王 群

(山西華圣鋁業(yè)有限公司, 山西 永濟(jì) 044500)

炭陽極焙燒節(jié)能措施的應(yīng)用

王 群

(山西華圣鋁業(yè)有限公司, 山西 永濟(jì) 044500)

某炭素廠通過天然氣替代重油、增加爐室各部位密封減少漏風(fēng)量，優(yōu)化焙燒曲線，提高焙燒產(chǎn)能，在保證焙燒溫度的條件下低負(fù)壓小風(fēng)量操作，解決了天然氣單耗過高的控制難題，為企業(yè)節(jié)能增效探明了新的技術(shù)路線。

鋁電解; 陽極; 焙燒; 節(jié)能

0 前言

炭陽極作為鋁電解槽的心臟，其質(zhì)量和工作狀況對(duì)鋁電解生產(chǎn)是否正常及電流效率、 電能消耗、產(chǎn)品等級(jí)等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)影響顯著。焙燒是陽極生產(chǎn)中的重要工序之一， 焙燒質(zhì)量的好壞對(duì)預(yù)焙陽極的理化性能指標(biāo)和成品率有著重要的影響，同時(shí)焙燒過程能耗也是整個(gè)陽極生產(chǎn)成本的重要組成部分，焙燒工藝過程是陽極質(zhì)量得以保證的重中之重。 瑞士R&D炭素公司研究指出：焙燒陽極在300～600 ℃釋放揮發(fā)分，這時(shí)焙燒溫度梯度必須小于12 ℃/h，否則陽極會(huì)產(chǎn)生細(xì)微裂縫，影響質(zhì)量。預(yù)熱爐室揮發(fā)分逸出后進(jìn)入火道墻，在適當(dāng)?shù)臏囟认?>750 ℃)才能燃燒，火道墻內(nèi)煙氣溫度可以通過調(diào)節(jié)排煙壓力得到控制使揮發(fā)分得以充分燃燒，降低能耗，減少污染。某企業(yè)焙燒爐經(jīng)過幾年的運(yùn)行后，爐室變形、漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)裝出爐操作提出較高的要求，對(duì)炭塊質(zhì)量、產(chǎn)量產(chǎn)生了較大的影響，無形中亦增加了能耗、降低了焙燒質(zhì)量、增加了維修費(fèi)用。為了解決上述難題，該企業(yè)開展了一系列節(jié)能降耗技術(shù)改造。

1 天然氣替代重油

某企業(yè)焙燒系統(tǒng)燃燒裝置及控制系統(tǒng)為法國(guó)進(jìn)口設(shè)備，自投產(chǎn)以來一直使用重油作為燃料。該設(shè)備在使用過程中的磨損與老化主要表現(xiàn)在排煙架蝶閥電機(jī)和開度電路板易燒、測(cè)壓系統(tǒng)不穩(wěn)定、鼓風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)常堵塞、爐面防爆插座燒損嚴(yán)重、爐室變形下陷、支管伸縮量不夠等，已不能滿足生產(chǎn)需要。天然氣作為一種新型環(huán)保節(jié)能資源，具有使用安全、潔凈等優(yōu)勢(shì)，在同行業(yè)焙燒系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，并且可大幅降低燃料成本，改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

實(shí)施“油”改“氣”主要需完成焙燒爐燃燒及控制系統(tǒng)的燃料更換。保留重油燃燒及控制系統(tǒng)，增加天然氣的燃燒及控制功能，利用重油燃燒及控制系統(tǒng)的部分設(shè)備(排煙架、溫度壓力測(cè)量架、零壓裝置、鼓風(fēng)架、冷卻架等)完成對(duì)焙燒爐的加熱控制，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，重新鋪設(shè)天然氣管路系統(tǒng)。

2 優(yōu)化焙燒曲線

依據(jù)煤瀝青在焙燒過程中發(fā)生的熱解縮聚反應(yīng)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，某企業(yè)對(duì)其焙燒曲線進(jìn)行了優(yōu)化。焙燒曲線采用27～32 h周期升溫曲線，保溫時(shí)間控制在50～57 h。通過優(yōu)化，提升了火道間及火道內(nèi)溫度的均衡性，能夠使煤瀝青揮發(fā)分緩慢均勻揮發(fā)，提高了煤瀝青的殘?zhí)柯?，使得預(yù)焙陽極內(nèi)部氣孔生成均勻、結(jié)構(gòu)致密，有助于提高預(yù)焙陽極的理化性能和成品率；提高高溫燃燒前區(qū)溫度，使煤瀝青揮發(fā)分揮發(fā)位置前移，揮發(fā)分充分燃燒，可提供大量的熱量，進(jìn)而減少了天然氣的使用量；延長(zhǎng)了高溫保溫時(shí)間，有助于提高預(yù)焙陽極內(nèi)部微晶的尺寸并可使內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密化。

