劉建剛

(山西華圣鋁業(yè)有限公司， 山西 永濟(jì) 044501)

焙燒綜合節(jié)能技術(shù)的研究及應(yīng)用

劉建剛

(山西華圣鋁業(yè)有限公司， 山西 永濟(jì) 044501)

某公司焙燒系統(tǒng)原采用重油作為燃料，運(yùn)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(shù)研究，實(shí)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(fù)壓小風(fēng)量操作等技術(shù)，使天然氣單耗大幅降低，且保證了焙燒爐的穩(wěn)定高效運(yùn)行，優(yōu)化了各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

預(yù)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(shè)計(jì)產(chǎn)能6.3萬t/a，采用沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的36室敞開環(huán)式焙燒爐，每個(gè)爐室7個(gè)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(tái)多功能機(jī)組及編、解組站。焙燒爐2003年12月建成，2006年9月點(diǎn)火啟動(dòng)，至今修理了144條火道，經(jīng)過7年的運(yùn)行，存在如下問題：火道變形、塌陷嚴(yán)重，后期維護(hù)、修理費(fèi)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(dòng)大，燃料成本高；使用重油時(shí)泄漏治理難度大，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染比較嚴(yán)重。為了解決上述技術(shù)難題，該公司開展了焙燒綜合節(jié)能技術(shù)研究，以期達(dá)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(shù)研究及應(yīng)用內(nèi)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(shì)，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(chǎng)環(huán)境。 “重油改天然氣”項(xiàng)目符合國(guó)家節(jié)能減排的政策要求，天然氣站的建成為項(xiàng)目實(shí)施提供了條件。項(xiàng)目改造的主要內(nèi)容是增設(shè)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(shí)現(xiàn)了“重油改天然氣”。

重油改天然氣項(xiàng)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(guó)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(chǔ)上，鋪設(shè)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(gè)爐室設(shè)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(chǎn)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(shí)間的前提下，對(duì)焙燒曲線進(jìn)行優(yōu)化，將焙燒周期由34 h逐步調(diào)整為27 h，并在調(diào)整至27 h周期時(shí)進(jìn)行了等效溫度測(cè)試。焙燒周期和保溫時(shí)間的試驗(yàn)情況見表1。

表1 焙燒周期和保溫時(shí)間的試驗(yàn)情況 單位：h

為測(cè)試27 h周期的合理性，由鄭州輕研院對(duì)16號(hào)爐室7個(gè)料箱炭塊進(jìn)行了等效溫度測(cè)試。為測(cè)試16號(hào)爐室各處等效溫度分布，在7個(gè)料箱中通過回收的21個(gè)坩鍋測(cè)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(cè)試結(jié)果見表2。

圖1 16號(hào)爐各料箱等效溫度分布

表2 等效溫度測(cè)試結(jié)果 單位：°E

注：等效焙燒溫度并不是炭塊在焙燒爐內(nèi)達(dá)到的實(shí)際焙燒溫度，它是焙燒溫度和保溫時(shí)間對(duì)焙燒效果的綜合反應(yīng)。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(cè)試結(jié)果表明，炭塊各項(xiàng)理化指標(biāo)穩(wěn)定，返回的殘極規(guī)整，27 h周期可以推廣。

1.3 強(qiáng)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(dǎo)熱率、低熱容量，有良好的絕熱、吸音特性，優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及抗震性。所有密封點(diǎn)使用硅酸鋁纖維氈進(jìn)行密封。

1.3.2 確保裝爐作業(yè)質(zhì)量

嚴(yán)格控制裝爐作業(yè)質(zhì)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(shè)厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，填充料粒度均勻，底層料均勻鋪設(shè)，炭塊與炭塊層間料厚度一致，爐室頂部填充料鋪設(shè)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(shè)

1.3.3 全方位密封焙燒系統(tǒng)

(1)做好爐室維護(hù)工作，加強(qiáng)爐室維護(hù)質(zhì)量監(jiān)管，火道墻、橫墻、火道口、澆筑塊裂紋修復(fù)。

(2)對(duì)爐面燃燒系統(tǒng)的預(yù)熱區(qū)1P、2P和排煙架前至少1個(gè)爐室使用透明塑料布進(jìn)行覆蓋密封，并增設(shè)一排擋風(fēng)板，減少冷空氣進(jìn)入火道，同時(shí)也起一定的保溫作用，確保預(yù)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(yùn)行過程中，邊火道由于漏風(fēng)嚴(yán)重，火道溫度“趕”不上設(shè)定溫度，造成系統(tǒng)溫差較大，炭塊不均質(zhì)。因此，需對(duì)邊火道的膨脹縫進(jìn)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(duì)高溫區(qū)的燃燒器底座口和熱電偶口用硅酸鋁纖維氈進(jìn)行粘貼，減少冷空氣進(jìn)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(cè)溫測(cè)壓底座密封。

圖4 火道蓋密封

圖5 燃燒器底座密封

(5)對(duì)鼓風(fēng)區(qū)的設(shè)施支管口加長(zhǎng)延伸至火道口內(nèi)并用硅酸鋁纖維氈對(duì)接口進(jìn)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(yù)熱區(qū)的空氣來自后面的鼓風(fēng)區(qū)。

圖6 鼓風(fēng)架支管口加長(zhǎng)

