陽(yáng)極焙燒爐節(jié)能降耗幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題研討-

1、CARBON TECHNIQUES炭素技術(shù)2016年第2期第35卷20162Vol.35導(dǎo)語(yǔ):從本期起,將連載刊登羅英濤高工和王平甫教授近兩年在一些企業(yè)作的指導(dǎo)診斷和講學(xué)內(nèi)容。涉及陽(yáng)極焙燒爐工藝中常用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)界定、相應(yīng)的技術(shù)條件范圍;對(duì)各個(gè)爐室在焙燒過(guò)程中的技術(shù)狀況進(jìn)行了匯總和統(tǒng)計(jì)分析;對(duì)煙氣量和送風(fēng)區(qū)問(wèn)題進(jìn)行探討。陽(yáng)極焙燒爐節(jié)能降耗幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題研討羅英濤,王平甫(中鋁鄭州研究院,河南鄭州450041中圖分類號(hào):TQ127.1+1;TF806.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1001-3741(201602-61-06作者簡(jiǎn)介:羅英濤(1968-,男,教授級(jí)高工,從事炭素和電解鋁的科技研發(fā)技術(shù)服務(wù)

2、工作。收稿日期:2015-07-25據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前國(guó)內(nèi)有各種型號(hào)的鋁用陽(yáng)極炭塊焙燒爐200多臺(tái)。焙燒爐投資占炭陽(yáng)極廠投資的一半,焙燒能耗占炭陽(yáng)極生產(chǎn)能耗的60%以上。焙燒爐技術(shù)等級(jí)和裝爐容量不一,大型先進(jìn)的,每臺(tái)焙燒爐3個(gè)燃燒系統(tǒng)以上,一個(gè)爐室有10多個(gè)料箱,每個(gè)料箱裝爐容量200多t ,每臺(tái)爐年產(chǎn)量可達(dá)15萬(wàn)t 以上;小型的有的年產(chǎn)量才12萬(wàn)t 。單位產(chǎn)品天然氣能耗有的在60m 3以下,有的超過(guò)110m 3。焙燒爐爐室尺寸規(guī)格、火道墻結(jié)構(gòu)及厚度和材質(zhì)性能差別很大。焙燒爐破損、火道墻變形和焙燒爐操作難度以及焙燒爐使用壽命差別很大。有的已經(jīng)10年以上還在使用;有的不到六七年,就得大修;有的采

3、用輪番中小修火道墻及試驗(yàn)采用整體火道墻新技術(shù)和新材料來(lái)解決焙燒爐低耗高產(chǎn)和延長(zhǎng)壽命等難題。近年來(lái)焙燒爐自動(dòng)控制技術(shù)、模擬測(cè)試技術(shù)、工藝優(yōu)化技術(shù)、節(jié)能爐具技術(shù)以及焙燒爐爐體結(jié)構(gòu)和材質(zhì)等新技術(shù)進(jìn)展很大,每年都有許多論文和成果發(fā)表1-12。有的企業(yè)還和大專院校結(jié)合開(kāi)展焙燒爐熱場(chǎng)等的模擬測(cè)試。中南大學(xué)周萍博士等研究了陽(yáng)極焙燒試驗(yàn)爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱工分析3;華中科技大學(xué)陳寧、張立麒等進(jìn)行了陽(yáng)極焙燒爐焙燒過(guò)程數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究2,4-5,還有劉朝東的陽(yáng)極焙燒爐焙燒過(guò)程三維數(shù)值模型7,及關(guān)淮等的焙燒爐火道焦油燃燒狀況診斷12等。他們的測(cè)試和研究,有很多創(chuàng)新點(diǎn),對(duì)焙燒爐技術(shù)進(jìn)步有很大促進(jìn)作用。但是,由于焙燒爐十分

4、龐大復(fù)雜,每臺(tái)大型焙燒爐幾乎要用上萬(wàn)噸耐火材料和鋼材等建成,它的長(zhǎng)度近百米,寬度有的超過(guò)50m ,體積幾乎有500010000m 3那么大,內(nèi)有幾百個(gè)可以裝100多塊陽(yáng)極炭塊的料箱和幾百個(gè)寬500mm 左右、深6m 左右、長(zhǎng)610m 并帶有火焰導(dǎo)流和擋墻的火道。焙燒爐使用中,在焙燒每批產(chǎn)品需要連續(xù)高溫操作20多天的一個(gè)周期內(nèi),每個(gè)料箱和火道都要連續(xù)經(jīng)受炭塊裝爐、火道高溫?zé)煔忸A(yù)熱、火道高溫?zé)煔膺B續(xù)加熱、炭塊高溫焙燒;低溫冷卻和炭塊出爐等嚴(yán)峻考驗(yàn)。在這個(gè)過(guò)程中,焙燒爐內(nèi)的每個(gè)料箱和火道以及數(shù)千個(gè)炭塊經(jīng)受內(nèi)外部相互交合的復(fù)雜變化,其中包括溫度和熱場(chǎng)變化、物理化學(xué)變化、物流場(chǎng)和壓力變化等。焙燒爐操作運(yùn)

