淺談炭素制品焙燒工藝的優(yōu)化

陳明禮

摘 要：隨著改革開(kāi)放的逐步深化，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)獲得了迅速的發(fā)展，由此而引發(fā)的各個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。企業(yè)要想獲得生存和發(fā)展，就必須提高自身實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力。而提高競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑就是降低生產(chǎn)成本，目前，在很多工廠(chǎng)中通常采用優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)的方法。炭素制品的生產(chǎn)需要經(jīng)過(guò)一道非常重要的工序——焙燒，在這一階段需要使用到燃?xì)夂吞畛湮锪?，通過(guò)降低這部分損耗，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，文章對(duì)此進(jìn)行了深入細(xì)致的分析和論述。

關(guān)鍵詞：炭素制品；焙燒；工藝優(yōu)化；節(jié)能減排

工業(yè)的蓬勃發(fā)展，使人們的生活水平獲得很大提高，帶來(lái)了很多的便利，而工業(yè)造成的污染和環(huán)境的破壞卻是不容忽視的問(wèn)題，如何在保障生產(chǎn)的同時(shí)，盡量減少能源的消耗，減少對(duì)環(huán)境的污染，是當(dāng)前人們普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。在炭素制品的生產(chǎn)過(guò)程中，同樣會(huì)產(chǎn)生大量的能源消耗，這其中焙燒流程占有的比例很大，因此降低這一工序的能源消耗，成為降低炭素制品生產(chǎn)整體能耗的關(guān)鍵。目前，針對(duì)焙燒工藝流程開(kāi)展了很多研究，以求通過(guò)對(duì)焙燒流程的改進(jìn)和優(yōu)化，減少對(duì)于空氣質(zhì)量的破壞和環(huán)境的污染，并實(shí)現(xiàn)降低能源消耗的目的。

1 焙燒工藝優(yōu)化的意義

傳統(tǒng)的焙燒爐有著很多缺點(diǎn)，如需要消耗很大的能源、生產(chǎn)過(guò)程損耗較大、所需的生產(chǎn)周期長(zhǎng)，同時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大污染。這是同節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的方向相背離的，同時(shí)與當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的形勢(shì)不相適應(yīng)。因此，對(duì)于焙燒工藝流程進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，成為擺在業(yè)內(nèi)人士面前的一個(gè)重要課題。

2 焙燒工藝的優(yōu)化分析

有蓋式環(huán)式焙燒爐是目前在國(guó)內(nèi)較為普遍使用的焙燒爐。環(huán)式焙燒爐主要由陰極焙燒爐、羅茨真空泵、吸料罐、天車(chē)以及強(qiáng)制冷卻蓋、焙燒爐燃燒控制設(shè)備等組成。陰極炭素產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于焙燒溫度有一定的要求，即焙燒溫度應(yīng)在1250℃以上，制品溫度達(dá)到1200℃。此外，工藝流程并非開(kāi)放式的，而是在封閉式的狀態(tài)下運(yùn)行。可以說(shuō)，陰極焙燒爐既是關(guān)鍵設(shè)備，也是核心設(shè)備，在焙燒流程中，具有非常重要的作用。對(duì)于炭素生產(chǎn)的流程，如破碎、配料、產(chǎn)品成型等，碳素廠(chǎng)會(huì)對(duì)其負(fù)荷率進(jìn)行設(shè)計(jì)，而陰極焙燒爐的實(shí)際負(fù)荷率卻遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)負(fù)荷率。因此，可以通過(guò)使陰極焙燒爐的日常產(chǎn)量提升的方式，來(lái)讓上游輔助生產(chǎn)設(shè)備的潛力得以充分發(fā)揮，由此使陰極焙燒爐的產(chǎn)能也獲得提高。

2.1 增加火井與料箱數(shù)量

焙燒爐的產(chǎn)量和它的裝爐量有著密切的聯(lián)系，因此可以采取相應(yīng)的改進(jìn)措施來(lái)提高焙燒爐的裝爐量。目前，國(guó)內(nèi)的碳素廠(chǎng)使用的陰極焙燒爐普遍有18個(gè)爐室，8個(gè)料箱，負(fù)責(zé)4個(gè)火井的裝料。因此可以采用增加火井和料箱的方法來(lái)提高焙燒爐的產(chǎn)量，其生產(chǎn)流程為在料箱中將填充料和陰極炭塊混合，接下來(lái)將裝有陰極炭塊的料箱一起放置在焙燒爐內(nèi)，進(jìn)而完成焙燒。通過(guò)采取這種方式，焙燒爐的產(chǎn)量可以增加25%，不僅在很大程度上提高了產(chǎn)量，而且因?yàn)楦脑觳⒉粡?fù)雜，所以不需要太多的費(fèi)用，通過(guò)這種設(shè)計(jì)能夠獲得很高的效益。

2.2 改進(jìn)焙燒煙氣輸送方式

增加火井和料箱的改進(jìn)方案效果較為明顯，然而卻存在一個(gè)問(wèn)題，即現(xiàn)有的環(huán)式磚砌煙道不能滿(mǎn)足改進(jìn)后的生產(chǎn)需要。火井和料箱數(shù)量的增加，使得焙燒煙氣的排放量也相應(yīng)增加，對(duì)于煙道的要求也就隨之提高。目前，24米廠(chǎng)房是國(guó)內(nèi)炭素制品廠(chǎng)普遍采用的廠(chǎng)房規(guī)格，其空間不能完成對(duì)于全部設(shè)備的安裝。因此，需要對(duì)目前采用的環(huán)式磚砌煙道進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)火井和料箱數(shù)量的增加。環(huán)式磚砌煙道具有結(jié)構(gòu)較為緊湊的特點(diǎn)，在對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)時(shí)，可以更改煙道的布局方式，即改為鋼制地上式煙道。采用這種方式，煙道的密封性能獲得很大提高，因?yàn)椴捎玫氖堑厣鲜讲季?，還能夠防止由于地勢(shì)低等原因?qū)е碌臒煹蓝氯苊庥晁牍艿?。不僅僅節(jié)省了空間，同時(shí)還獲得了良好的密封性能，更進(jìn)一步降低了煙道的漏風(fēng)系數(shù)。煙道內(nèi)經(jīng)常會(huì)存在一些焦油堆積物，而采用地上式煙道后，只需進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)合適的坡度，焦油堆積物就能夠自行流出。

