論焙燒爐7室運行對天然氣消耗的影響

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）

焙燒爐炭塊焙燒過程使用天然氣作為燃料，其消耗量的高低對焙燒生產(chǎn)成本的影響較大。近年來，降低焙燒天然氣單耗成為焙燒爐生產(chǎn)管控的熱點項目，國內(nèi)各炭素廠焙燒車間均采取多種措施，積極探尋節(jié)氣方式，降本增效。陜西某公司陽極焙燒車間也在為降低焙燒天然氣消耗，開展技改科技攻關項目，并取得了一定成果，為使成果擴大化，車間通過對同行業(yè)外單位的考察論證，并仔細研究火焰系統(tǒng)的焙燒過程，在車間3號廠房進行了燃控系統(tǒng)7室運行實驗。經(jīng)實驗，7室運行的系統(tǒng)天然氣消耗，對比6室運行又有減少，取得了較好的經(jīng)濟效益。

1 7室運行模式簡介

傳統(tǒng)6室運行爐室分為3個預熱區(qū)爐室和3個加熱區(qū)爐室，7室運行是將預熱區(qū)爐室數(shù)量由3個增加至4個，加熱區(qū)爐室數(shù)量保持3個不變。7室運行示意圖如圖1所示，圖1中1P、2P、3P、4P分別為預熱區(qū)爐室，5P、6P、7P分別為加熱熱爐室。

圖1 7室運行示意圖

2 7室運行模式對降低天然氣消耗工作的幫助

2.1 提前預熱炭塊，烘干炭塊水分

成型生產(chǎn)的生陽極進入堆垛庫前，需要進行一次過水冷卻，冷卻后的生陽極在堆垛庫內(nèi)存放16 h以上方可允許焙燒裝爐使用。生陽極在堆垛庫存放其中一個目的是為了晾干其中的水分，但受外部氣溫及碼垛方式的影響，水分揮發(fā)不徹底，滯留在生陽極內(nèi)部。當生陽極被裝入爐室進入焙燒過程后，在預熱前期（1P爐室位置），需要吸收熱量來排出這些水分。傳統(tǒng)6室運行模式，1P爐室位置炭塊升溫需遵循“兩頭快”的原則，需加快升溫速率，現(xiàn)因炭塊吸熱排水，造成了部分熱量損失，導致炭塊焙燒前期升溫速率變慢。7室運行較6室多一個預熱爐室，在1P爐室位置可利用煙氣余熱對炭塊進行預熱排水，通過合理控制揮發(fā)份排放位置，進而控制1P爐室溫度，在炭塊排水階段控制制品溫度在80℃以下，避免炭塊提前軟化，之后提升升溫速率，使炭塊進入正常焙燒階段。

結合實驗焙燒爐爐況，摸索制定滿足系統(tǒng)工藝控制的排煙架升溫情況，及對應的負壓控制值大小，7室運行排煙架升溫情況如表1所示。

表1 7室運行排煙架升溫情況

2.2 延長預熱區(qū)炭塊升溫時間，減緩揮發(fā)份排放速率

7室運行因多一個預熱爐室的緣故，炭塊在經(jīng)過1P爐室的排水、軟化階段升溫過渡后，可更早進入揮發(fā)份排放階段。較6室運行相比，揮發(fā)份排出段升溫時間更長，升溫速率變慢，揮發(fā)份排出放緩，更加契合炭塊升溫“中間慢”的原則。

另陜西有色榆林新材料集團有限公司陽極分公司焙燒車間出爐炭塊之前常出現(xiàn)粘料嚴重的問題，因粘料嚴重導致炭塊難清理，部分炭塊由于清理不干凈而被判廢，造成車間產(chǎn)品合格率下降。經(jīng)分析，黏料原因之一，可能是因炭塊升溫速率較塊，一定時間內(nèi)揮發(fā)份排出量較多，揮發(fā)份排出后未及時進入火道而滯留在料箱內(nèi)，經(jīng)高溫直接燒結后導致填充料黏結在炭塊表面。7室運行具有揮發(fā)份排出放緩的特點，可在一定程度上緩解炭塊黏料問題，有利于提高車間產(chǎn)品合格率，在進行天然氣單耗核算時，有助于單耗值的降低。