5、行是多工種連續(xù)作業(yè),不同人員和不同班次控制水平會(huì)有差異。設(shè)備龐雜和控制難度大等造成焙燒工序成為除原料之外影響產(chǎn)品質(zhì)量和能耗以及成本的最大因素。焙燒爐能耗高低和焙燒爐使用壽命差別很大,焙燒爐產(chǎn)品質(zhì)量差別也很大。目前對(duì)許多內(nèi)在的規(guī)律仍缺少深入系統(tǒng)的研究討論。焙燒爐在使用過(guò)程中某些部位某些時(shí)間發(fā)生異?，F(xiàn)象和問(wèn)題,有的似乎“無(wú)法解釋”,有的似乎已經(jīng)司空見(jiàn)慣,有的想深入研究,可是涉及溫度場(chǎng)、物流場(chǎng)、各種材料性能變化數(shù)據(jù);氣流、壓力、內(nèi)在和外部的影響因素比較多,數(shù)據(jù)測(cè)試不全,很難定量下結(jié)論。有的雖然對(duì)焙燒爐焙燒過(guò)程進(jìn)行了比較完整的熱場(chǎng)等測(cè)試,一次連續(xù)測(cè)試20多天,取得各種數(shù)據(jù)超過(guò)一萬(wàn)個(gè),繪制的曲線圖上百個(gè)

6、,但是對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)深入消化,前后左右以及上下游對(duì)照又涉及到很多未知數(shù)。所以對(duì)于焙燒過(guò)程中出現(xiàn)的一些異?，F(xiàn)象和問(wèn)題,全方位深入系統(tǒng)研究和討論很少。這往往涉及炭陽(yáng)極生產(chǎn)工藝、設(shè)備、管理和多專業(yè)的一些深層銜接問(wèn)題。弄清這些現(xiàn)象和問(wèn)題對(duì)于進(jìn)一步改進(jìn)工藝,降低焙燒能耗和進(jìn)一步提高焙燒品質(zhì)量以及延長(zhǎng)焙燒爐壽命等是極為重要的。筆者近年來(lái)嘗試對(duì)陽(yáng)極焙燒爐進(jìn)行深入調(diào)研,第35卷炭素技術(shù)表1某廠焙燒爐各控制點(diǎn)的火道工藝參數(shù)設(shè)定值位置T4(1P4孔 T4(1P4孔 T4(1P4孔 T3(4P3,4孔T3T2(5P3,4孔 T1(6P3,4孔運(yùn)行時(shí)間/h05520202803328028028溫度范圍/26535035

7、053053061087091291210121012113511351135升溫速度/h1712101444.3特別注意調(diào)查了解焙燒過(guò)程中出現(xiàn)的一些與能耗、質(zhì)量、操作控制以及與爐子壽命相關(guān)的一些現(xiàn)象或問(wèn)題,并試圖分析解釋。在分析研究一些炭素廠對(duì)焙燒爐焙燒陽(yáng)極整個(gè)過(guò)程的熱場(chǎng)測(cè)試(各種記錄,成千上萬(wàn)的數(shù)據(jù),成百的焙燒曲線圖并座談研討時(shí),發(fā)現(xiàn)這些未被注意和沒(méi)有深入研究的現(xiàn)象和問(wèn)題值得深入系統(tǒng)研究。經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)核查,反復(fù)對(duì)照和分析研究,認(rèn)為這些難以解釋或者司空見(jiàn)慣的現(xiàn)象或者問(wèn)題,涉及到多個(gè)專業(yè)和工藝設(shè)備與管理的銜接細(xì)化問(wèn)題,可能與焙燒控制正常與否以及焙燒質(zhì)量和能耗等重大經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)改進(jìn)關(guān)系密切

8、。經(jīng)過(guò)對(duì)不同廠不同時(shí)間焙燒爐運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)研和測(cè)試記錄分析,并查閱近年來(lái)發(fā)表的與陽(yáng)極焙燒爐和焙燒工藝有關(guān)的文獻(xiàn)資料等,進(jìn)行對(duì)比研究與計(jì)算,歸納形成此文。這里拋磚引玉,分期予以粗淺扼要介紹,希望引起行業(yè)專家和管理人員更多的關(guān)注并進(jìn)行進(jìn)一步深入測(cè)試研究,以利于陽(yáng)極焙燒爐節(jié)能降耗,優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和延長(zhǎng)壽命。1鋁用陽(yáng)極焙燒爐所用術(shù)語(yǔ)界定和相關(guān)技術(shù)條件范圍研討為了準(zhǔn)確地對(duì)焙燒工藝進(jìn)行技術(shù)討論和比較,筆者將目前缺少統(tǒng)一嚴(yán)格界定的陽(yáng)極焙燒爐相關(guān)技術(shù)操作常用技術(shù)術(shù)語(yǔ)予以界定討論,以免混亂,并討論相應(yīng)的技術(shù)條件范圍。(1焙燒爐初始狀態(tài)參數(shù)這是在鋁用炭素技術(shù)界第一次提出焙燒爐的“初始狀態(tài)參數(shù)”概念。將裝好制品的焙燒爐爐室的火