2.3 料箱的改進(jìn)

目前使用的火井料箱是短料箱，這種料箱具有一定的缺點(diǎn)和局限性。在送入火井焙燒之前的裝填工序中，需要在炭素制品的周?chē)b填填充料，而填充料必然會(huì)占據(jù)料箱內(nèi)炭素制品的空間，極大地限制了裝填炭素制品的數(shù)量。因此，可以對(duì)短料箱加以改進(jìn)和優(yōu)化，即采用長(zhǎng)料箱，這樣一來(lái)雖然仍需要裝入填充料，然而填充炭素制品的空間卻獲得提升。每次能夠放入的炭素制品數(shù)量增加了，焙燒效率自然就提升了，從而使得焙燒爐的產(chǎn)量也得到顯著的提高。

2.4 陰極焙燒爐爐蓋內(nèi)襯材料的選擇

陰極焙燒爐采用有蓋式設(shè)計(jì)，可以更好地實(shí)現(xiàn)焙燒煙氣在爐室的循環(huán)和流通。對(duì)于爐蓋也有一定的要求，即能夠耐高溫，并且遮蓋面積應(yīng)足夠大。傳統(tǒng)的爐蓋通常采用耐火磚作為內(nèi)襯材料，所以爐蓋的重量非常大，達(dá)15噸以上，在進(jìn)行操作時(shí)，就不得不使用大型的起重設(shè)備，而起重設(shè)備的購(gòu)置、維修和管理，必然增加廠(chǎng)房的資本投入和費(fèi)用。為此，需要對(duì)爐蓋的內(nèi)襯材料也進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，選擇輕質(zhì)的耐熱材料作為內(nèi)襯，能夠在很大程度上降低爐蓋的重量，無(wú)需使用大型的起重設(shè)備，僅配備小型天車(chē)就能夠完成對(duì)爐蓋的起吊，降低資金投入的同時(shí)，操作安全系數(shù)也獲得顯著提高。

2.5 填充料吸取方式的優(yōu)化

當(dāng)前炭素制品廠(chǎng)所用吸料罐，一般通過(guò)羅茨真空泵提供吸料室所需抽力，將填充料暫時(shí)吸入吸料罐進(jìn)行存儲(chǔ)。爐室之間的真空管道較長(zhǎng)，管道壓力因此受到損失，同時(shí)由于復(fù)雜的吸料罐結(jié)構(gòu)以及較低的自動(dòng)化控制水平，使得操作繁瑣，工作人員也因此需承受較強(qiáng)的工作壓力。而通過(guò)將羅茨真空泵與吸料罐兩者整合并裝于天車(chē)上，能夠使天車(chē)功能變得多樣化，同時(shí)具有吸料與起吊的雙重作用，此舉能夠有效簡(jiǎn)化操作流程，提高人員工作效率。

2.6 降低炭塊成本

通過(guò)將顆粒較小的殘極顆粒焦炭與煅后焦炭進(jìn)行混合使用，利用殘極焦炭粒度小的特點(diǎn)，與煅后焦炭的粒度形成互補(bǔ)，從而在提高焙燒爐填充料的燃燒密度的同時(shí)，保證焦炭揮發(fā)分能夠得到充分析出并燃燒，最終達(dá)到提高焦炭燃燒效益，降低炭塊使用成本的目標(biāo)。在對(duì)焙燒爐進(jìn)行填充料鋪填時(shí)，需注意殘極焦炭與煅后焦炭的混合比例。在將殘極焦炭粉碎成符合混合標(biāo)準(zhǔn)的炭粒之后，方可與煅后焦炭依據(jù)一定比例混合使用。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)陰極焙燒爐的爐室、吸料方式、爐蓋內(nèi)襯材料、料箱等組成部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高陰極焙燒爐產(chǎn)量、減少企業(yè)資本投入，提升炭素制品廠(chǎng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，焙燒爐填充料在進(jìn)行裝填時(shí)，通過(guò)對(duì)混合比例進(jìn)行嚴(yán)格控制，使得每一層填充料都經(jīng)過(guò)加固、搗實(shí)處理，保證炭塊揮發(fā)分能夠得到充分析出，以此達(dá)到能源高效使用、降低污染排放的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧超.關(guān)于炭素廠(chǎng)陰極焙燒車(chē)間設(shè)計(jì)的探討[J].有色金屬設(shè)計(jì)，2005，32（3）：41-52.

[2]林小峰.如何降低炭素制品生產(chǎn)中的能耗[J].電碳技術(shù)，1982，1：1-10.

[3]林小峰.炭素制品焙燒發(fā)展趨勢(shì)[J].炭素技術(shù)，1990，3：23-27.

[4]武巖鵬，周鐵柱，曹興衛(wèi).碳素制品焙燒工藝的優(yōu)化研究[J].江西有色金屬，2010，2.

[5]李圣華.低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代炭素制品工業(yè)的發(fā)展機(jī)遇[J].炭素技術(shù)，2010，3.

[6]郝建強(qiáng).焦炭的合理貯存和使用對(duì)鋁用炭素制品生產(chǎn)的影響[J].炭素，2002，3.