2.3 提高預熱區(qū)炭塊制品溫度，降低燃燒架升溫壓力

炭塊升溫所需熱量是通過火道—填充料—炭塊間接傳導的，其吸熱是一個緩慢的過程，熱量傳導存在一定限值。7室運行的預熱區(qū)炭塊升溫時間較長，揮發(fā)份排放速度較緩，揮發(fā)份燃燒產(chǎn)生的熱量可更多的傳遞到炭塊，提升預熱區(qū)炭塊的制品溫度。對比車間實驗爐室6室運行和7室運行的同爐室預熱區(qū)制品終溫如圖3所示。

圖3 6室運行和7室運行預熱區(qū)制品終溫對比

從圖3對比可看出，7室運行的預熱區(qū)制品終溫較6室運行的要高，且相對穩(wěn)定。7室運行的揮發(fā)分燃燒熱利用率更高，有助于減少高溫區(qū)域燃燒架的升溫壓力，火道溫度更容易達到曲線目標溫度，燃燒架天然氣功率可相對維持在一個較低的功率上，達到減少天然氣消耗的目的。

2.4 提高轉彎爐室的焙燒質量，降低轉彎期間的天然氣消耗

火焰系統(tǒng)轉彎期間的耗氣量是最大的，其工藝控制難度也大。以往6室運行時，轉彎期間時常會出現(xiàn)系統(tǒng)既耗氣，炭塊焙燒質量也差的問題。運行7室后，利用預熱爐室多的特點，在轉彎之前，適當提高排煙架溫度，控制揮發(fā)份使其超前，如此在系統(tǒng)轉彎期間，可一定程度上抵消因轉彎造成的揮發(fā)份滯后的問題，轉彎后的第一個爐室的升溫效果較6室要好。此外在結合轉彎后第一個爐室的升溫情況，制定轉彎曲線，緩解燃燒架升溫壓力，改善燃燒架長時間大功率噴氣趕溫的問題。對比6室運行與7室運行單系統(tǒng)轉彎期間的單班天然氣消耗量如圖4所示。

圖4 6室運行和7室運行轉彎期間天然氣耗量對比

從圖4對比可看出，6室運行下，在系統(tǒng)轉彎后期，即5P、6P燃燒架位置，天然氣耗量大，原因是前期揮發(fā)份滯后嚴重，在燃燒架加入升溫后，加速了揮發(fā)份的外排，揮發(fā)份燃燒產(chǎn)生的熱量未能傳導給炭塊，炭塊溫度低，到后期只能通過天然氣來升溫，造成天然氣用氣量大。7室運行的系統(tǒng)轉彎期間揮發(fā)份外排情況較6室改善明顯，揮發(fā)份燃燒熱利用率高，火道升溫平穩(wěn)，其天然氣耗量也較穩(wěn)定。

經(jīng)統(tǒng)計計算，7室運行時轉彎期間的單班平均天然氣消耗量較6室運行減少約450 m3，每月僅在系統(tǒng)轉彎期間，即可節(jié)省天然氣約5 500 m3。加上直行爐室時的天然氣減少量，每月可節(jié)約天然氣約12000m3，節(jié)約成本約24 000元/月。

3 結語

與6室運行相比，7室運行可充分利用預熱區(qū)揮發(fā)份的排放燃燒，改善預熱區(qū)的炭塊升溫質量，為后期燃燒架的升溫創(chuàng)造良好的前提條件，最終達到降低焙燒天然氣消耗的目的。同時7室運行也因其預熱爐室較多，排煙架終溫控制相對較低，可大大提升系統(tǒng)運行的安全性，降低系統(tǒng)火焰隱患，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。