牛保山 潘存翔

（新疆天龍礦業(yè)股份有限公司 阜康 831508）

目前天龍礦業(yè)股份有限公司炭素廠煅燒車間配置4臺32罐罐式爐，罐式爐設(shè)計產(chǎn)能為80kg/h.罐，但由于種種原因，產(chǎn)能一直相對偏低，平均產(chǎn)能在75 kg/h/罐左右，甚至有時只有70kg/h/罐，造成罐式爐產(chǎn)能低于生陽極生產(chǎn)的需求量，在煅燒焦成本相對較高的情況下，導(dǎo)致生產(chǎn)成本一定程度的增加。因此，公司成立攻關(guān)小組，針對罐式爐產(chǎn)能、調(diào)溫操作進(jìn)行評估、優(yōu)化，實現(xiàn)產(chǎn)能的提升。

1 運行狀況評估

1.1 石油焦原料狀況

圖1為煅前石油焦揮發(fā)分和硫份的分布狀況，石油焦揮發(fā)分含量波動比較大，硫含量相對比較穩(wěn)定，因此對于煅燒工藝來說，在揮發(fā)分波動較大的情況下，將直接影響火道內(nèi)的溫度水平，需采取一定的混配方法或新建混配設(shè)施，保持揮發(fā)分的穩(wěn)定性。

同時對于原料質(zhì)量的控制來說，至關(guān)重要的原料中的微量元素水平，這將直接影響陽極的灰分以及反應(yīng)性指標(biāo)，公司需增加對入廠原料微量元素的檢測手段，更好地控制原料的質(zhì)量，以為陽極生產(chǎn)及質(zhì)量的穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)。

1.2 車間運行狀況測試

1.2.1 車間系統(tǒng)狀況

圖2為現(xiàn)有煅燒排煙系統(tǒng)管路布置圖，圖中分為主排系統(tǒng)和副排系統(tǒng)，其中1、2號爐接余熱熱媒，3、4號爐接余熱蒸汽鍋爐，該系統(tǒng)存在以下幾個問題：

（1）1、2號爐負(fù)壓嚴(yán)重不足，導(dǎo)致兩臺罐式爐的產(chǎn)能嚴(yán)重偏低；

（2）1號爐采用副排直排，將導(dǎo)致總排煙溫度偏高，影響系統(tǒng)負(fù)壓及脫硫系統(tǒng)運行；

（3）煙氣中氧含量偏高，需加強(qiáng)管道系統(tǒng)密封。

圖2 煅燒車間煙氣管路系統(tǒng)配置圖

1.2.21、2號罐式爐運行狀況

通過對1號和2號罐式爐系統(tǒng)進(jìn)行測試，從測試數(shù)據(jù)看，主要存在以下問題：

（1）熱媒鍋爐煙氣壓損大，達(dá)到2800～3000Pa。

（2）熱媒鍋爐煙氣進(jìn)出口溫差達(dá)到400～600℃，但熱媒油溫度偏低。

圖1 煅前石油焦揮發(fā)分和硫份分布狀況

（3）導(dǎo)熱油進(jìn)出口溫差15～20℃，導(dǎo)熱油溫度偏低。

1.2.33、4號罐式爐運行狀況

通過對3號和4號罐式爐系統(tǒng)進(jìn)行測試，從測試數(shù)據(jù)看，主要存在以下問題：

（1）余熱鍋爐壓損僅300～500Pa，遠(yuǎn)低于余熱熱媒鍋爐的壓損。

（2）鍋爐入口溫度低，僅在600～650℃之間，從罐式爐到鍋爐之間漏風(fēng)較大。

（3）蒸汽壓力偏低，只有0.2MPa，鍋爐熱效率低。

1.2.4 罐式爐產(chǎn)能狀況

車間目前配置4臺32罐罐式爐，從產(chǎn)能狀況來看，調(diào)產(chǎn)優(yōu)化前車間4臺罐式爐的產(chǎn)能情況如下：

（1）1#爐排料頻率11.5HZ，排料量75kg/h.罐；

（2）2#爐排料頻率10.5HZ，排料量68kg/h.罐；

（3）3#爐排料頻率11.5HZ，排料量78kg/h.罐；

（4）4#爐排料頻率12HZ，排料量78kg/h.罐。

該罐式爐的料罐長度為1660mm，設(shè)計產(chǎn)能為80kg/h.罐，因此，車間明顯沒有達(dá)到設(shè)計產(chǎn)能，有比較大的提產(chǎn)空間。

2 提產(chǎn)操作方案

為了實現(xiàn)罐式爐的提產(chǎn)，采用沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司開發(fā)的低溫煅燒工藝和操作方法，實現(xiàn)對差能的提升[1,2]。

2.1 低溫煅燒工藝

所謂低溫煅燒，是指在保證煅燒焦真密度、比電阻等理化性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過罐式爐爐體結(jié)構(gòu)及煅燒工藝控制等優(yōu)化手段，有效控制罐式爐各層火道的溫度分布低于傳統(tǒng)罐式爐100～150℃左右，進(jìn)而降低物料最高煅燒溫度。低溫煅燒技術(shù)可降低揮發(fā)份在料罐內(nèi)溢出速率和硫份逸出率，降低碳質(zhì)燒損率，提高單罐產(chǎn)量，增強(qiáng)罐式爐對高硫焦的適應(yīng)性，延長使用爐體壽命。

