焙燒綜合節(jié)能技術的研究及應用

劉建剛

(山西華圣鋁業(yè)有限公司， 山西 永濟 044501)

焙燒綜合節(jié)能技術的研究及應用

劉建剛

(山西華圣鋁業(yè)有限公司， 山西 永濟 044501)

某公司焙燒系統(tǒng)原采用重油作為燃料，運行過程中存在燃料成本高，泄漏治理難度大，爐溫控制不理想等問題，為解決上述問題，該公司開展了焙燒綜合節(jié)能技術研究，實施重油改天然氣、優(yōu)化焙燒升溫曲線、焙燒系統(tǒng)全方位密封、低負壓小風量操作等技術，使天然氣單耗大幅降低，且保證了焙燒爐的穩(wěn)定高效運行，優(yōu)化了各項經(jīng)濟技術指標。

預焙陽極； 焙燒爐； 天然氣； 綜合節(jié)能

0 前言

某公司炭素焙燒系統(tǒng)設計產能6.3萬t/a，采用沈陽鋁鎂設計院設計的36室敞開環(huán)式焙燒爐，每個爐室7個料箱8條火道，每料箱立裝3層，每層7塊；原使用重油作為燃料；采用一臺多功能機組及編、解組站。焙燒爐2003年12月建成，2006年9月點火啟動，至今修理了144條火道，經(jīng)過7年的運行，存在如下問題：火道變形、塌陷嚴重，后期維護、修理費用高；低溫區(qū)溫差大，爐溫控制不理想；使用重油作為燃料，重油水分含量波動大，燃料成本高；使用重油時泄漏治理難度大，現(xiàn)場環(huán)境污染比較嚴重。為了解決上述技術難題，該公司開展了焙燒綜合節(jié)能技術研究，以期達到節(jié)約能源、降低能耗，減少二氧化硫、氮氧化物等污染物排放的目的。

1 焙燒節(jié)能技術研究及應用內容

1.1 重油改天然氣

天然氣作為一種新型環(huán)保節(jié)能資源，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢，可解決重油在使用過程中存在的主要問題，并且可以大幅降低燃料成本，改善現(xiàn)場環(huán)境。 “重油改天然氣”項目符合國家節(jié)能減排的政策要求，天然氣站的建成為項目實施提供了條件。項目改造的主要內容是增設天然氣管線，利用原重油燃燒及控制系統(tǒng)，增加天然氣的燃燒及控制功能，實現(xiàn)了“重油改天然氣”。

重油改天然氣項目主要分為：中控室改造、燃燒架改造和管路系統(tǒng)改造。

1.1.1 中控室改造

保留原有的法國SETARAM重油燃燒控制系統(tǒng)，增加北京華邦天控天然氣燃燒控制系統(tǒng)。

1.1.2 燃燒架改造

在原燃燒架的基礎上，鋪設天然氣管路，增加天然氣的燃燒及控制功能。

1.1.3 管路系統(tǒng)改造

焙燒爐每個爐室設置一套供氣接口，接口處天然氣壓力0.02～0.10 MPa, 焙燒爐最大耗氣量750 m3/h。

1.2 優(yōu)化焙燒升溫曲線

為發(fā)揮焙燒爐最大利用率，提高焙燒產能，尋找最佳焙燒周期顯得尤為重要。在保證焙燒終溫保溫時間的前提下，對焙燒曲線進行優(yōu)化，將焙燒周期由34 h逐步調整為27 h，并在調整至27 h周期時進行了等效溫度測試。焙燒周期和保溫時間的試驗情況見表1。

表1 焙燒周期和保溫時間的試驗情況 單位：h

為測試27 h周期的合理性，由鄭州輕研院對16號爐室7個料箱炭塊進行了等效溫度測試。為測試16號爐室各處等效溫度分布，在7個料箱中通過回收的21個坩鍋測試炭塊的等效焙燒溫度。各料箱等效焙燒溫度分布見圖1，測試結果見表2。

圖1 16號爐各料箱等效溫度分布

表2 等效溫度測試結果 單位：°E

注：等效焙燒溫度并不是炭塊在焙燒爐內達到的實際焙燒溫度，它是焙燒溫度和保溫時間對焙燒效果的綜合反應。例如，1 159°E的含義是炭塊的焙燒效果等效于在1 159 ℃的溫度下保持2 h的效果。