9、道與焙燒爐總煙道連接,該爐室進(jìn)入焙燒系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)前的狀況火道、料箱和制品進(jìn)入系統(tǒng)的初始溫度狀態(tài)等狀態(tài)參數(shù),火道升溫時(shí)間以零時(shí)記錄。測(cè)量和記錄炭塊、填充料、火道和料箱的初始溫度狀態(tài)等參數(shù)對(duì)于不同火道的焙燒曲線調(diào)整具有很大意義。主要包括:裝爐炭塊的原始狀態(tài),如有的存放已久,受雨淋,受凍,有的剛剛成型出來(lái);本次所用填充料的狀態(tài),有的是剛剛使用過(guò)的保溫料,有的是新加入的材料,有的可能受潮等;本系統(tǒng)所有料箱和火道的初始狀態(tài),有的比較完好,有的破損變形出現(xiàn)較大的裂縫,有的使用含水的耐火泥等材料修補(bǔ)過(guò)等。嚴(yán)格細(xì)致檢查記錄這些初始狀態(tài)參數(shù),建立檔案,并與調(diào)溫工的操作控制和區(qū)別異化管理相結(jié)合,有利于焙燒爐的節(jié)能

10、降耗。(2焙燒爐(室排煙溫度(煙氣溫度焙燒爐排煙架連接處附近爐室火道的煙氣溫度,不經(jīng)過(guò)特別說(shuō)明,焙燒爐(室煙道溫度指與排煙架處火道閘門(mén)相連的爐室末尾一段火道的溫度(焙燒爐的煙道很長(zhǎng),煙道不同位置溫度變化很大。該溫度與排煙架和裝好制品的爐室最初的連接時(shí)間有關(guān)。比如連接初始(該爐室制品剛剛進(jìn)入焙燒系統(tǒng),為系統(tǒng)的第一爐室,排煙溫度低;而經(jīng)過(guò)二十幾個(gè)小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),與排煙架連接末尾的爐室,即拆架前一刻,排煙溫度最高(該爐室在拆架后將成為系統(tǒng)的第二個(gè)爐室,同一位置不同時(shí)間測(cè)量,排煙溫度波動(dòng)100300。所以最好說(shuō)明排煙溫度測(cè)量在移架前后的時(shí)間,以便比較分析。近幾年來(lái),陽(yáng)極焙燒爐的排煙溫度有一定提高,一般為25

11、0800(拆后接入新?tīng)t室大約250以上,拆前大約700以上。各個(gè)火道的煙氣進(jìn)入總煙道后匯合,與排煙架相連的總煙道的煙氣溫度是各個(gè)系統(tǒng)火道煙氣溫度的加權(quán)平均值即總煙道溫度?？偀煹篮荛L(zhǎng),不同位置的溫度有一定差異。(3料箱與火道的上游端或火道上游端(簡(jiǎn)稱上游或上方按照火焰行走方向排序,火焰進(jìn)入料箱的一端為上游端,火焰出料箱的一端為下游端。56m長(zhǎng)的一個(gè)料箱或那么長(zhǎng)的一條火道,同一個(gè)料箱或者同一條火道,上下游端溫度有很大的差異(一般50 100,在定位定量比較分析時(shí)用此術(shù)語(yǔ)。(4火道溫度或者料箱溫度長(zhǎng)56m、深56m的火道,上、下游端以及上中下位置高度不同,溫度有一定差異,其中上下游一般相差50100

12、,在不特別說(shuō)明的時(shí)候,火道溫度指從某一火井(每個(gè)料箱的兩側(cè)兩個(gè)火道,每個(gè)火道各有火道孔36個(gè)測(cè)量的煙氣溫度(當(dāng)有4個(gè)火井時(shí)一般測(cè)量第2或第3火井。為了對(duì)不同的焙燒爐進(jìn)行比較,嚴(yán)謹(jǐn)說(shuō),一般應(yīng)指明是哪一個(gè)火井以及上、中、下高度的溫度。因?yàn)橥换鹁纳喜颗c中部(深度可達(dá)6m左右有時(shí)相差約50。通常陽(yáng)極焙燒爐操作中對(duì)以下4個(gè)點(diǎn)的溫度實(shí)行測(cè)量控制:1在連接排煙架的1P室的下游孔(稱為1或4孔測(cè)煙氣溫度為T(mén)4,該點(diǎn)為低溫控制點(diǎn);在4P室的3或4孔測(cè)溫為T(mén)3;在5P室的3或4孔測(cè)溫為T(mén)2;在6P室的3或4孔測(cè)溫為T(mén)1,以上3點(diǎn)62··第2期為高溫控制點(diǎn)。表1為某廠焙燒爐升溫曲線各控溫點(diǎn)溫

