煅燒回轉(zhuǎn)窯煙氣管道負(fù)壓損失的改進(jìn)

付明錄|文

回轉(zhuǎn)窯煙氣管道負(fù)壓的損失，造成回轉(zhuǎn)窯工況惡化、石油焦實(shí)收率和品質(zhì)低下、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等問(wèn)題，找出了造成該現(xiàn)象的根本原因，通過(guò)對(duì)冷卻窯排氣煙道、窯頭密封、窯轉(zhuǎn)速等探索改進(jìn)，達(dá)到預(yù)期的效果。

作為陽(yáng)極生產(chǎn)用的延遲石油焦,需經(jīng)過(guò)高溫煅燒后才能用于配料。目前國(guó)內(nèi)石油焦煅燒設(shè)備一般采用罐式煅燒爐或回轉(zhuǎn)窯。

一般而言,煅燒工序設(shè)備選型由陽(yáng)極建設(shè)規(guī)模而定,建設(shè)規(guī)模小,選擇罐式煅燒爐比較合適;建設(shè)規(guī)模大,選擇回轉(zhuǎn)窯較好。某公司的兩個(gè)系列共57萬(wàn)噸/鋁.年產(chǎn)能；配套炭素廠產(chǎn)能30萬(wàn)噸/年。所以選擇采用兩臺(tái)Ф3.43米×67.1米回轉(zhuǎn)窯煅燒,可以滿足整個(gè)陽(yáng)極生產(chǎn)的需要。雖然自投運(yùn)以來(lái)正常運(yùn)行，但是需要解決的小問(wèn)題仍然很多，像設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)均未達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)等，筆者現(xiàn)將存在的問(wèn)題和現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)的措施。

存在的問(wèn)題和現(xiàn)狀

煅后焦實(shí)收率低?；剞D(zhuǎn)窯的煅燒實(shí)收率設(shè)計(jì)值大于等于72%，期望值73%，實(shí)際值僅為71%。采取了控制原料、降低燒損等措施，但仍然無(wú)法提高實(shí)收率。

產(chǎn)品質(zhì)量低。回轉(zhuǎn)窯投料量保持在25～28噸/小時(shí)。煅后焦理化指標(biāo)：粉末比電阻490～550μΩ.m、真比重2.01～2.03克/平方厘米。粉末電阻率波動(dòng)較小，真密度指標(biāo)波動(dòng)較大。

冷卻窯負(fù)壓低。冷卻窯出口負(fù)壓設(shè)計(jì)要求-100～-250帕。實(shí)際正常生產(chǎn)情況下，冷卻窯負(fù)壓在-20～-80帕范圍波動(dòng)，且有時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)正壓，影響冷卻窯收塵風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，燃燒帶位置難以控制同時(shí)造成冷卻窯頭、尾部粉料及蒸汽外噴。每班每窯從下料溜管處外噴的煅后焦約300千克，造成物料大量損失。

煅燒帶位置靠近窯頭7.4米左右，而設(shè)計(jì)的煅燒帶位置在22米處。

燃燒室負(fù)壓偏小在-128帕。

燃燒室不能充分燃燒含塵煙氣?；剞D(zhuǎn)窯后配置U型燃燒室，煙氣中粉塵、揮發(fā)份不能充分燃燒，燃燒室底部積灰深度達(dá)到1米以上，大部分粉塵被吸入鍋爐和脫硫塔內(nèi)，然后從煙囪排向大氣，造成環(huán)境污染。

三次風(fēng)嘴使用壽命短，風(fēng)嘴燒損頻繁，使用壽命平均在3個(gè)月，助燃風(fēng)嘴燒損后，嚴(yán)重影響窯內(nèi)煅燒帶的控制，且維修周期較長(zhǎng)。

窯頭溫度高。回轉(zhuǎn)窯窯頭溫度設(shè)計(jì)小于等于900℃，后根據(jù)生產(chǎn)情況修改為小于等于1150℃。但實(shí)際回轉(zhuǎn)窯窯頭揚(yáng)料、造成窯頭溫度高達(dá)1300℃，2013年，回轉(zhuǎn)窯窯頭平均溫度實(shí)際達(dá)到了1250℃。2012年至今，因窯頭燒損兩臺(tái)窯已各維修兩次。另外因高溫窯頭罩出現(xiàn)燒損變形乃至氧化穿透的現(xiàn)象。

