淺談降低焙燒爐熱能耗的實踐工藝措施

姚智博

（陜西有色榆林新材料集團有限公司陽極分公司，陜西 榆林 719000）

在陽極的整個生產工序中，焙燒工序的成本是最大的[1]。陽極焙燒是在填充料保護下進行高溫熱處理，使煤瀝青炭化的工藝過程[2]。焙燒過程直接決定焙燒陽極的質量，從而影響到電解用陽極的消耗、電流效率、電耗等。通過焙燒，生陽極發(fā)生一系列的物理化學變化，粘接劑瀝青碳化生成的瀝青焦把骨料和粉料結合成為牢固的整體[3]。焙燒過程熱能源消耗大，直接影響企業(yè)的生產成本和經濟效益。

為降低焙燒爐熱能耗，很多預焙陽極生產廠家都在不斷進行探索，但受爐體參數、爐況、工藝參數、人員操作等因素的影響，各生產廠家采取的措施較為多樣，取得的成效也存在較大差異。陜西某公司為降低焙燒爐燃氣能耗，積極探索新工藝、新方法，成功使焙燒過程中的燃氣耗量由81Nm3/t降低到61Nm3/t，其中采取的一些措施，可為同行業(yè)其他生產廠家提供一些借鑒。

1 焙燒爐室熱平衡狀況分析

焙燒爐的裝爐料箱端壁是由實心耐火磚砌成，側壁是由空心耐火磚火道所組成，燃燒在火道內進行，熱量通過磚墻和填充料層在火道和爐室內傳遞。在加熱過程中，由于負壓作用，陽極在焙燒過程中產生的揮發(fā)分被吸入火道內和燃料一同燃燒，揮發(fā)分的燃燒與燃料的燃燒為焙燒過程的主要熱量來源。在冷卻過程中，冷空氣由鼓風機鼓入爐室，帶走炭塊的熱量，同時加熱自身并參與到加熱爐室的燃燒反應中。敞開式焙燒爐如同一個大量空氣流動的熱量交換器，氣體進入系統時是室溫，出來時則是200℃～400℃，從進入到出來的過程中，氣體從剛焙燒完畢的陽極冷卻區(qū)域及爐子的不同熱源處吸收熱量，在燃料燃燒處氣體被加熱到1250℃左右[4]，而燃燒后又把熱量釋放給正處于焙燒過程的生陽極，不斷循環(huán)往復。

在焙燒過程中，其主要熱量來源為天然氣燃燒及自身揮發(fā)分的燃燒，其主要熱量消耗為炭塊加熱，煙氣帶走的熱量及爐室熱量損失等。因此，可通過調整工藝曲線，改良燃控系統運行方式，增加自身揮發(fā)份燃燒，優(yōu)化燃控系統，提高燃氣燃燒效率和減少冷空氣進入等可控措施來降低能耗。

2 改進措施

結合對焙燒爐熱平衡的分析結果，在降低焙燒爐燃氣能耗的過程中，采取了多項措施，以下為分項介紹。

2.1 優(yōu)化燃控系統升溫曲線

公司焙燒車間燃控系統運行采用28h的移爐周期，曲線優(yōu)化前，系統內存在制品在預熱區(qū)的低溫階段升溫慢，溫度低，揮發(fā)份排出后未充分燃燒，被煙氣直接帶走的問題，在排煙架支管和火道墻銜接處有大量的黑色焦油聚集。揮發(fā)份未充分燃燒，相當于造成了系統加熱原料的浪費，同時也造成了炭塊焙燒質量差、煙氣凈化系統負擔加重、凈化外排焦油量大的問題。

針對上述問題，車間在預熱區(qū)增設制品溫度測量監(jiān)控點，對預熱區(qū)制品的升溫情況進行實時監(jiān)控，以實際測量數據為指導，通過對排煙架和燃燒架的升溫曲線進行優(yōu)化調整，制品在預熱區(qū)低溫階段的升溫質量顯著改善，有效解決了揮發(fā)份未充分燃燒的問題，如圖1所示。

圖1 曲線優(yōu)化前后制品在預熱區(qū)低溫階段的升溫對比

曲線優(yōu)化后，排煙架支管與火道孔銜接處再無焦油聚集，凈化電捕焦油器外排焦油的量也大大減少，系統揮發(fā)份的燃燒利用率提升，更多的揮發(fā)份在火道內燃燒，為系統升溫提供更多的熱量來源，有效促進了能耗的降低。優(yōu)化前后的曲線對比如下：

