敞開式環(huán)形陽極焙燒爐節(jié)能技術(shù)研究

程立國

（河南中孚炭素有限公司， 河南 鞏義 451200）

我國的敞開式環(huán)形陽極焙燒爐技術(shù)是在消化80年代初引進(jìn)的日輕焙燒技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，三十年來，由于各種原因，國內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)及科研設(shè)計(jì)單位僅在燃料選取、火道隔板、耐火材料、陽極裝爐層數(shù)等方面作了少量改進(jìn)，但總的來說進(jìn)步不大，基本上仍停留在日輕焙燒爐的技術(shù)水平上[1]。經(jīng)過多年的實(shí)踐運(yùn)用，該技術(shù)雖然可以運(yùn)用于預(yù)焙陽極生產(chǎn)，但還存在著能耗高、污染大、自動化水平低、勞動生產(chǎn)率低等缺點(diǎn)。

1 敞開式焙燒爐節(jié)能技術(shù)研究

我公司36室敞開式焙燒爐[2]，每個爐室有9條火道8個料箱，爐子分兩個火焰系統(tǒng)，每個火焰系統(tǒng)為18個爐室運(yùn)轉(zhuǎn)，用重油作燃料，火焰移動周期可調(diào)整，爐子的主要控制參數(shù)是焙燒爐1P火道負(fù)壓和1P、4P、5P、6P火道煙氣溫度及焙燒最高溫度控制在1150℃，排煙溫度控制在250℃以下,目前已穩(wěn)定運(yùn)行11年，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、焙燒陽極質(zhì)量已超過設(shè)計(jì)水平，能耗在國內(nèi)同類爐型中是最低的（51Kg/t-C），這主要基于對焙燒爐熱平衡的精確分析（表1熱平衡表），以及在節(jié)能降耗方面進(jìn)行了大量的、細(xì)致的研究。

表1 熱平衡表

1.1 揮發(fā)份燃燒

敞開式陽極焙燒爐中，瀝青揮發(fā)份一邊析出，一邊進(jìn)入火道內(nèi)燃燒，成為除燃料外的主要熱量來源。陽極配方中一般瀝青占生陽極重量的14%～16%，以55%計(jì)算瀝青析焦量，揮發(fā)份熱值為3.762×104kj/kg，則揮發(fā)份發(fā)熱量約為：2263MJ/T熟陽極，這相當(dāng)于60kg重油燃燒產(chǎn)生的熱值。可見，如何使揮發(fā)份在火道內(nèi)盡可能的完全燃燒，成為焙燒爐節(jié)能的要考慮的最重要的問題之一。瀝青揮發(fā)份有三種主要成分：氫、甲烷和焦油，每一種成分在不同的溫度范圍釋放，研究表明氫和甲烷析出時溫度高于其本身燃點(diǎn)溫度，基本上析出即燃；而焦油析出時的溫度比燃點(diǎn)低，其燃燒需要在更高的溫度下才能進(jìn)行，因此在焙燒爐火道內(nèi)如出現(xiàn)揮發(fā)份燃燒不完全的情況，則其中主要成分必是焦油。由于以上所述特性，為保證焦油在火道內(nèi)完全燃燒，在預(yù)熱段必須保證火道內(nèi)的溫度與陽極溫度有足夠的溫差，而取得足夠的溫差在爐型設(shè)計(jì)上雖然已經(jīng)做了考慮，但預(yù)熱段的升溫速率也是需要重點(diǎn)考慮的問題，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，本公司的實(shí)際生產(chǎn)升溫曲線就比其他類似的炭素廠稍高，所以能夠?qū)r青揮發(fā)份完全燒盡。

1.2 固體蓄熱回收

為達(dá)到陽極焙燒的目的，敞開式陽極焙燒爐中的生陽極一般要加熱到1050℃～1200℃，此時在陽極、填充焦和耐火墻體中儲存了大量的熱能，稱固體蓄熱。由于焙燒爐內(nèi)燃料和揮發(fā)份燃燒需要大量的一次空氣助燃，實(shí)際上環(huán)式焙燒爐正是采用預(yù)熱助燃空氣來回收固體蓄熱，為達(dá)到此目的，正確使用設(shè)計(jì)配置的鼓風(fēng)架及零壓架成為該回收固體蓄熱的重要手段，大部分生產(chǎn)廠并不重視該種節(jié)能措施。

1.3 漏風(fēng)

