焙烧综合节能技术的研究及应用

刘建刚

(山西华圣铝业有限公司， 山西 永济 044501)

焙烧综合节能技术的研究及应用

刘建刚

(山西华圣铝业有限公司， 山西 永济 044501)

某公司焙烧系统原采用重油作为燃料，运行过程中存在燃料成本高，泄漏治理难度大，炉温控制不理想等问题，为解决上述问题，该公司开展了焙烧综合节能技术研究，实施重油改天然气、优化焙烧升温曲线、焙烧系统全方位密封、低负压小风量操作等技术，使天然气单耗大幅降低，且保证了焙烧炉的稳定高效运行，优化了各项经济技术指标。

预焙阳极； 焙烧炉； 天然气； 综合节能

0 前言

某公司炭素焙烧系统设计产能6.3万t/a，采用沈阳铝镁设计院设计的36室敞开环式焙烧炉，每个炉室7个料箱8条火道，每料箱立装3层，每层7块；原使用重油作为燃料；采用一台多功能机组及编、解组站。焙烧炉2003年12月建成，2006年9月点火启动，至今修理了144条火道，经过7年的运行，存在如下问题：火道变形、塌陷严重，后期维护、修理费用高；低温区温差大，炉温控制不理想；使用重油作为燃料，重油水分含量波动大，燃料成本高；使用重油时泄漏治理难度大，现场环境污染比较严重。为了解决上述技术难题，该公司开展了焙烧综合节能技术研究，以期达到节约能源、降低能耗，减少二氧化硫、氮氧化物等污染物排放的目的。

1 焙烧节能技术研究及应用内容

1.1 重油改天然气

天然气作为一种新型环保节能资源，具有使用安全、热值高、洁净等优势，可解决重油在使用过程中存在的主要问题，并且可以大幅降低燃料成本，改善现场环境。 “重油改天然气”项目符合国家节能减排的政策要求，天然气站的建成为项目实施提供了条件。项目改造的主要内容是增设天然气管线，利用原重油燃烧及控制系统，增加天然气的燃烧及控制功能，实现了“重油改天然气”。

重油改天然气项目主要分为：中控室改造、燃烧架改造和管路系统改造。

1.1.1 中控室改造

保留原有的法国SETARAM重油燃烧控制系统，增加北京华邦天控天然气燃烧控制系统。

1.1.2 燃烧架改造

在原燃烧架的基础上，铺设天然气管路，增加天然气的燃烧及控制功能。

1.1.3 管路系统改造

焙烧炉每个炉室设置一套供气接口，接口处天然气压力0.02～0.10 MPa, 焙烧炉最大耗气量750 m3/h。

1.2 优化焙烧升温曲线

为发挥焙烧炉最大利用率，提高焙烧产能，寻找最佳焙烧周期显得尤为重要。在保证焙烧终温保温时间的前提下，对焙烧曲线进行优化，将焙烧周期由34 h逐步调整为27 h，并在调整至27 h周期时进行了等效温度测试。焙烧周期和保温时间的试验情况见表1。

表1 焙烧周期和保温时间的试验情况 单位：h

为测试27 h周期的合理性，由郑州轻研院对16号炉室7个料箱炭块进行了等效温度测试。为测试16号炉室各处等效温度分布，在7个料箱中通过回收的21个坩锅测试炭块的等效焙烧温度。各料箱等效焙烧温度分布见图1，测试结果见表2。

图1 16号炉各料箱等效温度分布

表2 等效温度测试结果 单位：°E

注：等效焙烧温度并不是炭块在焙烧炉内达到的实际焙烧温度，它是焙烧温度和保温时间对焙烧效果的综合反应。例如，1 159°E的含义是炭块的焙烧效果等效于在1 159 ℃的温度下保持2 h的效果。

