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1、炭素制品生产节约能源的潜力与措施李圣华( 中钢集团吉林炭素股份有限公司吉林1 3 2 0 0 2 )摘要：国家“十一五骨规划已将节能降耗作为中国可持续发展的重要内容， 炭素制品工业基本上属于高能耗工业，节约能源责无旁贷节约能源先从 节约原料做起，因为炭素制品的原料大多数2 - - 次能源产品，因此要在提 高成品率和改革工艺流程上做文章对三大热处理工序( 煅烧、焙烧、石 墨化) 进行能耗分析，根据具体情况提出节能降耗的措施，其他方面的余 热利用和节能改造也不可忽视，广泛深入进行节能的宣传教育，使企业职 工养成节约能源的自觉性，建立健全必要的能源管理机构和选配专、兼职 人员，把节约能源列入企业的日
2、常工作之中。1 - 中国节约能源任务艰巨又潜力很大1 1 中国的近期和远期节能目标 党的十六届五中全会通过了中国口十一五“ 期间的主要发展指标，其中包括两项重要的数量指标：一是人均国内生产总值2 0 1 0 年比2 0 0 0 年翻一番；二是单位国内生 产总值的能源消耗比膏十五一期间降低2 0 2 1 E 右( 后一指标的具体含义是按可比价计 算的每万元国内生产总值的能源消耗量，以吨标准煤为单位) 。中国单位产出的能源消耗大大高于发达国家和世界平均水平。据计算，2 0 0 3 年，中国单位国内生产总值的 能源消耗比世界平均水平高2 2 倍，比美国高2 3 倍，比日本高8 倍。目前中国一次能源消
3、费相当于美国的6 0 9 6 ，而经济总量相当于美国的比例不到1 5 。理论上讲，如 果中国的能源利用效率达到世界平均水平。那么在现有基础上不用再增加能源消耗，也可以实现经济总量翻番。为此国家发改委2 0 0 5 年1 1 月为节约能源提出了阶段性目 标；到2 0 1 0 年每万元G D P ( 1 9 9 0 年不变价，下同) 能耗由2 0 0 2 年的2 6 8 吨标准煤 下降到2 2 5 吨标准煤，2 0 2 0 年每万元G D P 能耗下降到1 5 4 吨标准煤；2 0 0 3 - - 2 0 1 0年的年平均节能率为2 2 ，形成的节能能力为4 亿吨标准煤；2 0 0 3 2 0 2
4、 0 年的年平 均节能率为3 9 6 ，形成的节能能力为1 4 亿吨标准煤。 1 2 中国炭素行业的能耗现状及同行之间的差距 虽然国家还没有将炭素制品列为高能耗产品，但中国炭素制品行业是高能耗行业，炭素制品的原料如各种焦炭、无烟煤、煤沥青都是能源产品，炭素制品生产过程 中要消耗大量的电力、煤气、水等二次能源产品，以生产普通功率石墨电极为例，每吨成品的总能耗高达5 6 吨标准煤，一座年生产3 万吨石墨电极的工厂，年消耗原1 6 1 料( 各类焦炭、煤沥青) 4 8 - 5 0 万吨，每年消耗电力约1 8 亿k w h 。国外同行生产过 程中废品少、成品率比中国炭素厂高，每吨成品石墨电极的原料单耗
5、比中国同行低1 0 2 0 左右。石墨化普遍采用串接石墨化技术，每吨石墨电极成品的耗电量只有 4 5 0 0 k W h 左右，焙烧炉能耗平均比中国炭素厂低2 0 - 3 0 左右。由此可见，中国炭素制品行业的节能降耗潜力很大。 1 3 中国炭素厂之间同类产品能耗相差也很大 炭素厂节约能源首要一条是努力降低各工序的废品数量，提高成品率。成品率提 高了，原料单耗、能源消耗都会下降。成品率有两种统计方法，一种以各工序的进入量( 原料或半成品) 与产出量( 半成品或成品) 之比，其中考虑了各工序合理的技术 损失。另一种较简单的计算方法是按根( 块) 计算各工序的成品根数与废品根数的比例，不考虑技术损