13、度設(shè)定值。同樣,對(duì)于料箱溫度也應(yīng)該說(shuō)明位置。從表1看出,在低溫階段,火道的溫度偏低(這是幾年前測(cè)量的。由于受爐型等的限制,高溫階段升溫比較慢。最近幾年T4孔的溫度高點(diǎn)(最高排煙溫度大多比較高(700以上以利于揮發(fā)分的燃燒。(5焙燒爐低溫階段指從初始狀態(tài)開(kāi)始至焙燒品焙燒到250300以前的溫度階段(制品的表面和內(nèi)部溫度在時(shí)間上滯后2030h。對(duì)于焙燒陽(yáng)極的焙燒爐,時(shí)間在第2080h(不同的焙燒爐和不同的焙燒工藝差別很大,一般多在第3040h或者延遲到第60h結(jié)束。一般位于系統(tǒng)的第二爐室(2P的下游或中、上游端結(jié)束。理想的狀態(tài)是在1P末或2P初結(jié)束。此階段的火道溫度在265800(幾年前為2506

14、10。焙燒爐低溫階段的溫度主要受各種初始狀態(tài)和1P 爐室的負(fù)壓和溫度影響,4P爐室的溫度也有一定影響。移架前后的23h是關(guān)鍵控制時(shí)段,溫度控制范圍一般應(yīng)在350700(移架前700,也有870的。在揮發(fā)分析出區(qū)以及下游附近火道的溫度比較高,有利于保證揮發(fā)分在火道百分之百燃燒。低溫階段制品溫度低于250300(制品表面溫度比較高,主要是瀝青熔化和遷移,所以升溫應(yīng)適當(dāng)?shù)乜?。?是某廠測(cè)試的焙燒爐在低、中、高溫階段的狀況。從表2可以看出,該廠焙燒爐由于制品的初始溫度比較高,焙燒曲線低溫階段提前,揮發(fā)分集中析出和燃燒提前,中溫階段的后期(第6496h火道溫升緩慢。由于焙燒爐室各個(gè)位置的制品、填充料、火

15、道墻等的初始狀態(tài)參數(shù)差異很大,如果操作工沒(méi)有及時(shí)采取差異化管理進(jìn)行調(diào)節(jié),就會(huì)造成不同位置低溫狀態(tài)的時(shí)間差異很大,筆者查閱一些廠的熱工測(cè)試記錄,有的部位在20h結(jié)束,有的部位直到80 h才結(jié)束。許多企業(yè)沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的熱工測(cè)試比較,就會(huì)造成盲點(diǎn),這是引起一些制品質(zhì)量不高的原因之一。(6焙燒爐中溫階段一般指從焙燒品的表面溫度250開(kāi)始到焙燒品溫度達(dá)到650左右的溫度段(不同的焙燒爐和不同的焙燒工藝差別很大。一般在系統(tǒng)的第2爐室(2P起,到3P爐室末或者第4爐室(4P前期結(jié)束,時(shí)間多在第3090h。焙燒爐中溫階段火道的溫度一般在650900。在中溫階段陽(yáng)極炭塊揮發(fā)分大量析出和燃燒,分解和縮聚反應(yīng)同時(shí)進(jìn)

16、行,控制升溫速度適當(dāng)?shù)芈?有利于提高結(jié)焦率和炭塊質(zhì)量。尤其是揮發(fā)分大量析出和燃燒階段(制品在300 400溫度范圍,更要關(guān)注升溫速度和位置。我國(guó)不少炭素廠陽(yáng)極焙燒爐中溫階段揮發(fā)分集中析出時(shí)間往往超前或者滯后,嚴(yán)重影響焙燒曲線的正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量以及能耗。中溫階段的控制主要受低溫階段和高溫階段的影響,通過(guò)低溫階段和高溫區(qū)的控制參數(shù),控制中溫階段揮發(fā)分適當(dāng)緩慢地析出,控制大量析出的位置在中溫階段的中部,即在2P的中后部附近,時(shí)間多在第4060h。對(duì)于揮發(fā)分析出和燃燒的控制,最近由于節(jié)能服務(wù)公司的技術(shù)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)的改進(jìn)等,局面有所改變。表3為某廠焙燒爐各區(qū)、各個(gè)階段溫度測(cè)量等示例和作者歸納的一般制

17、品測(cè)量溫度范圍。由于焙燒爐室各個(gè)位置的制品、填充料、火道墻等的初始狀態(tài)參數(shù)差異很大,如果操作工沒(méi)有及時(shí)采取差異表2某廠測(cè)試的焙燒爐在低、中、高溫階段的狀況表(28h曲線區(qū)段火道溫度陽(yáng)極表面溫度陽(yáng)極中心溫度初始階段,零時(shí)2502004032h,2P初560波動(dòng),平臺(tái)40019064h,3P初820,從860降波動(dòng)65040096h,4P820720600128h,5P1190波動(dòng)1000790160h,6P1180波動(dòng)10801030表3某廠焙燒爐各區(qū)溫度、壓力、時(shí)間、區(qū)域位置示例位置P1 P2 P3末P4末P5末P6末P7 P8時(shí)間/h285684112140168196224區(qū)域預(yù)熱預(yù)熱預(yù)熱