测试结果表明，炭块各项理化指标稳定，返回的残极规整，27 h周期可以推广。

1.3 强化焙烧系统密封

1.3.1 选用合适的密封材料

密封材料采用硅酸铝纤维毡，硅酸铝纤维毡具有低导热率、低热容量，有良好的绝热、吸音特性，优良的化学稳定性、热稳定性及抗震性。所有密封点使用硅酸铝纤维毡进行密封。

1.3.2 确保装炉作业质量

严格控制装炉作业质量。炭块置于料箱中间位置(图2)，炭块和火道墙距离大于80 mm，炭块与横墙的距离大于300 mm，相邻炭块要整齐。料箱底部、层间料、顶部填充料铺设厚度达到标准要求，填充料粒度均匀，底层料均匀铺设，炭块与炭块层间料厚度一致，炉室顶部填充料铺设厚度为600 mm，填充料至高出料箱顶部200 mm(图3)。

图2 炭块装炉

图3 顶层填充料铺设

1.3.3 全方位密封焙烧系统

(1)做好炉室维护工作，加强炉室维护质量监管，火道墙、横墙、火道口、浇筑块裂纹修复。

(2)对炉面燃烧系统的预热区1P、2P和排烟架前至少1个炉室使用透明塑料布进行覆盖密封，并增设一排挡风板，减少冷空气进入火道，同时也起一定的保温作用，确保预热区挥发分溢出烟气能够完全燃烧。

(3)边火道密封。系统在运行过程中，边火道由于漏风严重，火道温度“赶”不上设定温度，造成系统温差较大，炭块不均质。因此，需对边火道的膨胀缝进行深度密封，边火道槽钢下的膨胀缝用硅酸铝纤维毡填塞饱满。

图8 净化环形烟道蝶阀密封

(4)对高温区的燃烧器底座口和热电偶口用硅酸铝纤维毡进行粘贴，减少冷空气进入火道。燃烧系统密封包括火道盖密封(图4)、燃烧器底座密封(图5)、冷却架支管密封、排烟架支管与炉室连接处密封、测温测压底座密封。

图4 火道盖密封

图5 燃烧器底座密封

(5)对鼓风区的设施支管口加长延伸至火道口内并用硅酸铝纤维毡对接口进行填塞(图6、图7)，使热空气完全鼓入火道，尽量使加热区、预热区的空气来自后面的鼓风区。

图6 鼓风架支管口加长

图7 纤维毡密封接口

1.3.4 完善焙烧净化系统密封和负压控制

焙烧净化系统采用电捕- 布袋一体化除尘系统，观察孔和烟道接口较多，存在很大的漏风量，净化负压的波动与大小不易控制，直接影响炉面燃烧系统的燃烧状况，通过以下方法，来保证炉面的负压稳定和抽风量。

(1)完善净化系统的密封管理，特别是对烟道蝶阀口的密封，用石棉绳或挂胶帆布进行覆盖来减少漏风损失(图8)，确保炉面排烟架的负压。

(2)对净化烟道观察口和溜槽观察口用石棉绳和帆布进行密封(图9)，确保负压稳定性，为炉面燃烧系统提供稳定的负压。

图9 净化烟道观察口密封

(3)缩小净化布袋的打差范围，许多企业布袋差压设定为800～1 400 Pa，在实际运行中布袋震打差压范围可增到700～1 500 Pa，这样势必导致炉面的出口负压不稳定，偏差在400 Pa以上。该公司负压控制在800～1 000 Pa，炉面出口负压较稳定。

(4)定期清理排烟架、烟道、电场、风机等净化设施粘附的焦油和烟灰，对降低净化风机耗电量、保证炉面负压起关键作用。

1.4 低负压小风量操作技术控制

为实施低负压小风量操作技术，需研究焙烧炉负压控制、炉室全方位密封技术,从而建立均匀的温度分布热场,使炭块内部质量得到有效控制。在1P前保证有2个密封炉室，同时增设一排挡风板；做好炉室维护工作，炉室维护强调“高标准、高质量、早维护”；对各密封点进行密封，减少冷空气进入火道，降低空气含氧量；中间火道负压控制在-70～-120 Pa，边火道负压控制在-140～-160 Pa，降低空气过剩系数，使挥发分充分燃烧，提高排烟架火道终温，各火道温度接近设定温度值，火道温差控制在±50 ℃，各火道内温度分布均匀。

