熱并保溫4-6h后，連同鐵框一起裝入浸漬罐內(nèi)（此罐預(yù)熱320C）。 關(guān)閉罐蓋抽真空，真空度大于-0.0097MPa，抽真空時(shí)間60-90min。抽真空完畢后向浸漬罐內(nèi) 放入液體瀝青，使用加壓泵直接對(duì)液體瀝青加壓，采用1.4-1.6MPa的壓力，在該壓力下保 持3-4小時(shí)，此時(shí)浸漬罐的溫度在320C左右。加壓結(jié)束后，浸漬劑（液體瀝青）返回瀝青貯槽 內(nèi)，將浸漬劑全部返回時(shí)，自然冷卻5-6小時(shí)，當(dāng)罐內(nèi)溫度低于100C時(shí)出罐，出罐后的浸 漬品進(jìn)入焙燒工序。從上述工藝可以看出，本項(xiàng)目浸漬時(shí)需要使用的設(shè)備設(shè)施主要有浸漬罐、瀝青貯槽、真

14、空泵 和加熱爐、熱風(fēng)機(jī)等，此外還有排煙機(jī)及排氣筒等；本工段采用煤氣作為加熱爐的能源。 浸漬過程中，抽真空是為了排除水分；控制浸漬壓力，控制加熱箱、浸漬罐、攪拌罐的適當(dāng) 溫度，目的是為了降低浸漬劑的粘度。所有目的都是為了增加浸入增重；溫度不能達(dá)到燃點(diǎn) （一般430 C）否則制品會(huì)氧化報(bào)廢。二次焙燒：浸漬后的電極和電極接頭出罐后需要進(jìn)行二次焙燒，通常把二次焙燒和三次焙燒 統(tǒng)稱為二次焙燒。二次焙燒溫度控制為600-700C，與一次焙燒有所不同，具體見表4.1-2。表4.1-2 一次焙燒與二次焙燒的差異性差異項(xiàng)目一次焙燒二次焙燒焙燒對(duì)象生坯料（生制品）浸漬品填充料需要不用析出瀝青不析出析出焙燒溫度（C

15、）1200-1250700焙燒曲線（h）320138本項(xiàng)目焙燒采用的是敞開式焙燒爐，爐室主要靠填充料密封，其爐室兩側(cè)火道為上下不封閉 的隔墻，砌磚立縫不打漿，焙燒過程逸出的揮發(fā)分通過該縫吸入火道燃燒。二次焙燒預(yù)熱、加溫、冷卻三個(gè)階段共計(jì)133h。本項(xiàng)目電極為1次浸漬、2次焙燒，電極接頭為2次浸漬、3次焙燒。焙燒爐和浸漬熱風(fēng)爐燃料采用煤氣，本項(xiàng)目配套建設(shè)了煤氣站，采用煤氣發(fā)生爐制備煤氣， 主要用于建設(shè)營運(yùn)初期，后期將采用鄰近的$焦化公司的焦?fàn)t煤氣，該公司目前焦?fàn)t煤氣 放空，計(jì)劃建設(shè)煤氣柜。如果接管，本廠自有煤氣發(fā)生爐轉(zhuǎn)為備用設(shè)施。綜上，本工段污染主要有焙燒、浸漬廢氣污染，該廢氣主要為瀝青煙等；此

16、外還有焙燒廢品、 填充料、浸漬瀝青渣等固廢等。焙燒廢氣、浸漬廢氣污染主要來源于煤瀝青進(jìn)行固-液-固體轉(zhuǎn)化、裂解和縮合等復(fù)雜的物理 化學(xué)反應(yīng)，約有40%左右的揮發(fā)物一一俗稱瀝青煙或?yàn)r青焦油揮發(fā)物釋放。瀝青煙中含有粉 塵、瀝青焦油物質(zhì)、氟化氫和二氧化硫等。其中瀝青焦油揮發(fā)物中含有10種對(duì)動(dòng)植物有危 害的多環(huán)芳香烴物（包括苯并a芘）。焙燒、浸漬工段消耗的能源為煤氣，其用量類比技術(shù)提供單位南通江東炭素股份有限公司實(shí) 際用量，一次焙燒耗用煤氣量為550m3/t，二次焙燒為180m3/t，浸漬為160m3/t。（6）石墨化石墨化是把焙燒制品置于石墨化爐內(nèi)保護(hù)介質(zhì)中加熱到高溫，使六角碳原子平面網(wǎng)絡(luò)從二維 空

17、間的無序重疊轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的有序重疊，且具有石墨結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^程。浸漬焙燒完成后的電極與電極接頭坯料需要進(jìn)行石墨化才能成為成品。本項(xiàng)目采用國際領(lǐng)先 的串接內(nèi)熱電阻加熱石墨化爐（內(nèi)串石墨化爐）進(jìn)行坯料的石墨化，備料為人工備料。石墨化 后的電極與電極接頭毛坯進(jìn)入下一道機(jī)加工工段。本項(xiàng)目石墨化爐由12臺(tái)組成一組，配套了2臺(tái)變壓器（3萬KVA，最大電壓180V），12臺(tái) 石墨化爐組成了裝爐、送電、冷卻、卸爐、小修、清爐生產(chǎn)周期，石墨化爐按此順序進(jìn)行循 環(huán)生產(chǎn)（表4.1-4）。石墨爐裝爐順序是：鋪爐底一裝入產(chǎn)品一填充兩側(cè)保溫料一覆蓋上蓋保溫料。石墨化爐的生產(chǎn)操作過程包括清爐、小修、裝爐、通電、冷卻及

18、卸爐等操作。本項(xiàng)目石墨化 爐裝爐做法是：先在爐底鋪爐底料，以防漏電，同時(shí)也為減少熱量損失，鋪平并夯實(shí)；底料 鋪好后，直接擺放電極，頂實(shí)覆蓋保溫料，保溫料厚度最小不小于400mm，在頂部蓋上不小于700mm的上蓋保溫料。裝爐結(jié)束后，蓋上排煙罩，通電升溫。本項(xiàng)目采用的內(nèi)串石墨爐，不用電阻料，電流沿焙燒 電極的軸向通入電極，以電極本身作為發(fā)熱體，裝爐時(shí)把電極沿其軸線頭對(duì)頭的串聯(lián)起來， 當(dāng)累計(jì)電量達(dá)到計(jì)劃用電量時(shí)停電，通電周期一般為 13h左右，冷卻3-6天，技術(shù)參數(shù)見表 4.1-5。石墨爐爐頭電極采用循環(huán)水冷卻的方式，冷卻水采用淋水塔降溫處理后回用；此外在石墨化 爐停電后，其爐頂需要淋水冷卻，此部分水全部蒸發(fā)。表4.1-5本項(xiàng)目石墨化工藝主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)裝爐量，t16-20送電時(shí)間，h12-15電流密度，A/cm230-50操作電量，kwh/t28000-32000爐芯溫度，C2500-3000千伏安年產(chǎn)量，t/kva-a0.54電耗，kwh/t2800-3300能量利用，%49石墨化過程中按溫度特性大致可分為三個(gè)階段。a、重復(fù)焙燒階段室溫至1300C為重復(fù)焙