一般焙燒爐均有不同程度的漏風(fēng)?！奥╋L(fēng)”指在火道負(fù)壓下爐外冷空氣向爐內(nèi)火道泄漏。漏風(fēng)在加熱段和預(yù)熱段均存在。由于加熱段火道負(fù)壓較小，漏風(fēng)量也較小，爐子稍加密封即可解決。由于預(yù)熱段的負(fù)壓較大，大量的漏風(fēng)發(fā)生在預(yù)熱段。

有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，漏風(fēng)通道主要有三條：火道頂部磚縫、填充焦、觀察孔。研究表明，大量漏風(fēng)從三個方面造成爐子熱耗增加：①漏入冷風(fēng)擠占預(yù)熱空氣參與燃燒的份額，使焙燒后的固體蓄熱回收減少，增加熱耗；②大量的冷風(fēng)需加熱到燃燒時的高溫，最后以排煙溫度排出；③即使通過增大火道運(yùn)行負(fù)壓和增大噴油量對火道溫度分布進(jìn)行調(diào)整，在漏風(fēng)較大時仍無法阻止低溫區(qū)的火道和陽極的溫度降低，造成無法滿足揮發(fā)份燃燒的溫度條件，使揮發(fā)份不能充分燃燒。同時火道負(fù)壓的增大又引起漏風(fēng)的加劇，形成漏風(fēng)--加大負(fù)壓--更大漏風(fēng)的惡性循環(huán)，最終的結(jié)果，增加的熱耗以排煙的形式損失掉。

針對以上分析的漏風(fēng)情況，可采取以下措施予以解決：①爐面采用塑料薄膜覆蓋；②加強(qiáng)爐面孔洞（觀察孔及排煙孔）處的嚴(yán)密性；③采用較細(xì)的填充料覆蓋在填充料的最上層；④盡量采用低負(fù)壓操作等等措施。

1.4 爐體散熱

減少散熱從以下四個方面考慮：①減少散熱面積，使?fàn)t子緊湊、合理；這在爐子設(shè)計(jì)時已經(jīng)考慮；②設(shè)計(jì)時已經(jīng)考慮加強(qiáng)了爐子的保溫；③在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，適當(dāng)降低火道溫度；④采用28小時曲線，縮短焙燒火焰周期。

1.5 自動控制技術(shù)

在原材料質(zhì)量一定的情況下，采用計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)焙燒控制參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)焙燒爐動態(tài)優(yōu)化控制，生產(chǎn)出質(zhì)量均一的優(yōu)質(zhì)陽極，并能降低陽極焙燒能耗。

我公司陽極焙燒控制系統(tǒng)采用分散式控制系統(tǒng)，分現(xiàn)場控制系統(tǒng)和上位機(jī)中央控制系統(tǒng)兩大部分?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)及中央控制系統(tǒng)通過MODBUS網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換（通訊）。分散式控制系統(tǒng)能對焙燒爐每條火道的加熱帶、預(yù)熱帶的溫度及負(fù)壓進(jìn)行精確控制，對某些特殊工況（例如跨接煙道時）可選擇不同的控制模式，不僅能實(shí)現(xiàn)對升溫曲線、負(fù)壓的精確控制，還能對燃料（重油）的油溫、油壓進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓--燃料連鎖、油壓--燃料連鎖、油溫--燃料連鎖等一系列連鎖功能，可充分保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，實(shí)現(xiàn)各種焙燒生產(chǎn)工藝所需的各種報警、設(shè)定值計(jì)算、爐室號識別、管理架子移動及切除、數(shù)據(jù)存儲分析等一系列功能。

由于采用了自動控制技術(shù)，保證了調(diào)節(jié)的適時性，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)同步調(diào)節(jié)，克服了人工調(diào)節(jié)過程中的粗糙性和盲目性等缺點(diǎn)，從而有效降低了焙燒能耗。

2 結(jié)語

（1）降低生產(chǎn)成本，節(jié)約燃料消耗：按國內(nèi)其他廠重油消耗70Kg/噸陽極，新型陽極控制系統(tǒng)僅為51Kg/噸陽極，2101.2MJ/t（重油熱值為41200 kJ/Kg）；年可節(jié)約燃油3135噸，價值1881萬元。

（2）減少有害氣體排放：在節(jié)能降耗的同時減少了瀝青煙排放量。根據(jù)脫硫煙囪監(jiān)測數(shù)據(jù)，瀝青煙排放濃度為7mg/Nm3以下，該項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。