敞開環(huán)式焙燒爐煙氣凈化系統(tǒng)著火原因分析及預(yù)防措施

郎學(xué)春 穆小杰

(青海橋頭鋁電股份公司, 西寧 810100)

敞開環(huán)式焙燒爐煙氣凈化系統(tǒng)著火原因分析及預(yù)防措施

郎學(xué)春 穆小杰

(青海橋頭鋁電股份公司, 西寧 810100)

分析了敞開環(huán)式焙燒爐煙氣凈化系統(tǒng)著火原因。結(jié)合生產(chǎn)實際，介紹了某公司為了杜絕發(fā)生火災(zāi)，從調(diào)整電捕焦油器捕集物比例，降低煙氣中的氧含量，改造及清理電捕焦油器，改進電場電壓、電流控制及啟動操作方法等方面采取的措施。

敞開環(huán)式焙燒爐； 電捕焦油器； 凈化系統(tǒng)； 改進措施

鋁電解用預(yù)焙陽極在焙燒過程中，會產(chǎn)生大量廢煙氣。一般采用靜電捕集法、氧化鋁吸附凈化法、焦粉吸附法及堿吸收法等對主要成分為瀝青煙、氟化物、SO2、粉塵等的焙燒廢煙氣進行治理。由于幾種方法在工藝流程、投資、運行維護及安全等方面存在差異，在國家對氟化物、SO2排放限值執(zhí)行《GB25465—2010鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》以前，大多碳素焙燒爐煙氣凈化采用電捕焦油法。本文介紹了某公司采用靜電捕集法，為杜絕凈化系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)事故，對燃燒系統(tǒng)的工藝控制、凈化系統(tǒng)操作等方面采取的措施。

1 電捕焦油法煙氣凈化系統(tǒng)的原理及設(shè)備性能

1.1 電捕焦油法煙氣凈化系統(tǒng)工作流程

某公司焙燒煙氣凈化系統(tǒng)采用靜電捕集法，主要由預(yù)除塵器、噴淋冷卻裝置、阻火器、電捕集除塵器、防爆安全門、排煙風(fēng)機等組成，其系統(tǒng)布置如圖1。

圖1 煙氣凈化系統(tǒng)圖

煙氣凈化系統(tǒng)的工作流程為：焙燒爐內(nèi)炭制品燃燒產(chǎn)生的廢煙氣，通過排煙架匯集到煙道后進入預(yù)除塵器，使大顆粒廢物得到捕集；廢煙氣進入噴霧冷卻裝置，在噴淋水的作用下，使煙氣降溫；降溫后的廢煙氣進入電捕焦油器，電場使粉塵獲得電荷，同時使粉塵被收集。最后，處理達(dá)到排放限值的煙氣，通過排煙風(fēng)機被排空。

1.2 電捕焦油法煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

某公司使用34室敞開環(huán)式焙燒爐，以天然氣為加熱燃料，對焙燒爐室的8個料箱中的生坯進行焙燒。正常生產(chǎn)采用6室加熱、28 h移爐周期的168 h升溫曲線。爐室設(shè)計料箱尺寸為5 246×703×5 360 mm，每個料箱立裝3層尺寸為1 570×665×553 mm的生陽極21塊。此系統(tǒng)設(shè)計處理煙氣量為62 000 Nm3/h，電捕焦油器截面積30 m2，煙氣溫度為150～250 ℃，煙道負(fù)壓為2 000～3 000 Pa。為保證對煙氣的冷卻，噴霧冷卻裝置要求工業(yè)水壓力為0.3～0.5 MPa，壓縮空氣壓力為0.4～0.6 MPa。