測試結果表明，炭塊各項理化指標穩(wěn)定，返回的殘極規(guī)整，27 h周期可以推廣。

1.3 強化焙燒系統(tǒng)密封

1.3.1 選用合適的密封材料

密封材料采用硅酸鋁纖維氈，硅酸鋁纖維氈具有低導熱率、低熱容量，有良好的絕熱、吸音特性，優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及抗震性。所有密封點使用硅酸鋁纖維氈進行密封。

1.3.2 確保裝爐作業(yè)質量

嚴格控制裝爐作業(yè)質量。炭塊置于料箱中間位置(圖2)，炭塊和火道墻距離大于80 mm，炭塊與橫墻的距離大于300 mm，相鄰炭塊要整齊。料箱底部、層間料、頂部填充料鋪設厚度達到標準要求，填充料粒度均勻，底層料均勻鋪設，炭塊與炭塊層間料厚度一致，爐室頂部填充料鋪設厚度為600 mm，填充料至高出料箱頂部200 mm(圖3)。

圖2 炭塊裝爐

圖3 頂層填充料鋪設

1.3.3 全方位密封焙燒系統(tǒng)

(1)做好爐室維護工作，加強爐室維護質量監(jiān)管，火道墻、橫墻、火道口、澆筑塊裂紋修復。

(2)對爐面燃燒系統(tǒng)的預熱區(qū)1P、2P和排煙架前至少1個爐室使用透明塑料布進行覆蓋密封，并增設一排擋風板，減少冷空氣進入火道，同時也起一定的保溫作用，確保預熱區(qū)揮發(fā)分溢出煙氣能夠完全燃燒。

(3)邊火道密封。系統(tǒng)在運行過程中，邊火道由于漏風嚴重，火道溫度“趕”不上設定溫度，造成系統(tǒng)溫差較大，炭塊不均質。因此，需對邊火道的膨脹縫進行深度密封，邊火道槽鋼下的膨脹縫用硅酸鋁纖維氈填塞飽滿。

圖8 凈化環(huán)形煙道蝶閥密封

(4)對高溫區(qū)的燃燒器底座口和熱電偶口用硅酸鋁纖維氈進行粘貼，減少冷空氣進入火道。燃燒系統(tǒng)密封包括火道蓋密封(圖4)、燃燒器底座密封(圖5)、冷卻架支管密封、排煙架支管與爐室連接處密封、測溫測壓底座密封。

圖4 火道蓋密封

圖5 燃燒器底座密封

(5)對鼓風區(qū)的設施支管口加長延伸至火道口內并用硅酸鋁纖維氈對接口進行填塞(圖6、圖7)，使熱空氣完全鼓入火道，盡量使加熱區(qū)、預熱區(qū)的空氣來自后面的鼓風區(qū)。

圖6 鼓風架支管口加長

圖7 纖維氈密封接口

1.3.4 完善焙燒凈化系統(tǒng)密封和負壓控制

焙燒凈化系統(tǒng)采用電捕- 布袋一體化除塵系統(tǒng)，觀察孔和煙道接口較多，存在很大的漏風量，凈化負壓的波動與大小不易控制，直接影響爐面燃燒系統(tǒng)的燃燒狀況，通過以下方法，來保證爐面的負壓穩(wěn)定和抽風量。

(1)完善凈化系統(tǒng)的密封管理，特別是對煙道蝶閥口的密封，用石棉繩或掛膠帆布進行覆蓋來減少漏風損失(圖8)，確保爐面排煙架的負壓。

(2)對凈化煙道觀察口和溜槽觀察口用石棉繩和帆布進行密封(圖9)，確保負壓穩(wěn)定性，為爐面燃燒系統(tǒng)提供穩(wěn)定的負壓。

圖9 凈化煙道觀察口密封

(3)縮小凈化布袋的打差范圍，許多企業(yè)布袋差壓設定為800～1 400 Pa，在實際運行中布袋震打差壓范圍可增到700～1 500 Pa，這樣勢必導致爐面的出口負壓不穩(wěn)定，偏差在400 Pa以上。該公司負壓控制在800～1 000 Pa，爐面出口負壓較穩(wěn)定。

