敞开式环形阳极焙烧炉节能技术研究

2018-11-07程立国

世界有色金属 2018年15期

程立国

（河南中孚炭素有限公司，河南巩义 451200）

我国的敞开式环形阳极焙烧炉技术是在消化80年代初引进的日轻焙烧技术的基础上发展起来的，三十年来，由于各种原因，国内各生产企业及科研设计单位仅在燃料选取、火道隔板、耐火材料、阳极装炉层数等方面作了少量改进，但总的来说进步不大，基本上仍停留在日轻焙烧炉的技术水平上[1]。经过多年的实践运用，该技术虽然可以运用于预焙阳极生产，但还存在着能耗高、污染大、自动化水平低、劳动生产率低等缺点。

1 敞开式焙烧炉节能技术研究

我公司36室敞开式焙烧炉[2]，每个炉室有9条火道8个料箱，炉子分两个火焰系统，每个火焰系统为18个炉室运转，用重油作燃料，火焰移动周期可调整，炉子的主要控制参数是焙烧炉1P火道负压和1P、4P、5P、6P火道烟气温度及焙烧最高温度控制在1150℃，排烟温度控制在250℃以下,目前已稳定运行11年，各项技术指标、焙烧阳极质量已超过设计水平，能耗在国内同类炉型中是最低的（51Kg/t-C），这主要基于对焙烧炉热平衡的精确分析（表1热平衡表），以及在节能降耗方面进行了大量的、细致的研究。

表1 热平衡表

1.1 挥发份燃烧

敞开式阳极焙烧炉中，沥青挥发份一边析出，一边进入火道内燃烧，成为除燃料外的主要热量来源。阳极配方中一般沥青占生阳极重量的14%～16%，以55%计算沥青析焦量，挥发份热值为3.762×104kj/kg，则挥发份发热量约为：2263MJ/T熟阳极，这相当于60kg重油燃烧产生的热值。可见，如何使挥发份在火道内尽可能的完全燃烧，成为焙烧炉节能的要考虑的最重要的问题之一。沥青挥发份有三种主要成分：氢、甲烷和焦油，每一种成分在不同的温度范围释放，研究表明氢和甲烷析出时温度高于其本身燃点温度，基本上析出即燃；而焦油析出时的温度比燃点低，其燃烧需要在更高的温度下才能进行，因此在焙烧炉火道内如出现挥发份燃烧不完全的情况，则其中主要成分必是焦油。由于以上所述特性，为保证焦油在火道内完全燃烧，在预热段必须保证火道内的温度与阳极温度有足够的温差，而取得足够的温差在炉型设计上虽然已经做了考虑，但预热段的升温速率也是需要重点考虑的问题，在保证产品质量的前提下，本公司的实际生产升温曲线就比其他类似的炭素厂稍高，所以能够将沥青挥发份完全烧尽。

1.2 固体蓄热回收

为达到阳极焙烧的目的，敞开式阳极焙烧炉中的生阳极一般要加热到1050℃～1200℃，此时在阳极、填充焦和耐火墙体中储存了大量的热能，称固体蓄热。由于焙烧炉内燃料和挥发份燃烧需要大量的一次空气助燃，实际上环式焙烧炉正是采用预热助燃空气来回收固体蓄热，为达到此目的，正确使用设计配置的鼓风架及零压架成为该回收固体蓄热的重要手段，大部分生产厂并不重视该种节能措施。

1.3 漏风

一般焙烧炉均有不同程度的漏风。“漏风”指在火道负压下炉外冷空气向炉内火道泄漏。漏风在加热段和预热段均存在。由于加热段火道负压较小，漏风量也较小，炉子稍加密封即可解决。由于预热段的负压较大，大量的漏风发生在预热段。

有关数据显示，漏风通道主要有三条：火道顶部砖缝、填充焦、观察孔。研究表明，大量漏风从三个方面造成炉子热耗增加：①漏入冷风挤占预热空气参与燃烧的份额，使焙烧后的固体蓄热回收减少，增加热耗；②大量的冷风需加热到燃烧时的高温，最后以排烟温度排出；③即使通过增大火道运行负压和增大喷油量对火道温度分布进行调整，在漏风较大时仍无法阻止低温区的火道和阳极的温度降低，造成无法满足挥发份燃烧的温度条件，使挥发份不能充分燃烧。同时火道负压的增大又引起漏风的加剧，形成漏风--加大负压--更大漏风的恶性循环，最终的结果，增加的热耗以排烟的形式损失掉。

针对以上分析的漏风情况，可采取以下措施予以解决：①炉面采用塑料薄膜覆盖；②加强炉面孔洞（观察孔及排烟孔）处的严密性；③采用较细的填充料覆盖在填充料的最上层；④尽量采用低负压操作等等措施。

1.4 炉体散热

减少散热从以下四个方面考虑：①减少散热面积，使炉子紧凑、合理；这在炉子设计时已经考虑；②设计时已经考虑加强了炉子的保温；③在保证产品质量的前提下，适当降低火道温度；④采用28小时曲线，缩短焙烧火焰周期。

1.5 自动控制技术

在原材料质量一定的情况下，采用计算机过程控制系统自动调节焙烧控制参数，可实现焙烧炉动态优化控制，生产出质量均一的优质阳极，并能降低阳极焙烧能耗。

我公司阳极焙烧控制系统采用分散式控制系统，分现场控制系统和上位机中央控制系统两大部分。现场控制系统及中央控制系统通过MODBUS网进行数据交换（通讯）。分散式控制系统能对焙烧炉每条火道的加热带、预热带的温度及负压进行精确控制，对某些特殊工况（例如跨接烟道时）可选择不同的控制模式，不仅能实现对升温曲线、负压的精确控制，还能对燃料（重油）的油温、油压进行控制，实现负压--燃料连锁、油压--燃料连锁、油温--燃料连锁等一系列连锁功能，可充分保证系统运行的安全性，实现各种焙烧生产工艺所需的各种报警、设定值计算、炉室号识别、管理架子移动及切除、数据存储分析等一系列功能。

由于采用了自动控制技术，保证了调节的适时性，能够实现多点同步调节，克服了人工调节过程中的粗糙性和盲目性等缺点，从而有效降低了焙烧能耗。