2 实施效果

通过本项目的实施，该公司焙烧系统经济技术指标改善情况如下：天然气单耗由实施前的85.2 m3/t降至68 m3/t，位居中铝第一；净化风机电单耗由实施前的64 kW·h/t降至49 kW·h/t，降低15 kW·h/t；预焙阳极产量增加15 000 t/a，焙烧产能利用率提高25%；预焙阳极外观合格率提高1.2%，一级品率提高7.2%，阳极CO2反应性提高3%。

3 经济效益

3.1 直接经济效益

焙烧综合节能技术的研究及应用，产生直接经济效益为1 953.9万元，包括以下几方面：

(1)重油改天然气效益。实施前重油单位成本385.14元/t，实施后天然气单位成本200.26元/t，产生的经济效益为1 162.8万元。

(2)提产效益。预焙阳极产能增加25%，预焙阳极工人工资及制造费用成本降低119元/t，产生的经济效益为748.4万元。

(3)风机节电效益。实施前预焙阳极电单耗为64 kW·h/t，实施后电单耗降至49 kW·h/t，风机节电产生的经济效益为42.7万元。

3.2 间接效益

低负压小风量操作技术的成功应用，可为同行业同类型企业降本增效提供技术指导。

应用该技术，提高炉室维护质量，可以使焙烧炉运行平稳，炉体寿命得以延长。

天然气是一种新型环保节能资源，具有使用安全、热值高、洁净等优势，替代重油作为燃料，应用低负压焙烧技术，生产现场环境得到明显改善。

4 结论

(1)对焙烧炉室、燃烧系统、净化系统实施密封，可有效提高焙烧质量，降低天然气单耗和净化风机电耗。

(2)通过严格控制支管负压(边火道-140～-160 Pa，中间火道-70～-120 Pa)减小风量，来实现降低天然气消耗的目的。

(3)优化焙烧升温曲线，将焙烧周期由34 h调整至27 h，焙烧产能增加25%。

(4)焙烧综合节能技术的应用，使天然气单耗大幅降低，且保证了焙烧炉的稳定高效运行，优化了各项经济技术指标。该技术通用性强，综合节能效果显著，可在炭素系列敞开式焙烧炉生产中进行推广。

[1] 刘洁． PECHINEY阳极焙烧炉结构特点分析[J].炭素技术,2000(1).

[2] 许斌,潘立慧.炭材料用煤沥青的制备、性能和应用[M]. 武汉: 湖北科学技术出版, 2002.

[3] 姚广春.冶金炭素材料性能及生产工艺[M].北京:冶金工业出版社,1992.

ResearchandApplicationofComprehensiveEnergy-savingTechnologiesinRoasting

LIU Jian-gang

A company uses heavy oil as the original fuel in roasting system, which leads to problems such as high fuel costs, hard leakage control and non-ideal temperature control during operation. To solve these problems, the company launches a comprehensive energy-saving technology in the roasting system by implementing technologies of replacing heavy oil to natural gas, optimizing heating curve, sealing roasting system comprehensively, and operating in low vacuum with a small amount of air. Finally the technology significantly reduces the gas consumption, ensures a stable and efficient roasting operation and optimizes all economic and technical indexes.

prebaked anode; roasting furnace; natural gas; comprehensive energy-saving

2014-06-20

刘建刚(1977—)，男，山西永济人，大学本科，工程师，炭素生产技术协管，从事炭素专业技术质量管理工作。

TQ127.1

B

1008-5122(2015)01-0014-04