6、失。由于国外炭素厂生产石墨电极时采用改质沥青为粘结剂并优化 焙烧工艺，一次焙烧成品率比中国同行高出1 2 。2 0 世纪9 0 年代，美国、日本等国家的炭素厂生产高功率或超高功率石墨电极时，以1 0 0 根合格的生电极为基准，经过焙烧、浸溃、石墨化、加工等多道工序，废品的累计根数的比例只有1 左右，特别 是焙烧、浸渍工序基本上不产生废品，石墨化及加工也很少有裂纹等废品。中国管理 得较好的炭素厂，以1 0 0 根合格的生电极为基准，经过焙烧、浸渍、石墨化、加工等多道工序，废品的累计根数的比例一般达到1 3 ，管理较差的炭素厂大约为4 1 0 。由此出现生产用原料单耗的差异，表1 为国内7 家炭素
7、厂生产高功率及超高功率石墨 电极原料单耗的比较，表2 为每吨成品电极综合能耗的比较，表3 为电力消耗的比较( 以上资料均摘自2 0 0 3 年中国炭素行业协会统计年报) 。表12 0 0 3 年国内7 家炭素厂生产高功率及超高功率石墨电极原料单耗的比较原料单耗：公斤吨成品生产品种KrB 厂C 厂D 厂E 厂FrG 厂高功率石墨电极1 7 8 21 7 0 81 6 2 81 6 5 01 6 3 61 7 5 61 9 1 0超高功率石墨电极1 8 1 21 8 0 41 6 0 01 6 5 0由上表可知，就生产高功率石墨电极而言，C 厂与E 厂原料单耗较低，G 厂最高，最高与最低相差2 8
8、 2 公斤；生产超高功率石墨电极，C 厂原料单耗最低，A 厂最高， 相差2 1 2 公斤。表2每吨成品综合能耗的比较标准煤：吨吨成品生产品种A 厂B 厂CrD 厂E 厂Fr普通功率4 7 0 45 1 5 25 2 5 46 5 3 86 4 25 7 0 2石墨电极高功率石5 0 6 05 1 7 76 1 0 37 1 9 27 4 05 4 9 9墨电极超高功率6 0 1 15 5 0 66 4 7 87 8 08 7 2 1石墨电极1 6 2 上表中，A 、B 、C 三厂为大型厂，D 、E 、F 三厂为中型厂，由上表可知，生产普 通功率石墨电极A 厂的综合能耗最低，D 厂最高，两者相差
9、1 8 3 4 吨标准煤。就生产高功率石墨电极而言，综合能耗A 厂最低，E 厂最高，两者相差2 3 4 吨标准煤，差距相当大。大型厂的综合能耗普遍低于中型厂。表3每吨成品综合电耗的比较k w h 吨成品生产品种k rB 厂C 厂D 厂E 厂F 厂G 厂高功率石6 6 5 26 1 5 66 0 8 57 1 9 26 2 3 07 4 0 05 4 9 9墨电极超高功率石墨电极8 0 2 06 5 4 16 8 9 17 8 0 08 7 2 1附注：综合电耗为石墨化工艺用电略工序动力用电2 炭素厂在节能降耗工作中应该首先抓好下列基础工作表l 、表2 及表3 所列举的数据说明各炭素厂在能源消耗
10、上的差距，这些差距与采用的生产装备、工艺技术和管理水平有关，也与采用的原料有关，与燃料种类有关。 凡是成品率不高的企业、特别是后工序( 石墨化、加工) 成品率较低的企业，原料单耗、电能单耗或综合能耗必然较高。因此要降低炭素制品的能耗首先要做的事是稳定 产品质量，提高各工序的成品率，特别是后工序( 石墨化、加工) 的成品率。提高成品率主要应做好下列4 项工作： 1 、选购质量稳定的合格原料，尽量固定原料供应基地。目前炭素制品的原料，如石油焦、针状焦、煤沥青都是紧俏商品，原料性能的变化直接对生产工艺产生影响， 劣质原料不可能生产出优质产品，必须根据成品的技术标准，合理选用主要原料的品种和质量指标，
11、不能把价格作为采购原料的主要因素，应该先考虑原料质量，其次是 价格。国际上越来越倾向于生产厂与原料供应企业建立多种形式的长期合作关系，订立3 5 年甚至5 1 0 年的的长期供应合同，一般固定品种和数量，但价格每年视市场交易量和其他因素灵活掌握。对粘结剂煤沥青的选择十分重要，生产石墨电极和铝 用炭素制品采用改质沥青是大势所趋，尽早从使用普通中温沥青过渡到使用改质沥青有利于提高产品质量和成品率。 2 、根据产品质量要求和原料性能制定生产各类产品的工艺流程和工艺控制条件，完善成品、生产工序和半成品的检验制度。如采用软化点较高的改质沥青为粘结剂，必须对配料、混捏、成型等工序的工艺 参数作适当的调整，