(4)定期清理排煙架、煙道、電場、風機等凈化設施粘附的焦油和煙灰，對降低凈化風機耗電量、保證爐面負壓起關鍵作用。

1.4 低負壓小風量操作技術控制

為實施低負壓小風量操作技術，需研究焙燒爐負壓控制、爐室全方位密封技術,從而建立均勻的溫度分布熱場,使炭塊內部質量得到有效控制。在1P前保證有2個密封爐室，同時增設一排擋風板；做好爐室維護工作，爐室維護強調“高標準、高質量、早維護”；對各密封點進行密封，減少冷空氣進入火道，降低空氣含氧量；中間火道負壓控制在-70～-120 Pa，邊火道負壓控制在-140～-160 Pa，降低空氣過剩系數(shù)，使揮發(fā)分充分燃燒，提高排煙架火道終溫，各火道溫度接近設定溫度值，火道溫差控制在±50 ℃，各火道內溫度分布均勻。

2 實施效果

通過本項目的實施，該公司焙燒系統(tǒng)經(jīng)濟技術指標改善情況如下：天然氣單耗由實施前的85.2 m3/t降至68 m3/t，位居中鋁第一；凈化風機電單耗由實施前的64 kW·h/t降至49 kW·h/t，降低15 kW·h/t；預焙陽極產量增加15 000 t/a，焙燒產能利用率提高25%；預焙陽極外觀合格率提高1.2%，一級品率提高7.2%，陽極CO2反應性提高3%。

3 經(jīng)濟效益

3.1 直接經(jīng)濟效益

焙燒綜合節(jié)能技術的研究及應用，產生直接經(jīng)濟效益為1 953.9萬元，包括以下幾方面：

(1)重油改天然氣效益。實施前重油單位成本385.14元/t，實施后天然氣單位成本200.26元/t，產生的經(jīng)濟效益為1 162.8萬元。

(2)提產效益。預焙陽極產能增加25%，預焙陽極工人工資及制造費用成本降低119元/t，產生的經(jīng)濟效益為748.4萬元。

(3)風機節(jié)電效益。實施前預焙陽極電單耗為64 kW·h/t，實施后電單耗降至49 kW·h/t，風機節(jié)電產生的經(jīng)濟效益為42.7萬元。

3.2 間接效益

低負壓小風量操作技術的成功應用，可為同行業(yè)同類型企業(yè)降本增效提供技術指導。

應用該技術，提高爐室維護質量，可以使焙燒爐運行平穩(wěn)，爐體壽命得以延長。

天然氣是一種新型環(huán)保節(jié)能資源，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢，替代重油作為燃料，應用低負壓焙燒技術，生產現(xiàn)場環(huán)境得到明顯改善。

4 結論

(1)對焙燒爐室、燃燒系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)實施密封，可有效提高焙燒質量，降低天然氣單耗和凈化風機電耗。

(2)通過嚴格控制支管負壓(邊火道-140～-160 Pa，中間火道-70～-120 Pa)減小風量，來實現(xiàn)降低天然氣消耗的目的。

(3)優(yōu)化焙燒升溫曲線，將焙燒周期由34 h調整至27 h，焙燒產能增加25%。

(4)焙燒綜合節(jié)能技術的應用，使天然氣單耗大幅降低，且保證了焙燒爐的穩(wěn)定高效運行，優(yōu)化了各項經(jīng)濟技術指標。該技術通用性強，綜合節(jié)能效果顯著，可在炭素系列敞開式焙燒爐生產中進行推廣。

[1] 劉潔． PECHINEY陽極焙燒爐結構特點分析[J].炭素技術,2000(1).

[2] 許斌,潘立慧.炭材料用煤瀝青的制備、性能和應用[M]. 武漢: 湖北科學技術出版, 2002.

[3] 姚廣春.冶金炭素材料性能及生產工藝[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992.

ResearchandApplicationofComprehensiveEnergy-savingTechnologiesinRoasting

LIU Jian-gang

A company uses heavy oil as the original fuel in roasting system, which leads to problems such as high fuel costs, hard leakage control and non-ideal temperature control during operation. To solve these problems, the company launches a comprehensive energy-saving technology in the roasting system by implementing technologies of replacing heavy oil to natural gas, optimizing heating curve, sealing roasting system comprehensively, and operating in low vacuum with a small amount of air. Finally the technology significantly reduces the gas consumption, ensures a stable and efficient roasting operation and optimizes all economic and technical indexes.

prebaked anode; roasting furnace; natural gas; comprehensive energy-saving

2014-06-20

劉建剛(1977—)，男，山西永濟人，大學本科，工程師，炭素生產技術協(xié)管，從事炭素專業(yè)技術質量管理工作。

TQ127.1

B

1008-5122(2015)01-0014-04