2 電捕焦油器內(nèi)部出現(xiàn)粉塵著火原因

2.1 電捕焦油器內(nèi)部出現(xiàn)積灰著火現(xiàn)象

某公司焙燒車間2003年投產(chǎn)，2004年打通整套生產(chǎn)工藝流程，開始生產(chǎn)生陽極。由于在實際生產(chǎn)中生陽極炭塊的外觀出現(xiàn)裂紋,麻面,假比重達(dá)不到1.60 g/cm3等，最后通過從殘極、生碎、粉焦、細(xì)焦的配比量進行配方調(diào)整，到2004年年底逐步確定了生產(chǎn)基本配方。調(diào)整后粘結(jié)劑瀝青在配方中約占質(zhì)量的14%～15%。生陽極在焙燒過程中，收集粉塵的電捕焦油器收集斗會出現(xiàn)積灰燃燒，煙囪冒黑煙現(xiàn)象，導(dǎo)致燃燒系統(tǒng)關(guān)閉。

2.2 電捕焦油器內(nèi)部積灰著火原因

一般著火并形成穩(wěn)定的燃燒必須具備以下3個條件：一是要有可燃物；二是要有供應(yīng)燃料燃燒所需的充足氧氣；三是要達(dá)到可燃物的著火點。通過對這幾個條件的追溯，可以從凈化設(shè)備本身找到著火的原因。

2.2.1 可燃物來源

電捕焦油器的作用是收塵。由于焙燒煙氣中含有瀝青煙、粉塵等，煙氣從排煙架經(jīng)過地上煙道、預(yù)除塵器、噴霧冷卻裝置進入電捕焦油器，是被逐步降溫、處理的過程。當(dāng)瀝青煙、粉塵等被電捕焦油器收集后，會沉積在漏斗處。這些物質(zhì)為碳?xì)浠衔锖吞亢?，為可燃物。根?jù)對電捕焦油器收集物燃燒情況的試驗發(fā)現(xiàn)：粉塵的著火點比焦油的著火點低，易燃，但火勢易于控制，焦油的著火點較高，著火后火勢不易控制。

2.2.2 煙氣中的氧來源

電捕焦油器中的氧，主要來自兩個方面：

(1)來自鼓風(fēng)機鼓入助燃燃料后剩余的氧及滲漏的氧。敞開式環(huán)型焙燒爐在預(yù)熱階段、火道中的含氧量遠(yuǎn)高于理論含氧量，而燃料燃燒階段的含氧量卻遠(yuǎn)小于理論值。一個火焰周期內(nèi)第一火道各爐室含氧量結(jié)果及理論含氧量如圖2所示[1]。由圖2可知，加熱段6P、5P、4P爐室燃料燃燒后的煙氣經(jīng)過預(yù)熱段2P、3P揮發(fā)分燃燒后，在負(fù)壓作用下，爐室表面的空氣滲透到預(yù)熱爐室火道內(nèi)使煙氣中含氧量不減反增。

圖2 第一火道一個火焰周期各爐室的含氧量

(2)來自電捕焦油器滲漏的空氣。電捕焦油器的供電系統(tǒng)，為了使煙氣中的瀝青不致粘結(jié)在高壓瓷瓶上，在供電瓷瓶箱體處安裝了通風(fēng)加熱裝置，在負(fù)壓作用下，空氣是向箱體內(nèi)部流動的，也可以滿足燃燒所需的氧。

總之，由于焙燒爐自身漏風(fēng)以及電捕焦油器自身設(shè)計需要，煙氣中的氧是能夠滿足燃燒需要的。

2.2.3 著火源來源

從電捕焦油器著火的位置判斷，著火源應(yīng)來自兩個方面：

(1)來自焙燒爐中的填充焦。在焙燒過程中，一般采用填充焦對爐室的制品進行密封， 在負(fù)壓作用下，填充焦會從爐室的火道豎縫進入火道，由于焙燒過程的溫度很高，可以達(dá)到1 000 ℃以上，填充焦進入火道后，沿途雖經(jīng)降溫，但只是表面溫度降低，內(nèi)部溫度仍然較高，遇阻下落后，如果落在積存的可燃物較多、燃點又比較低的積灰上，就會著火[2]。