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(fù)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(fēng)量，凈化負(fù)壓的波動(dòng)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(fù)壓穩(wěn)定和抽風(fēng)量。

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

(2)對(duì)凈化煙道觀察口和溜槽觀察口用石棉繩和帆布進(jìn)行密封(圖9)，確保負(fù)壓穩(wěn)定性，為爐面燃燒系統(tǒng)提供穩(wěn)定的負(fù)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(shè)定為800～1 400 Pa，在實(shí)際運(yùn)行中布袋震打差壓范圍可增到700～1 500 Pa，這樣勢(shì)必導(dǎo)致爐面的出口負(fù)壓不穩(wěn)定，偏差在400 Pa以上。該公司負(fù)壓控制在800～1 000 Pa，爐面出口負(fù)壓較穩(wěn)定。

(4)定期清理排煙架、煙道、電場(chǎng)、風(fēng)機(jī)等凈化設(shè)施粘附的焦油和煙灰，對(duì)降低凈化風(fēng)機(jī)耗電量、保證爐面負(fù)壓起關(guān)鍵作用。

1.4 低負(fù)壓小風(fēng)量操作技術(shù)控制

為實(shí)施低負(fù)壓小風(fēng)量操作技術(shù)，需研究焙燒爐負(fù)壓控制、爐室全方位密封技術(shù),從而建立均勻的溫度分布熱場(chǎng),使炭塊內(nèi)部質(zhì)量得到有效控制。在1P前保證有2個(gè)密封爐室，同時(shí)增設(shè)一排擋風(fēng)板；做好爐室維護(hù)工作，爐室維護(hù)強(qiáng)調(diào)“高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、早維護(hù)”；對(duì)各密封點(diǎn)進(jìn)行密封，減少冷空氣進(jìn)入火道，降低空氣含氧量；中間火道負(fù)壓控制在-70～-120 Pa，邊火道負(fù)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(shè)定溫度值，火道溫差控制在±50 ℃，各火道內(nèi)溫度分布均勻。

2 實(shí)施效果

通過本項(xiàng)目的實(shí)施，該公司焙燒系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)改善情況如下：天然氣單耗由實(shí)施前的85.2 m3/t降至68 m3/t，位居中鋁第一；凈化風(fēng)機(jī)電單耗由實(shí)施前的64 kW·h/t降至49 kW·h/t，降低15 kW·h/t；預(yù)焙陽極產(chǎn)量增加15 000 t/a，焙燒產(chǎn)能利用率提高25%；預(yù)焙陽極外觀合格率提高1.2%，一級(jí)品率提高7.2%，陽極CO2反應(yīng)性提高3%。

3 經(jīng)濟(jì)效益

3.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

焙燒綜合節(jié)能技術(shù)的研究及應(yīng)用，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)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(shí)施前重油單位成本385.14元/t，實(shí)施后天然氣單位成本200.26元/t，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為1 162.8萬元。

(2)提產(chǎn)效益。預(yù)焙陽極產(chǎn)能增加25%，預(yù)焙陽極工人工資及制造費(fèi)用成本降低119元/t，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為748.4萬元。

(3)風(fēng)機(jī)節(jié)電效益。實(shí)施前預(yù)焙陽極電單耗為64 kW·h/t，實(shí)施后電單耗降至49 kW·h/t，風(fēng)機(jī)節(jié)電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為42.7萬元。

3.2 間接效益

低負(fù)壓小風(fēng)量操作技術(shù)的成功應(yīng)用，可為同行業(yè)同類型企業(yè)降本增效提供技術(shù)指導(dǎo)。

應(yīng)用該技術(shù)，提高爐室維護(hù)質(zhì)量，可以使焙燒爐運(yùn)行平穩(wěn)，爐體壽命得以延長(zhǎng)。

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(shì)，替代重油作為燃料，應(yīng)用低負(fù)壓焙燒技術(shù)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得到明顯改善。

4 結(jié)論

(1)對(duì)焙燒爐室、燃燒系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)實(shí)施密封，可有效提高焙燒質(zhì)量，降低天然氣單耗和凈化風(fēng)機(jī)電耗。

(2)通過嚴(yán)格控制支管負(fù)壓(邊火道-140～-160 Pa，中間火道-70～-120 Pa)減小風(fēng)量，來實(shí)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(diào)整至27 h，焙燒產(chǎn)能增加25%。

(4)焙燒綜合節(jié)能技術(shù)的應(yīng)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(yùn)行，優(yōu)化了各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。該技術(shù)通用性強(qiáng)，綜合節(jié)能效果顯著，可在炭素系列敞開式焙燒爐生產(chǎn)中進(jìn)行推廣。

[1] 劉潔． PECHINEY陽極焙燒爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析[J].炭素技術(shù),2000(1).

[2] 許斌,潘立慧.炭材料用煤瀝青的制備、性能和應(yīng)用[M]. 武漢: 湖北科學(xué)技術(shù)出版, 2002.

[3] 姚廣春.冶金炭素材料性能及生產(chǎn)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(jì)人，大學(xué)本科，工程師，炭素生產(chǎn)技術(shù)協(xié)管，從事炭素專業(yè)技術(shù)質(zhì)量管理工作。

TQ127.1

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1008-5122(2015)01-0014-04