炭素煅烧窑工艺分析与控制系统开发

李伟浩 杜娟

摘要：对于炭素阳极而言，属于在铝电解生产期间十分关键的一种电极材料，对电解槽的电路效率起到决定性的作用。炭素煅烧后会将石油焦原料化作理化指标、机械强度高的煅后焦。是炭阳极生产的关键材料。而其质量与煅烧窑的控制能力存在不可分割的关联。因此，本文将围绕炭素煅烧窑的工艺与控制系统开发展开深入、细致的分析。

关键词：碳素煅烧窑;工艺分析;控制系统开发

现如今，我国对于节能、环保理念提出了高度的关注，为了确保铝电解企业能够将成本降低，将经济收益需求满足，对炭素阳极质量提出了高度的关注，特别是煅后石油焦的质量、煅后石油焦的实收率、煅烧工艺的管控，更是受到了广泛的关注。通常，石油焦煅烧的工艺主要分为罐式煅烧炉、电煅炉、回转床以及回转窑四种，而回转窑生产工艺是其广泛采用的重点，对其工艺展开分析，并且探究控制系统开发策略，是目前迫在眉睫需要研究的问题，同样也是实现能源节约的关键因素。

一、炭素煅烧窑工艺分析

（一）煅烧过程

对于石油焦煅烧的目的，主要是为了确保其真密度能够与比电阻指标达成炭素阳极生产需要的规定得以满足。对于真密度以及比电阻与回转窑煅烧问题的关系具体如图1及表1所示。因此，在煅烧生产期间，将石油焦当中的S、O、N、H、CH4、CNHM进行消除是其主要的任务[1]。其中，H、CH4、CNHM、S被称之为挥发份，能够将炭晶格作出重新排列。

图1煅烧温度与比电阻的关系

将石油焦原料在回转窑内的温度、运动位置以及原料变化作为依据，从而对回转窑燃烧生产作出5个阶段的划分，分别为：预热段、加热段、挥发份燃烧段、煅烧带以及冷却段。

（二）热量平衡

对煅烧工艺运行期间的热量需求以及热量来源作出分析，能够对回转窑的稳定管控起到较好的参考作用。身为无燃煅烧工艺，对于回转窑的热量来源如下：

第一，石油焦原料散发的可燃挥发份通过燃烧从而将热量释放。

第二，回转煅烧窑中的固定碳燃烧从而将热量释放。

第三，如果开展窑头喷入重油辅助燃烧，则应该对重油燃烧提供热量。

通常，回转窑的热量关键去处有：

1.回转窑筒体辐射导致热量散失。

2.冷却窑的高温煅后焦所焓的热量[2]。

3.一、二、三次风带走的热量。

4.原料温度升高而吸收热量。

由上可以了解，煅前定量喂料在进入回转煅烧窑的石油焦原料，是煅烧工艺熱量的关键来源，进入至大窑的石油焦量对煅烧工艺的热平衡与工艺产生极大的影响。

（三）冷却过程

自煅烧窑所排出的高温物料，需要通过冷却窑加以冷却。促使高温物料能够快速降温，达到氧化温度之下是其主要的目的。将炭素晶格的重新排列作出抑制，促使炭素晶格能够提升收缩率，从而将煅烧的效果得以确保。

当前，对于煅烧工艺的冷却窑而言，通常外径为1.8米、长度为18米，并且选取17米的外喷水与1米的内喷水方式，从而展开煅烧工艺的冷却。并且将生产需求作为依据，对每分钟0-3r的转速作出调节[3]。对于内喷水冷却而言，主要是对高温物料展开直接的喷水冷却。而对于外喷水冷却来讲，主要是将循环水喷到窑体处，间接对物料展开冷却工作。

二、控制系统开发

（一）控制架构

对于计算机集成控制系统而言，主要划分为一级控制器站与二级计算机站两种，从而将二级分布式计算机控制系统构成，由于整体系统需要将计算机与DCS+PLC与计算机完成，从而对现场设施展开全体的控制能力，在安全性设计的同时将计算机控制系统的可靠性确保，从而保障设备的顺利运行。

（二）控制范围

主要对回转窑、煅前给料系统、煅后焦输送系统、重油系统、小窑冷却收尘系统、煅烧循环水系统等展开计算机的集成监控工作。回转窑系统的全部工序，都是利用主控室的监控操作站计算机启停操作得以实现，所有控制功能均可以在计算机上完成。

（三）控制器

对于主控室而言，主要将Honeywell公司所生产的两台C200控制器作为主控制器，并且在两台控制器的机架之间将冗余功能得以实现，控制器的同步对于用户而言，是彻底透明的，控制的切换时间可以不计，冗余模块之间需要利用光缆进行连接，冗余模块能够展开在线更换，并且不会对用户的过程控制造成破坏。将煅烧窑工艺的参数利用远程机架模块展开整合工作，并且将其传送至计算机中，并且在计算机上得以显示，将小窑冷却收尘PLC、石油焦原料转运站系统PLC以及C200控制器的连锁所需信号作出连接，其中主要包含系统自动、启动信号、就位信号、运行反馈信号、手动选择信号、集中消音信号、集中复位信号、集中试灯信号[4]。同时在计算机上得以显示。对于PlantScape R500中央控制器而言，能够对各PLC作出联动，同样也可以将各PLC启动各自系统，促使控制的安全性能够获得提升。

结语：

综上所述，对炭素煅烧窑工艺展开分析，并且对其控制系统的开发作出研究，能够对整体工程控制中存在的问题进行解决，并且获取良好的控制效果，从而将炭素制品的产品质量得以保障，达成相关部门提出的节能减排的作用，将产品的综合竞争力提升，促使炭素煅烧窑工艺与计算机集成控制的应用能够得以高效完成。

参考文献：

[1]李洪川.对炭素煅烧窑余热发电系统设计的几点建议[J].轻金属，2010（04）：35-36.

[2]王春华，陈文仲，刘伟娜，范楠，于国友，亿惠娟.炭素煅烧回转窑工艺设计VB程序的开发[J].工业炉，2008，30（06）：35-37.

[3]师树英.炭素煅烧回转窑工艺控制有效性分析[C].中国有色金属学会.有色金属工业科技创新——中国有色金属学会第七届学术年会论文集.中国有色金属学会：中国有色金属学会，2008：311-315.

[4]尹震辉.炭素回转窑结构及物料运动规律的研究[D].东北大学，2008.

[5]郝杰.炭素煅烧窑工艺分析与控制系统开发[D].东北大学，2008.