(2)來自電捕焦油器打火。由于電捕焦油器陰極為陰極絲，收集物存在瀝青，當(dāng)瀝青在陰極絲上粘結(jié)時，會改變陰極之間的距離。根據(jù)《工業(yè)電除塵器應(yīng)用技術(shù)》工業(yè)試驗結(jié)果，電暈線彼此之間的線距對放電性能影響較大。線距太寬，中間存在死區(qū)，放電強度被消弱；相反線距過密，因彼此的屏蔽作用也會大大降低放電強度。極板間距與工作電壓的關(guān)系如圖3[3]。當(dāng)陰極之間距離縮小后，在工作電壓不變的情況下，會出現(xiàn)打火現(xiàn)象，點燃收集的積灰。

圖3 極板間距與工作電壓的關(guān)系

總之，由于電捕焦油器收集物為焙燒爐高溫填充焦、瀝青煙，以及電捕焦油器漏風(fēng)和焙燒爐漏風(fēng)等原因，為可燃物提供了燃燒條件，促成了電捕焦油器著火。

3 改進措施

根據(jù)造成電捕焦油器著火的原因分析，某公司結(jié)合生產(chǎn)實際，制定了相應(yīng)的措施。

3.1 電捕焦油器捕集物比例的調(diào)整

為改善電捕焦油器捕集物比例，某公司根據(jù)燃燒系統(tǒng)運行實際，對預(yù)熱爐室揮發(fā)分的位置進行了有效的控制。通過利用備用燃燒架的熱電偶對預(yù)熱爐室的溫度情況進行測量，發(fā)現(xiàn)預(yù)熱爐室的溫度隨著時間的推移呈拋物線狀。而且，HR1燃燒架的起點溫度對揮發(fā)分的位置影響較大。為了穩(wěn)定揮發(fā)分燃燒帶位置，通過對起點溫度從910 ℃開始，逐次增加5 ℃/次的試驗，總結(jié)燃燒架起點溫度對揮發(fā)分的位置影響，最終確定焙燒曲線。將原來燃燒架HR1的起始溫度從930 ℃調(diào)整為920 ℃，使揮發(fā)分的位置從原來移爐時揮發(fā)分燃燒帶在2P的3、4孔變?yōu)?P的4孔和3P的1孔。揮發(fā)分燃燒帶位置穩(wěn)定后，電場收集物為焦油和粉灰的混合物，有利于電捕焦油器的清理。同時，由于瀝青的存在，相對降低了收集物的著火點。

3.2 降低煙氣中的氧含量

在焙燒爐面，通過對焙燒曲線的調(diào)整，使揮發(fā)分的位置移爐時穩(wěn)定在2P的4孔和3P的1孔。同時，為降低預(yù)熱爐室的冷風(fēng)滲透，在燃燒系統(tǒng)的1P、2P爐室火道墻、料箱上鋪設(shè)塑料薄膜進行密封，降低排煙架以前爐室廢煙氣的氧含量。

在電捕焦油器上，通過對電捕焦油器的供電系統(tǒng)瓷瓶加熱裝置漏風(fēng)口制做盲板，進行改造，減少進入電捕焦油器內(nèi)的含氧量。

3.3 電捕焦油器改造、清理及操作方法改進

3.3.1 電捕焦油器改造及清理

為改善陰極絲、陽極板因粘結(jié)焦油、粉塵的混合物造成的相對距離的減少，某公司通過在陽極板上加裝采用蒸汽加熱的鎳鎘合金裝置，每天在固定的時間，對陽極板進行加熱，使收集物能夠順利從陰極絲、陽極板上淌下，保證陰極絲、陽極板之間的相對距離。

另外，根據(jù)多年經(jīng)驗，制定了每周對排煙架進行清理，每季度對環(huán)形煙道、地下煙道、預(yù)除塵器、噴霧冷卻裝置、電捕焦油器進行全面清理的制度，有效杜絕了排煙架、煙道著火引發(fā)的電捕焦油器著火。