12、对焙烧升温制度也要进行修订。严格执行半成品的工序检查，不把不合格的半成品送入下道工序。工艺规程是生产过程中应当遵循的企业法规，制订 工艺规程应以保证产品质量为目的，在保证产品质量的前提下，做到产量、质量、成本的最优结合。3 、加强设备管理。工艺的稳定离不开设备的正常运转，炭素制品生产工序多、生产周期长，每一个生产工序对产品质量、产量和成本都有一定的影响，特别是混捏、1 6 3 成型设备，对煅烧、焙烧和石墨化等炉窑，加工机床等都必须重视，应当建立健全设备的维护、检修制度。操作工按设备操作规程严格执行，精心维护设备，在发挥设备 最大能力的时候不要超负荷运行。检修工人应当懂一点生产工艺知识，了解产品
13、质量、 原料及动力消耗与设备是否正常运转的关系。4 、不断提高职工的技术水平，做好定期或不定期的培训，不论在那一个岗位上 工作的职工，都应该接受上岗前的业务培训，做到三懂三会，三懂为懂产品用途，懂产品理化指标和其他质量指标，懂本岗位在全部生产工序中的作用。三会即会正确操作、会维护保养设备、会排除一般故障。经过考试合格，才能上岗操作，工厂领导或 车间领导应定期对各工序的生产、质量、消耗取得的成绩和存在的问题( 与同行同类产品的质量、能耗比较，也包括用户对本厂产品反馈的意见) 、及时进行总结并向职 工进行宣传教育，不断提高职工的责任心和操作技术水平。3 适时进行工艺的革新和设备的技术改造对工艺和设
14、备的更新改造要经过技术论证和方案比较，做到投资少、收效大。1 、采用改质沥青为粘结剂，采用低喹啉不溶物含量的浸渍沥青为浸渍剂。国外 炭素行业早己普遍使用改质沥青为粘结剂，使用改质沥青的目的是提高成品的体积密度和机械强度，由于改质沥青残炭率高，用改质沥青生产的石墨电极一般一次焙烧后体积密度即可达到1 6 4 9 c m3 以上，采用低喹啉不溶物含量的浸渍沥青为浸渍剂有利于提高浸渍效率，所以采用改质沥青为粘结剂和低喹啉不溶物含量的浸渍沥青为浸渍 剂也是实旌短流程生产的必要条件。2 、生产高功率或超高功率石墨电极要推广短流程生产，国外炭素厂生产高功率 石墨电极本体都不需要浸渍和两次焙烧，生产超高功率
15、石墨电极本体只需要浸渍一次和焙烧二次，即可达到成品的体积密度和机械强度的要求，中国炭素厂多数采用多浸 一次和多焙烧一次的长流程工艺。对这一有重要节能降耗作用的短流程生产工艺国内有的炭素厂正在进行试验，并已经取得较好成果。少一次浸渍和少一次焙烧可以大大降低生产成本，大约每吨高功率石墨电极或超高功率石墨电极可降低成本1 0 0 0 元左右。3 、生产石墨电极可以降低一次焙烧和= 次焙烧的最高温度。因为沥青的炭化温 度为7 0 0 左右，进一步提高焙烧最高温度实无必要。因此国外炭素厂生产石墨电极的一次焙烧温度为8 0 0 - - 8 5 0 ( 产品整体达到的温度，并非加热火焰温度) ，浸渍后 的二
16、次焙烧温度一般为7 0 0 7 5 0 ( 产品整体达到的温度，并非加热火焰温度) ，因此环式焙烧炉在焙烧石墨电极毛坯时，最高火焰温度可以从1 3 0 0 下降到1 1 0 0 左右，浸渍后二次焙烧火焰温度可以降低到1 0 0 0 左右。但是焙烧预焙阳极、炭电极或 炭块等制品，焙烧温度应该达到1 1 0 0 以上。4 、石墨化采用内热串接石墨化技术，国内采用内热串接石墨化工艺的炭素厂已 经很多，与直流的爱奇逊石墨化工艺相比较，节电一般达到2 0 2 5 ，而且省掉了电阻料( 每吨成品电极约省掉3 0 0 公斤左右的冶金焦粒) 。但是国内目前推广的串接石 墨化从设备到工艺还存在许多需要完善之处，需要进一步研究和改进，才能更好的发1 6 4 挥串接石墨化的优点，取得更大的节能效果。国内还有大量的爱奇逊石墨炉，爱奇逊石墨化炉通电时间长，在全部通电期间散热量相当大，最简单的节能降耗措施是改进 保温效果，如采用加大保温层的厚度( 两侧及顶部)