18、加熱加熱加熱內(nèi)部前期在繼續(xù)加熱自然冷卻火道溫度/20050050080080090090011001100120012001000920火道壓力/Pa-(100120-70-60-45-30+5+10陽(yáng)極溫度/小于30070480480720720900900115011501030950950羅英濤,等:陽(yáng)極焙燒爐節(jié)能降耗幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題研討63··第35卷炭素技術(shù)化管理,進(jìn)行調(diào)節(jié),就會(huì)造成不同位置中溫狀態(tài)的時(shí)間差異很大,分析熱工測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),有的在30h就結(jié)束,有的直到90h才結(jié)束。對(duì)此一般沒(méi)有進(jìn)行測(cè)量和對(duì)比分析,造成某些部位中溫階段提前在低溫階段進(jìn)入;某些部位滯后到高溫階

19、段很長(zhǎng)時(shí)間才結(jié)束,這是一些制品質(zhì)量不高的原因之一。(7焙燒爐高溫階段是從焙燒中溫階段結(jié)束開(kāi)始,到火道達(dá)到最高溫度并開(kāi)始保溫的時(shí)間段。有的也把火道高溫恒溫階段計(jì)算在內(nèi)。焙燒爐高溫階段的時(shí)間多在第100 120h,在4P的末期和5P的前期。在同樣的焙燒時(shí)間內(nèi),高溫階段時(shí)間縮短和提前,有利于延長(zhǎng)高溫保溫時(shí)間。在高溫階段制品中心從650左右(制品表面可能800以上上升到制品表面達(dá)到最高溫度或者接近最高溫度,火道溫度一般在9001180。(8焙燒爐火道高溫恒溫保溫階段(簡(jiǎn)稱焙燒爐保溫階段從火道達(dá)到最高溫度后,火道開(kāi)始保持恒定溫度,到火道結(jié)束高溫段(6P結(jié)束停止外供燃料為止,即是整個(gè)火道高溫保溫的時(shí)間段。

20、時(shí)間段一般在100196h,位置在5P初,5P中期起到6P結(jié)束的全部時(shí)間。制品在此階段會(huì)繼續(xù)升溫。此階段結(jié)束時(shí),由于結(jié)束外供燃料,火道停止了升溫,但如果制品沒(méi)有達(dá)到最高溫度時(shí),制品可能繼續(xù)升溫一些時(shí)間。高溫保溫階段一般位于第5第6爐室(5P部分至6P的全部。制品的高溫階段要持續(xù)到停止外供燃料結(jié)束之后的一段時(shí)間(7P?；鸬栏邷睾銣仉A段的時(shí)間等于焙燒升溫保溫(曲線的總時(shí)間(火焰周期乘以6的一半,減去火道由中溫階段結(jié)束升到高溫階段的時(shí)間。顯然,后者是可變的。比如對(duì)于火焰周期32h而言,焙燒曲線總時(shí)間32乘以6等于192h。一半為96h?；鸬烙芍袦仉A段結(jié)束升到高溫階段的時(shí)間不是一成不變的。例如,如果焙

21、燒升溫階段的時(shí)間分別為36,28,40h,則火道恒溫保溫時(shí)間分別為60,68,56 h,可以看出,高溫恒溫時(shí)間相差十幾個(gè)小時(shí)。只有使制品在低溫和中溫階段趕上曲線要求,才能適當(dāng)縮短火道升到高溫階段的時(shí)間,才能適當(dāng)延長(zhǎng)火道高溫恒溫時(shí)間。須知,在同樣焙燒曲線時(shí)間內(nèi),適當(dāng)延長(zhǎng)火道高溫恒溫階段時(shí)間,有利于制品的優(yōu)質(zhì)和低耗。(9火焰周期(時(shí)間焙燒爐焙燒一定時(shí)間,燃燒架(或者排煙架等工作架向火焰上游一個(gè)爐室移動(dòng),兩次移動(dòng)相隔的時(shí)間稱為火焰周期。每移動(dòng)一次燃燒架(或者排煙架,冷卻架,爐室焙燒狀態(tài)循序變化一次。一般2836 h。除了帶制品烘爐之外,陽(yáng)極焙燒的火焰周期很少有超過(guò)44h的。火焰周期越長(zhǎng),焙燒曲線越長(zhǎng)

22、,燃料消耗越高,總產(chǎn)量越低。所以在保證產(chǎn)品質(zhì)量不受影響的情況下,一般不宜延長(zhǎng)火焰周期。表4為陽(yáng)極焙燒爐火焰周期-焙燒曲線對(duì)應(yīng)表。(10焙燒曲線(時(shí)間自陽(yáng)極制品進(jìn)入焙燒系統(tǒng)開(kāi)始預(yù)熱起,陽(yáng)極制品先后接受煙氣余熱、揮發(fā)分燃燒熱加熱(1P3P 階段,到利用燃燒架外供燃料加熱結(jié)束(4P6P階段的總時(shí)間。焙燒曲線(時(shí)間一般等于火焰周期乘以6。它與陽(yáng)極接受加熱的總時(shí)間的差別是外供燃料結(jié)束后,即強(qiáng)制加熱結(jié)束后,由于火道溫度高于料箱內(nèi)制品溫度,制品可能繼續(xù)受熱并升溫一段時(shí)間。這個(gè)階段不長(zhǎng),并且根據(jù)爐子狀況和操作不同,有一定差別。一般焙燒曲線(時(shí)間為168216h,陽(yáng)極加熱時(shí)間比此時(shí)間多10h左右,越多越好。(1