冷卻窯排汽煙道積灰量大，煙道腐蝕嚴(yán)重。冷卻窯多管旋風(fēng)除塵器因除塵效果差，煙氣中含塵量大，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)沉淀，運(yùn)行一段時(shí)間后大量聚集在管道內(nèi)，還易造成管道腐蝕，目前管道接近報(bào)廢。每?jī)蓚€(gè)月需停產(chǎn)清理集料一次，耗時(shí)7天，每次清理出的粉塵達(dá)30噸/臺(tái)。

現(xiàn)狀和問(wèn)題的原因分析

因冷卻窯排汽煙道過(guò)長(zhǎng)、彎頭太多，造成氣體阻力較大，流速降低，氣體中的焦粉處于層流狀態(tài)而下沉形成積料。另外因引風(fēng)機(jī)出口煙道阻力較大造成引風(fēng)機(jī)全壓下降，除塵器內(nèi)氣體流速降低，導(dǎo)致除塵效率隨之下降。同時(shí)引風(fēng)機(jī)全壓降低后造成冷卻窯內(nèi)負(fù)壓也下降，當(dāng)料量和溫度波動(dòng)時(shí)窯內(nèi)甚至出現(xiàn)正壓，也就出現(xiàn)噴汽和噴料現(xiàn)象。另外因冷卻窯負(fù)壓較低，飛揚(yáng)的焦粉部分排走和二次燃燒，加之石油焦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒時(shí)間太長(zhǎng)，填充率太高造成燒損增大，實(shí)收率和品質(zhì)下降，同時(shí)引起回轉(zhuǎn)窯煅燒帶無(wú)法控制。

改進(jìn)措施方法

通過(guò)理論分析，造成冷卻窯負(fù)壓不足的主要原因是冷卻窯排汽管道過(guò)長(zhǎng)，彎頭過(guò)多，阻力較大，從而造成冷卻窯引風(fēng)機(jī)全壓過(guò)低，冷卻窯生產(chǎn)負(fù)壓小于最低值-100帕要求。據(jù)此，2014年5月，在1#、2#窯上對(duì)排汽煙道等進(jìn)行了改造。

將排汽管道彎頭進(jìn)行優(yōu)化，按照現(xiàn)場(chǎng)的位置取消了5處彎頭，減少阻力，在出口20米處將煙道截?cái)唷㈤_(kāi)口，蒸汽直接外排，增加了排汽管道中積灰的清灰口。

將回轉(zhuǎn)窯窯頭進(jìn)行了密封，減少野風(fēng)的進(jìn)入，以此降低煅燒后的高溫焦粒再次燃燒的損失。

為了降低冷卻窯內(nèi)煅后焦的飛揚(yáng)，將原噴水嘴向內(nèi)延伸了1米，同時(shí)將提料板高度依次梯減50毫米。

提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，石油焦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒時(shí)間取決于窯的轉(zhuǎn)速，現(xiàn)將回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速由每分鐘1.1轉(zhuǎn)提高到1.6轉(zhuǎn)。

改進(jìn)后達(dá)到的效果

將排汽管道彎頭進(jìn)行優(yōu)化后煙道阻力減小，冷卻窯負(fù)壓明顯提高，當(dāng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度在100%時(shí)，窯內(nèi)負(fù)壓能達(dá)到-300帕左右，當(dāng)開(kāi)度在40%時(shí)，負(fù)壓仍然能達(dá)到-120帕，完全滿足生產(chǎn)需求，通過(guò)兩個(gè)月的運(yùn)行，主要效果表現(xiàn)如下。

煅燒帶位置在22米處，達(dá)到設(shè)計(jì)最佳位置，且煅燒帶位置和長(zhǎng)度可根據(jù)需要調(diào)控自如，助燃風(fēng)嘴處溫度下降100℃左右，提高了風(fēng)嘴壽命。

回轉(zhuǎn)窯消除了冷卻窯內(nèi)焦粉倒流飛揚(yáng)和野風(fēng)的進(jìn)入，防止二次燃燒現(xiàn)象發(fā)生，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)火焰清晰，能見(jiàn)度得以提高，通透到底，證明窯內(nèi)揮發(fā)份燃燒徹底（見(jiàn)下圖）。