3 強(qiáng)化爐室密封

在重油改天然氣試運(yùn)行初期階段，由于系統(tǒng)存在泄漏點(diǎn)，天然氣耗氣量大、單耗高，通過加強(qiáng)對(duì)各泄漏點(diǎn)的密封，以達(dá)到減少氣耗、提高焙燒質(zhì)量的目的。

3.1 選用合適的密封材料

硅酸鋁纖維氈具有低導(dǎo)熱率、低熱容量，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，故所有密封點(diǎn)均使用該材料進(jìn)行密封。

3.2 邊火道的密封

系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，邊火道由于漏風(fēng)嚴(yán)重，火道溫度低于設(shè)定溫度，造成系統(tǒng)溫差較大，炭塊不均質(zhì)。因此，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必須用耐火纖維氈填塞飽滿，填塞完后，槽鋼水平卡放在膨脹縫上。

3.3 各密封點(diǎn)的密封

爐室密封：修復(fù)火道墻、橫墻、火道口及澆筑塊裂紋，邊火道膨脹縫密封、預(yù)熱區(qū)塑料布密封；燃燒系統(tǒng)密封：排煙架支管與爐室連接、冷卻架支管密封、火道蓋密封、燃燒器底座、測(cè)溫測(cè)壓底座密封；凈化系統(tǒng)密封：環(huán)形煙道蝶閥密封、防爆口密封。通過對(duì)以上關(guān)鍵泄漏點(diǎn)的密封，可減少漏風(fēng)量，加強(qiáng)保溫和減少散熱。

3.4 提高裝爐作業(yè)質(zhì)量

天車鋪填充料要鋪設(shè)均勻平整，鋪料厚度嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行操作。炭塊擺放位置要居中，不能出現(xiàn)炭塊倒靠在火道墻上的情況。

3.5 嚴(yán)格執(zhí)行扎料作業(yè)

每個(gè)爐室的頂料必須用專用扎料工具進(jìn)行扎料。頂層填充料需將扎料工具插入1.5 m進(jìn)行扎料，緊密連扎，特別是料箱的四個(gè)角一定要扎實(shí)。扎完料后要平整夯實(shí)料箱四周填充料，使填充料四棱見方，火道墻上的填充料要清掃干凈。

3.6 做好爐室日常維護(hù)工作

爐室漏風(fēng)影響的因素之一是日常維護(hù)工作不到位。為此，將爐室維護(hù)作為重點(diǎn)基礎(chǔ)工作加以要求，尤其是火道墻與橫墻的維護(hù)：裝爐時(shí)爐室底部不允許有雜物；火道墻頂與火道墻壁上必須清理干凈；料箱頂部橫墻膨脹縫、伸縮縫的維護(hù)；火道墻裂開的縫與揮發(fā)縫的填補(bǔ)。

4 低負(fù)壓小風(fēng)量操作

較低的支管負(fù)壓可以為實(shí)現(xiàn)較低的焙燒總負(fù)壓打下良好的基礎(chǔ)。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)以減小風(fēng)量達(dá)到降耗的目的。首先，確保1P(排煙架所處位置)前有密封好的爐室，同時(shí)增設(shè)一排擋風(fēng)板，可以為較低的焙燒負(fù)壓打下良好的基礎(chǔ)；其次，保證各密封點(diǎn)密封，減少冷空氣進(jìn)入火道。

5 應(yīng)用效果

某企業(yè)焙燒系列共分兩個(gè)系統(tǒng)36爐室運(yùn)轉(zhuǎn)，每個(gè)系統(tǒng)有18個(gè)爐室。自投產(chǎn)以來焙燒系統(tǒng)采用重油作為燃料，2011年12月30日開始投入使用天然氣，2012年1月13日全部投入使用天然氣。采用一系列節(jié)能措施，整個(gè)焙燒過程耗氣少，低溫區(qū)及加熱區(qū)火道溫度平穩(wěn)，工藝及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)良好。