23、1陽(yáng)極焙燒周期(時(shí)間焙燒陽(yáng)極的全部加熱時(shí)間和高溫陽(yáng)極炭塊在爐內(nèi)冷卻以及到炭塊出爐的時(shí)間的總和,即裝好陽(yáng)極炭塊的爐室接入排煙架,陽(yáng)極開(kāi)始接受高溫?zé)煔庖圆煌问絺鳠?開(kāi)始焙燒(也稱預(yù)熱、揮發(fā)分燃燒傳熱、外供燃料強(qiáng)制加熱、強(qiáng)制冷卻、自然冷卻到陽(yáng)極炭塊出爐的總時(shí)間,一般為2225天。(12焙燒爐最高焙燒溫度分火道最高溫度和陽(yáng)極最高溫度2項(xiàng)。一般不特別指明時(shí)為火道的最高溫度。5年以前,陽(yáng)極焙燒爐火道的最高溫度一般在12501300。近幾年由于耐火材料的改進(jìn),爐子保溫好,火道的最高溫度多為11501250。2焙燒過(guò)程中各個(gè)爐室料箱和火道狀況分析在陽(yáng)極炭塊的焙燒過(guò)程中,各個(gè)爐室和火道的狀況差異很大。為了設(shè)定

24、一個(gè)參照系,筆者根據(jù)文獻(xiàn)資料和測(cè)量以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),整理出焙燒過(guò)程中各個(gè)爐室的一般狀態(tài)情況。爐室的自然狀況和操作不一,不一定完全符合理想狀態(tài)。但是對(duì)此狀況記錄并建立檔案,及時(shí)匯總分析,有利于工藝的進(jìn)一步優(yōu)化。(1各個(gè)爐室火道天然氣分配(體積比:6P5P4P=532。具體根據(jù)每個(gè)料箱和火道的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù),做調(diào)節(jié)并納入記錄。(2在加熱爐室火道填充焦燃燒消耗分配(冷卻爐室和機(jī)械損失約15%除外:6P5P4P3P=4321(體積比?？梢愿鶕?jù)情況定期對(duì)一些火道墻破損的料箱做對(duì)比測(cè)量并納入記錄。表4陽(yáng)極焙燒爐火焰周期-焙燒曲線對(duì)應(yīng)表h火焰周期焙燒曲線281683018032192342043621640240

25、4225244264462764828864··第2期(3各個(gè)爐室火道氧氣含量情況,不同的爐室結(jié)構(gòu)和不同的焙燒技術(shù)差別很大。瑞士RDC提供的爐室火道氧氣量變化:1P2P3P4P5P6P=7511131719。我國(guó)各企業(yè)測(cè)量的數(shù)據(jù)有一定差別,但是大體上規(guī)律相同。比如青海鋁廠的一次測(cè)量結(jié)果(平均體積百分比:1P2P3P4P5P6P=12.212.010.17.813.314.6。國(guó)內(nèi)焙燒爐進(jìn)入6P的熱風(fēng)不足與熱風(fēng)溫度低,造成4P,5P,6P火道的氧氣比例低。又因多數(shù)焙燒爐存在低溫階段漏風(fēng),造成低溫爐室火道的氧氣不減反增,浪費(fèi)了能源。(4各個(gè)爐室火道的煙氣量變化,每個(gè)焙燒爐的測(cè)量

26、結(jié)果不一。示例:1P2P3P4P5P6P=25242466240123282218:2061(預(yù)熱空氣。我國(guó)陽(yáng)極炭塊焙燒爐火道和料箱漏風(fēng)一般比較多,所以煙氣量比較大。一般超出2倍左右甚至更多,這也是炭塊焙燒升溫慢、高溫上不去和高溫維持時(shí)間短、能耗高的主要原因。(5各個(gè)爐室析出的揮發(fā)分分配,每個(gè)焙燒爐的測(cè)量結(jié)果不一。示例:3P2P=46。初始溫度高、預(yù)熱階段前期溫度高,揮發(fā)分析出超前,在1P末就有部分揮發(fā)分析出;初始溫度低,預(yù)熱階段溫度低,造成揮發(fā)分析出滯后,到4P 仍有部分揮發(fā)分析出。揮發(fā)分的大量析出時(shí)間最好在2P的中部及其后部。當(dāng)然這和火道漏風(fēng)以及初始狀態(tài)參數(shù)不同有一定關(guān)系。(6各個(gè)爐室火道

27、技術(shù)狀況匯總(均為焙燒每噸炭塊的平均量,比如氣體為每噸產(chǎn)品的立方米,其中溫度、負(fù)壓、燃?xì)庀暮吐╋L(fēng)等情況各個(gè)廠各種焙燒爐基本狀況不一,有一定差異,這里按照每噸產(chǎn)品天然氣消耗100m3考慮,僅是一種參考: 6P爐室(火道高溫恒溫爐室:焙燒加熱的第140(160168(192h,預(yù)熱空氣950以上(2061 m3,我國(guó)多數(shù)陽(yáng)極炭塊焙燒爐預(yù)熱空氣溫度低,總量欠缺;天然氣消耗50m3;進(jìn)風(fēng)106m3(25,應(yīng)為漏風(fēng);填充焦燃燒8kg;火道溫度6P初6P末平均溫度1250(最近有的1180;火道負(fù)壓010Pa;炭塊10501150,炭塊平均溫度1080 1100?；鸬姥鯕夂?5.48%,氮?dú)?7.33