回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)溫度運(yùn)行良好，煅燒帶溫度降到1300℃以下，窯頭溫度在1000℃左右，基本消除了冷卻窯內(nèi)焦粉倒流飛揚(yáng)二次燃燒現(xiàn)象，窯頭溫度明顯下降，溫度下降100℃左右，提高了窯頭耐火材料壽命，減輕了窯頭鋼材的氧化速度。

冷卻窯返料情況改善，冷卻窯負(fù)壓得以提高，始終高于回轉(zhuǎn)窯窯頭負(fù)壓10～20帕，冷卻窯內(nèi)飛揚(yáng)的焦粉能有效被收走，未出現(xiàn)返料、漏料、噴汽現(xiàn)象，每班收集的漏料大約只有兩千克左右，較以往有較大改善。

煙道積灰減少，冷卻窯排汽阻力降低，流速增大，多管旋風(fēng)除塵器除塵效果大大改善，從排汽中檢測(cè)，粉塵濃度小于20毫克/立方米，符合環(huán)保指標(biāo)要求，煙囪消除冒煙現(xiàn)象。在停窯檢修期間對(duì)煙道進(jìn)行了一次清灰，基本沒(méi)有積灰結(jié)塊現(xiàn)象，共清理出約200千克灰塵，滿足生產(chǎn)需求。

鍋爐排煙溫度降低，從以前的200℃將低到180℃，下游的脫硫塔工況得以改善，爐內(nèi)積灰現(xiàn)象減少，熱效率得以提高。

窯尾溫度滿足工藝要求，窯尾負(fù)壓：-57帕，溫度822℃，效果明顯。

回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)功率降低，窯況改善，煅燒帶后移，窯內(nèi)阻力相應(yīng)減小，引風(fēng)機(jī)負(fù)荷得以降低，電機(jī)功率也得以降低，電流由原來(lái)的59安，降到30安，功率降低了290千瓦。冷卻窯引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度從原來(lái)的100%，降低到目前的40%，功率降低了30千瓦。

煅后焦的理化指標(biāo)提高，煅燒帶后移后、煅燒帶距離增長(zhǎng)，填充率降低，石油焦煅燒徹底，比電阻從原來(lái)的平均520μΩ.m降低到490μΩ.m，真比重從原來(lái)的2.01～2.03克/立方厘米提高到現(xiàn)在的2.05～2.06克/立方厘米，全水分從原來(lái)的0.11%降低到0.09%，理化指標(biāo)得以提高，達(dá)到一級(jí)品要求。

石油焦實(shí)收率提高，冷卻窯負(fù)壓提高，飛揚(yáng)的焦粉基本被旋風(fēng)除塵器回收，窯頭高溫焦粒二次燃燒損失減少；煅燒帶后移預(yù)熱帶相對(duì)縮短，石油焦煅燒時(shí)間縮短，石油焦燃燒損失降低；冷卻窯漏料現(xiàn)象基本消除，石油焦實(shí)收率從以前的71%提升到72.5%。

經(jīng)濟(jì)效益分析

1.直接效益

1.1 實(shí)收率提高

年生產(chǎn)煅后焦22萬(wàn)噸，目前價(jià)格2194元/噸，效益如下：

S1=22×104×(0.75-0.71)×2194=724.02萬(wàn)元

1.2 引風(fēng)機(jī)能耗

回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)功率降低了290千瓦，冷卻窯引風(fēng)機(jī)功率降低了30千瓦，年運(yùn)轉(zhuǎn)率80%，電費(fèi)0.31元/千瓦·時(shí)（不含稅）。效益如下：

S2=（290+30）×2×365×24×0.31=139.04萬(wàn)元

2.間接效益

2.1 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯修理

窯頭溫度和風(fēng)嘴溫度降低，壽命得以提高，維修費(fèi)相應(yīng)降低

2.2 煅后焦理化指標(biāo)的提高

比電阻降低，相應(yīng)炭塊電阻降低，電解直流電耗也就降低（比電阻每降低1μΩ.m，陽(yáng)極壓降降低0.5毫伏，噸鋁可降低直流電耗1.5千瓦·時(shí)）；真比重提高，炭塊比重也得以提高，電解生產(chǎn)掉渣率降低，陽(yáng)極毛耗也就降低。