3.3.2 改進操作方法

焙燒產(chǎn)生的煙氣，一般采用兩級電捕焦油器進行處理。在一個焙燒周期內(nèi)，焙燒產(chǎn)生的煙氣量隨著焙燒周期時間延續(xù)發(fā)生變化。一般，在焙燒進行至1/2焙燒周期時，系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣量最大。為了達(dá)到除塵效果，通常采用自動控制。當(dāng)煙氣進入電捕焦油器后，會出現(xiàn)1#、2#電捕電壓、電流分布不均，形成1#電捕電壓、電流明顯高于2#電捕電壓、電流。由于1#電捕電壓高、電流大，會出現(xiàn)打火現(xiàn)象，導(dǎo)致1#電捕故障率高于2#電捕。為杜絕1#電捕出現(xiàn)打火現(xiàn)象，可以通過手動調(diào)整，適當(dāng)降低1#電捕二次電壓，升高2#電捕二次電壓，使電捕電壓、電流分布一致，達(dá)到除塵效果，調(diào)整情況如表1。

為杜絕在啟動過程中出現(xiàn)電捕焦油器啟動升壓過快導(dǎo)致電捕焦油器打火，規(guī)定停止電捕焦油器時，將電壓控制功率設(shè)為0，將“自動”控制轉(zhuǎn)為“手動”控制，按“復(fù)位”鍵，停電；啟動時，操作為“手動”，穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)為“自動”控制。通過操作方法的改變，杜絕了啟動過程中“自動”方式下電壓直接升至40 kV左右而引起電場打火的現(xiàn)象。

另外，為保證收集物能夠從陰極絲、陽極板上淌下，冬季燃燒系統(tǒng)采用雙系統(tǒng)運行，夏季燃燒系統(tǒng)采用單系統(tǒng)運行。規(guī)定雙系統(tǒng)運行時，移爐間隔為14 h，電場進口溫度控制在80 ℃左右，使陰極絲上粘結(jié)的焦油高于收集瀝青的熔點溫度，沿著陰極絲流下；在單系統(tǒng)運行時，由于進入電場的煙氣溫度較低，在移爐后降低噴淋冷卻裝置的噴水量來提高電場的進口溫度。同時，可通過分周期的開啟陽極板加熱裝置，排放焦油的方法進行控制。

表1 電捕焦油器電壓、電流調(diào)整前后分布情況

4 結(jié)束語

總之，通過對燃燒系統(tǒng)工藝的調(diào)整，使揮發(fā)分燃燒后煙氣中的成分比例發(fā)生變化，保證了電捕焦油器捕集物的著火點相對較高；同時，在煙氣凈化系統(tǒng)清理時，制定過渡曲線，保證了揮發(fā)分燃燒位置相對不變，燃燒系統(tǒng)燃燒架對接溫度相對穩(wěn)定以及對電捕焦油器啟停的規(guī)范操作。杜絕陰極絲打火等措施的實施，有效改變了造成著火的兩個不利因素。日常管理中對排煙架、凈化系統(tǒng)的積塵清理，有效的防止了風(fēng)機振動，電捕焦油器短路以及收集的粉塵自燃現(xiàn)象。

[1] 張立麒，鄭楚光，徐明厚,等.敞開式環(huán)型焙燒爐的綜合測試分析[J]. 輕金屬，2002(6):51-56.

[2] 王喜春,周傳良,高翔,等. 陽極焙燒爐煙氣凈化系統(tǒng)著火原因及對策[J]. 輕金屬,2005(8):59-61.

[3] 唐國山,等.工業(yè)電除塵器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006：60-63

Fire Cause and Precaution Measures of Flue Gas Purification System in Open Ring Furnace

LANG Xue-chun, MU Xiao-jie

This paper analyses the fire causes of flue gas purification system in open-ring furnace. Combined with the actual production, some measures are introduced to prevent fire from the following aspects, adjusting trapping material proportion in electric tar precipitator, reducing oxygen content in flue gas, transforming and cleaning up electric tar precipitator, and improving field voltage, control current and start-up operation.

open ring furnace; electric tar precipitator; cleanup system; improvement measures

2014-06-20

郎學(xué)春(1976—)，男，云南鎮(zhèn)雄人，大學(xué)本科，工程師，主要從事鋁電解、碳素、鋁合金研發(fā)工作。

TF821; X505

B

1008-5122(2014)05-0044-04