28、%,二氧化碳2.99%,水蒸氣4.20%;煙氣量2218m3。6P爐室和火道的主要反應(yīng)是天然氣與熱風(fēng)混合燃燒和炭塊內(nèi)部結(jié)晶變化,炭塊進(jìn)一步致密炭化。5P爐室(繼續(xù)升到高溫和高溫恒溫爐室:焙燒加熱的第112(128140(160h,天然氣消耗30m3;進(jìn)風(fēng)80m3(溫度25,應(yīng)為漏風(fēng);煙氣中含氧氣12.48%,氮?dú)?6.45%,水蒸氣6.4%;填充焦燃燒6kg;火道溫度11001250(最近稍有降低,有的在5P即進(jìn)入高溫保溫期;火道負(fù)壓15Pa左右;炭塊平均溫度1000;煙氣量2328m3。5P爐室的主要反應(yīng)是天然氣與空氣的混合燃燒和炭塊內(nèi)部結(jié)晶變化,炭塊進(jìn)一步致密炭化。4P爐室(中溫末期以及開(kāi)

29、始升高溫爐室:焙燒加熱的第84(96112(128h,天然氣20m3;進(jìn)風(fēng)53m3;氮?dú)?5.91%,氧氣10.62%,水蒸氣7.76%;填充焦燃燒4kg;火道平均溫度9501150;火道負(fù)壓25Pa左右;炭塊平均溫度850;煙氣量2401 m3。4P到6P的主要反應(yīng)是天然氣燃燒和填充焦的燃燒以及進(jìn)入空氣中的水分蒸發(fā)以及炭塊內(nèi)部的結(jié)晶變化,炭塊進(jìn)一步炭化。3P(中溫爐室:焙燒加熱的第56(6484(96 h,析出揮發(fā)分35m3,進(jìn)風(fēng)26.7m3,氮?dú)?4.76%,氧氣7.17%,水蒸氣10.58%;填充焦燃燒2kg;火道平均溫度800950;火道負(fù)壓45Pa左右;炭塊平均溫度650700;煙氣

30、量2466m3。主要反應(yīng)為炭塊內(nèi)部熱解聚合反應(yīng),析出揮發(fā)分和揮發(fā)分以及碳的燃燒以及水分蒸發(fā)等。其中氫500580開(kāi)始析出,900析出最大。初始溫度低的或者低溫階段升溫特慢的,揮發(fā)分集中析出滯后,在3P的中后期仍會(huì)有大量揮發(fā)分析出。2P(中溫爐室:焙燒加熱的第2856(64h,析出揮發(fā)分52.8m3;氮?dú)?3.08%,氧氣2.29%,水蒸氣14.7%;火道平均溫度650700(610870;火道負(fù)壓80Pa左右;炭塊平均溫度400500,煙氣2524 m3。主要反應(yīng)為水分蒸發(fā),炭塊內(nèi)部熱解聚合反應(yīng)析出揮發(fā)分和揮發(fā)分燃燒。其中甲烷400500開(kāi)始析出,600析出最大。2P的中后期為揮發(fā)分集中析出階

31、段,此時(shí)升溫應(yīng)適當(dāng)緩慢。焙燒爐結(jié)構(gòu),初始參數(shù)不同和工藝操作不同,揮發(fā)分大量析出的時(shí)間往往不同,一般應(yīng)控制在2P的中后期和3P的前期。1P(低溫爐室:焙燒加熱的第028(32h,火道平均溫度500(280750;火道負(fù)壓100Pa左右;炭塊平均溫度150250;煙氣2524m3(一般要高得多。1P爐室的主要反應(yīng)是水分蒸發(fā),炭塊開(kāi)始塑性變化,初始溫度高的或者火道低溫階段升溫特快的,在1P的末期就有部分揮發(fā)分析出,其中焦油在80200就開(kāi)始析出。焙燒爐結(jié)構(gòu)完好和控制優(yōu)化,在1P和2P爐室,很少漏風(fēng),甚至3P爐室也很少漏風(fēng),所以煙氣中的含氧氣量逐步減少。我國(guó)大多數(shù)焙燒爐在1P,2P和3P爐室大量漏風(fēng),

32、所以煙氣量增加很大,這不僅降低了火道溫度,造成揮發(fā)分析出滯后,增加能耗。在焙燒爐一個(gè)系統(tǒng)30多個(gè)爐室?guī)装賯€(gè)料箱和火道的運(yùn)行中,每個(gè)爐室都要經(jīng)過(guò)從1P到6P的過(guò)羅英濤,等:陽(yáng)極焙燒爐節(jié)能降耗幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題研討65··· 66 · 炭 素 技 術(shù) 表5 第 35 卷 我國(guó)部分企業(yè)加熱爐室火道的含氧量測(cè)量結(jié)果 爐室 程 ， 有共性 ， 有 差異 ， 尤其是 邊部 火 道 和 料 箱 ； 焙 燒 爐 端部拐彎處 的 火 道 和 料 箱 以 及 初 始 狀 態(tài) 參 數(shù) 變 化大的火 道和料箱 ， 它 們從 1P 到 6P 過(guò) 程 中 ， 會(huì) 有 很大差異 。 掌握和