5.1 工藝技術(shù)指標(biāo)

5.1.1 支管負(fù)壓降低

某企業(yè)焙燒爐實(shí)施節(jié)能措施后，排煙架正?；鸬篮瓦吇鸬乐Ч茇?fù)壓逐月降低，啟動(dòng)3個(gè)月之后達(dá)到目標(biāo)值，具體控制參數(shù)見表1。

5.1.2 低溫區(qū)溫差減小

某企業(yè)焙燒爐實(shí)施節(jié)能措施后，低溫區(qū)溫差逐月減小，啟動(dòng)3個(gè)月溫差從啟動(dòng)時(shí)的215 ℃減小至102 ℃，啟動(dòng)6個(gè)月溫差減小至60 ℃。具體控制參數(shù)見圖1，表2。

表1 某企業(yè)焙燒爐排煙架支管負(fù)壓控制情況 單位：Pa

表2 某企業(yè)低溫區(qū)溫差控制情況 單位：℃

圖1 焙燒兩系統(tǒng)低溫區(qū)溫差

5.1.3 炭塊溫度穩(wěn)定

某企業(yè)焙燒爐實(shí)施節(jié)能措施后，炭塊溫度在啟動(dòng)6個(gè)月達(dá)到1 051 ℃，達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值。具體控制參數(shù)見表3。

5.1.4 終溫保溫時(shí)間

合適的終溫保溫時(shí)間可以保證焙燒爐內(nèi)溫度的合理分布，進(jìn)而彌補(bǔ)因火道間溫差而導(dǎo)致的預(yù)焙陽極受熱不均的現(xiàn)象，提高了溫度場(chǎng)分布的均衡性，最終提高預(yù)焙陽極受熱的均一性。在制定焙燒曲線時(shí)，應(yīng)該在預(yù)焙陽極質(zhì)量、能耗與保溫時(shí)間中尋找一個(gè)最佳平衡點(diǎn)，實(shí)施節(jié)能措施后，焙燒終溫保溫時(shí)間見表4。

表3 炭塊溫度控制情況 單位：℃

表4 焙燒終溫保溫時(shí)間 單位：h

注：第1至第3個(gè)月焙燒曲線為32 h，第6個(gè)月時(shí)為30 h。

5.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

某企業(yè)炭素焙燒系統(tǒng)應(yīng)用綜合節(jié)能技術(shù)后，焙燒用電量大幅降低，啟動(dòng)后焙燒爐運(yùn)行穩(wěn)定、天然氣消耗、電耗等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)良好。具體經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表5。

表5 某企業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

由表5可以看出，某企業(yè)2013年焙燒天然氣單耗為68.8 m3/t，較2012年下降16.22 m3/t；風(fēng)機(jī)電單耗26.24 kW·h/t，較2012年下降23.23 kW·h/t，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)良好。

6 結(jié)論

(1)建立了通過天然氣替代重油作為焙燒燃料，增加爐室各部位密封減少漏風(fēng)量，優(yōu)化焙燒曲線,低負(fù)壓小風(fēng)量操作，殘極作填充料，以達(dá)到節(jié)能降耗的技術(shù)思路。

(2)通過對(duì)爐體、爐面各細(xì)節(jié)部位密封，提高焙燒產(chǎn)能，保證焙燒溫度的條件下低負(fù)壓小風(fēng)量操作，解決了天然氣單耗過高的控制難題，為企業(yè)提產(chǎn)節(jié)能增效探明新的技術(shù)路線。

(3)穩(wěn)定的生塊體積密度(年平均1.63 g/cm3)，保證了炭塊質(zhì)量穩(wěn)定。

[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):31-33.

[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.

Application of Energy Saving Measures in Carbon Anode Baking

WANG Qun

By taking measure of natural gas instead of heavy oil, increasing all parts sealing of furnace to reduce air leakage, optimizing baking curve, improving baking capacity, ensuring operation under low negative pressure and small airflow in condition of baking temperature, the control difficult problem of natural gas high consumption is solved in the paper. And this paper finds a new technology route of production raising and energy saving for enterprise simultaneously.

aluminum electrolysis; anode; baking; energy saving

2015-02-12

王群(1967—)，男，陜西旬邑人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，山西華圣鋁業(yè)有限公司炭素廠廠長(zhǎng)，負(fù)責(zé)炭素廠全面管理工作。

TF821

A

1008-5122(2015)04-0031-03