表1 優(yōu)化前的系統升溫曲線

表2 優(yōu)化后的系統升溫曲線

2.2 優(yōu)化轉彎爐室的系統運行方式

車間共有三臺焙燒爐，兩臺54室，一臺36室，每逢焙燒系統進入轉彎爐室時（又稱跨節(jié)煙道或連通煙道），尤其在4P燃燒架剛轉彎時，用氣量開始增加，直到三個燃燒架全部轉彎完成（或更長的時間），期間燃氣的日平均用量相比在直通爐室增加約1200Nm3。且在系統轉彎過程中，揮發(fā)分大量溢出燃燒的區(qū)域滯后嚴重，在邊火道甚至存在揮發(fā)份未溢出燃燒的現象，對應的燃燒架火道需要切換至長噴模式進行人工點火升溫，大量的燃氣進入火道，未能充分燃燒而被直接抽走，造成能源浪費。隨著焙燒時間的延續(xù)，揮發(fā)份排出燃燒的區(qū)域逐漸恢復正常，在揮發(fā)份燃燒和燃氣燃燒的雙重作用下，造成制品溫度升溫速率過快，如圖2所示。

圖2 轉彎爐室制品溫度升溫曲線

面對揮發(fā)分滯后燃燒和燃氣浪費的問題，車間針對這一問題提出相應的解決措施：調整控制程序中的燃燒比，當4P燃燒架轉彎后，將該燃燒架的燃燒比由正常狀態(tài)下的35%調整為70%，即提高燃燒架上游噴氣功率，降低下游噴氣功率（或關閉下游燃氣閥）。這樣一來，減少了下游燃氣不能充分燃燒造成的浪費，同時加快了揮發(fā)分溢出區(qū)域向下游方向移動，為進入直通爐室后的工藝控制奠定了基礎。

為保證轉彎爐室期間的升溫，車間還采取了延后移動排煙架或延長焙燒周期（同時降低4P燃燒架的終溫，降低氣耗量）等措施，均起到不同程度的作用。

2.3 做好爐面密封

焙燒爐做為焙燒生產的主體設備，其結構對于焙燒工藝、產品質量和燃氣耗量等各方面指標有著至關重要的影響。近幾年陸續(xù)投建的新型焙燒爐在爐室結構方面與舊爐存在的較大差別，尤其在爐面結構上，新型焙燒爐火孔采用小孔設計（比燃燒器噴管直徑略大），相比舊爐的大孔設計（一般為三件套）有更好的爐面密封和保溫效果。因此在同樣的燃控設備配置下，新型爐室具有明顯的節(jié)氣優(yōu)勢。

車間的三臺焙燒爐均為大孔設計，爐面火孔蓋兩件套間的縫隙較多，嚴重影響到爐面密封，同時冷空氣進入火道降低了火道溫度，須噴入更多的燃氣來補充。在加上6年多的運行，爐墻變形嚴重，爐墻磚縫變寬，透風率增加，進一步增加了焙燒的調溫難度，惡化了焙燒的升溫情況。為緩解舊爐結構上的缺陷，車間結合現場工況，通過使用耐火棉將爐面觀火孔A、B、D火孔蓋的縫隙和爐面預制塊間縫隙等可能造成負壓損失的都進行密封處理（見圖3），使用耐火泥將C孔火孔蓋的縫隙徹底封堵（見圖4），預熱爐室采用塑料薄膜覆蓋等措施，極大程度的降低了負壓損失，同時降低了風機頻率，降低了電耗，為后期的工藝調整提供了良好的工藝條件。

圖3 耐火棉密封觀火孔蓋

圖4 耐火泥密封觀火孔蓋

2.4 做好調溫管理

系統調溫質量的提升，對于降低天然氣的單耗有較大促進作用，為做好調溫工作，分別從以下幾點進行：

（1）為確保焙燒車間各火焰系統升溫速度，保證火道實際升溫能夠跟上曲線，縮小曲線溫差，避免大功率趕溫，降低氣耗，保證產品質量，車間制定了調溫管理辦法加強爐面調溫管理，通過計分評比和縱向對比的方式落實考核，提高人員積極性。

（2）外聘專家駐廠進行培訓和教學，提高員工專業(yè)素養(yǎng)，使員工轉變觀念：不是靠大功率能提溫，而是根據負壓匹配功率或者調整上下游分配功率，保證人工干預的有效性。

（3）良好的調溫是基于完好的硬件設施和較好的爐面密封，因此加強爐面密封是所有工作的前提，車間隨機對爐面的密封進行抽查，并加大考核力度，有效的保證了爐面的密封效果。

3 結論

結合焙燒爐熱平衡狀況，針對不同的問題關鍵點，制定相應的工藝改進措施，能有效降低焙燒的能耗指標，降低焙燒生產成本。同時工藝改進措施投資小，操作方便，實施簡單，對于提升公司經濟效益有重要的促進作用。