33、記錄這些差異 ， 建立檔案 ， 并在每 個(gè)系統(tǒng)結(jié)束時(shí) ， 進(jìn)行總結(jié)分析 ， 實(shí)施差異化管理 ， 有 利于焙燒爐的節(jié)能降耗 。 % 6P 18 20 20 20 1P 5 6 14 14 14 2P 5 5 12 13 5 3P 7 5 10 10 5 4P 9 13 8 8 13 5P 13 15 13 11 15 理論數(shù)據(jù) 瑞士 RD 公司 平果中火道 某企業(yè)中火道 某企業(yè)邊火道 3 3.1 焙燒過(guò)程中 2 個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)研討 煙氣量 煙氣量變化太大是我國(guó)焙燒爐能耗不一的主 焙燒爐 3 大熱源是燃?xì)?、 揮發(fā)分和預(yù)熱空氣 。 鼓風(fēng)機(jī)要低風(fēng)壓大風(fēng)量 。 盡量在加熱爐室不用或少 用漏入的冷風(fēng)

34、， 全部利用預(yù)熱風(fēng) 。 國(guó)外預(yù)熱風(fēng)的溫 度 9001 000 。 在冷卻爐室送入火道的預(yù)熱風(fēng)足 夠時(shí) ， 從 6P 爐 室到 1P 爐室 ， 火 道中煙 氣 中 的 含 氧 量是逐步減少 ； 如果進(jìn)入 6P 爐室火道的預(yù)熱風(fēng)不 足 ， 在 1P 和 3P 爐室的 火道會(huì)大量 進(jìn)冷風(fēng) ， 造 成 煙 氣中的含氧量不減反增 。 表 5 為我國(guó)部分企業(yè)各個(gè) 加熱爐室火道煙氣的含氧量數(shù)據(jù)比較 （ 空氣中氧氣 要原因之一 。 根據(jù)計(jì)算 ， 當(dāng)煙氣中含氧氣比例 2% 3 ， 每噸焙燒產(chǎn)品產(chǎn)生的煙氣量為 2 5003 000 m （ 理論上約為 2 300 m3）。 在總煙道還要進(jìn)入部分空 氣 ， 國(guó)外 4

35、 5005 000 m3， 我國(guó)好的焙燒爐為 4 500 7 000 m3。 國(guó)內(nèi)某廠年產(chǎn) 10 萬(wàn) t， 改進(jìn)后排煙量 5.8 萬(wàn) m3/h ， 折合每噸產(chǎn)品煙量 6 000 m3。 國(guó)內(nèi)焙燒爐排 煙架出口煙氣的氧氣含量達(dá)到 13 ， 把平均每噸產(chǎn) 品上萬(wàn)立方米的空氣加熱到 1 200 ， 消耗掉大量 熱量 。 以下是每噸產(chǎn)品產(chǎn)生的煙氣量計(jì)算 ： 燃料為天然氣 ， 天然氣熱值 8 000 kcal/m , 過(guò)剩 3 3 21% ，氮?dú)?79% ）。 我國(guó)多數(shù)焙燒爐存在進(jìn)入 6P 火道的預(yù)熱空氣 供給 量嚴(yán)重不足 ， 溫度偏低 ， 常 常 發(fā) 生 在 高 溫 加 熱 爐室的火道 “ 搶氧氣 ”

36、， 在預(yù)熱爐室的火道大量吸進(jìn) 冷空氣 ， 造成預(yù)熱和加熱爐室火道溫度上不去 ， 煙 氣量大 ， 能耗高 。 參考文獻(xiàn) ： 空氣系數(shù) 1.1 ， 每噸產(chǎn)品使用天然氣做燃料燃燒產(chǎn) 生的煙氣量 ： 二氧化碳 95.0 m ， 水蒸氣 186.2 m ； 氮 3 3 氣 775.6 m ， 氧氣 18.6 m ， 合計(jì) 1 075.4 m /t 。 3 3 3 重油作燃料 ， 空氣過(guò)剩系數(shù) 1.2, 煙氣量 1 048.7 m3； 發(fā)生爐煤氣作燃料 ， 空氣過(guò)剩系數(shù) 1.12 ， 煙氣量 1 426 m3。 每噸產(chǎn)品揮發(fā)分燃燒的煙氣量 ： 每噸陽(yáng)極產(chǎn)生 揮發(fā)分 76.82 kg （ 按照瀝青配入量 16% ）， 揮發(fā)分燃 燒煙氣量 1 181 m3（ 過(guò)剩空氣系數(shù) 1.15 ）。 每噸產(chǎn)品填充焦燃燒的煙氣量 256.9 m3 （ 過(guò)剩 空氣 20 ）。 使用天然氣作燃料煙氣量總匯 （m3/t ）： 二 氧 化 碳 248.8 （9.