用于預(yù)焙陽極生產(chǎn)用煅燒石油焦的性能指標(biāo)決定于煅燒焦的抗氧化能力及其抗侵蝕能力，從微觀角度出發(fā)，煅燒焦的主要理化性能指標(biāo)由煅燒焦晶粒尺寸Lc的大小來反映，圖3為無定形碳隨著熱處理溫度增加向石墨有序結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化示意，從中能發(fā)現(xiàn)煅燒石油焦晶粒尺寸Lc控制范圍在20-40?之間。通常用于預(yù)焙陽極生產(chǎn)煅燒焦的晶粒尺寸范圍在25.3?≤Lc≤32.7?之間，最近，加鋁科學(xué)研究表明晶粒尺寸控制在27?≤Lc≤30?的煅燒石油焦更適用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鋁電解用陽極制品，當(dāng)Lc過大時，煅燒焦與瀝青焦炭之間的反應(yīng)性差異增大，致使陽極中起到粘結(jié)作用的瀝青焦優(yōu)先反應(yīng)，導(dǎo)致陽極掉渣現(xiàn)象嚴(yán)重，這種過煅燒現(xiàn)象造成的晶粒尺寸增大對預(yù)焙陽極質(zhì)量有較大的負(fù)面影響。

圖3 隨著熱處理溫度增加向石墨結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變示意

2.2 煅后焦質(zhì)量控制

從圖4中可以看出，隨著煅燒溫度從1050℃增加到1250℃，煅燒焦真密度逐步增大，煅燒溫度達(dá)到1200℃時，煅燒焦真密度為2.06g/cm3，滿足現(xiàn)行有色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T625-2012對煅燒焦真密度一級品的要求。

而在實際罐式爐石油焦煅燒生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)煅燒石油焦真密度≥2.09g/cm3，而煅燒焦粉末比電阻≤430μΩ.m的狀況，反而影響預(yù)焙陽極在電解槽的使用效果，結(jié)果不得不采用煅燒焦回配工藝或者降低產(chǎn)能來控制揮發(fā)份含量，進(jìn)而降低火道溫度來解決煅燒焦粉末比電阻過低的問題。

2.3 低溫煅燒工藝主要優(yōu)點和控制目標(biāo)

低溫煅燒主要優(yōu)點：

（1）爐子總體火道溫度低，利于制品的質(zhì)量均一性；

（2）一定程度降低煅后焦質(zhì)量，減少選擇性氧化帶來的陽極掉渣現(xiàn)象；

（3）爐子總體火道溫度低，利于高硫焦下硅磚使用壽命；

（4）爐子總體火道溫度低，提高了對原料揮發(fā)分波動的適應(yīng)性；

（5）爐子總體火道溫度低，利于產(chǎn)量進(jìn)一步提升；

（6）低溫煅燒下污染物排放濃度下降，減輕煙氣處理壓力；

（7）調(diào)溫方式簡單、穩(wěn)定，有利于降低工人操作強(qiáng)度。

低溫煅燒工藝控制目標(biāo)：

（1）負(fù)壓：總管負(fù)壓-150Pa～-200Pa；

（2）溫度：二層目標(biāo)溫度：1240℃～1300℃；

（3）產(chǎn)能：產(chǎn)能85kg/h/罐；

（4）質(zhì)量：煅后焦真密度：2.06～2.09g/cm3，煅后焦粉末比電阻：460～500μΩ.m。

3 提產(chǎn)操作

由于3號爐和4號爐系統(tǒng)負(fù)壓足夠，而1、2號爐負(fù)壓嚴(yán)重不夠，因此，煅燒車間的提產(chǎn)首先從3號和4號爐進(jìn)行。

通過不斷對負(fù)壓和產(chǎn)能進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了3號爐提產(chǎn)后產(chǎn)能達(dá)到88kg/h/罐的產(chǎn)能，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在調(diào)產(chǎn)過程中可以看到，隨著產(chǎn)能的增加，需不斷提高罐式爐出口的負(fù)壓水平，以維持火道內(nèi)的溫度分布及揮發(fā)分的充分燃燒。

采用同樣的方法，對4號罐式爐進(jìn)行了產(chǎn)能調(diào)節(jié)，其產(chǎn)能也達(dá)到了88kg/h/罐，同時1、2號罐式爐才用相應(yīng)的方法，其排料量達(dá)到82kg/h/罐。

由于1號和2號罐式爐對應(yīng)的余熱熱媒鍋爐壓損過大，造成其提產(chǎn)相對困難，需對該余熱熱媒鍋爐進(jìn)行改造，該爐負(fù)壓得以提升，按照同樣的調(diào)溫方法，該爐產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到85kg/h/罐。

提產(chǎn)后煅后焦真密度一直穩(wěn)定在2.06～2.08g/cm3，粉末比電阻480μΩ.m左右，實現(xiàn)了在產(chǎn)品質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上，大幅提升了罐式爐的產(chǎn)能水平。

4 小結(jié)

通過本次提產(chǎn)優(yōu)化，在保證煅燒焦質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了煅燒車間產(chǎn)能的提升，在負(fù)壓條件達(dá)到要求的情況，單罐產(chǎn)能達(dá)到85kg/h/罐，為保證車間煅燒焦產(chǎn)能提供了條件。通過對煅燒系統(tǒng)提產(chǎn)操作過程的攻關(guān)，也明確了下一步車間技術(shù)攻關(guān)的方向：

（1）對1、2號爐的余熱熱媒系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高1、2號爐負(fù)壓水平；

（2）提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，特別是導(dǎo)熱油鍋爐的運行穩(wěn)定性，考慮增加導(dǎo)熱油降溫系統(tǒng)；

（3）對余熱熱媒鍋爐進(jìn)行改造，提高其換熱效率，提高導(dǎo)熱油溫度水平；

（3）恢復(fù)現(xiàn)有光電熱電偶，或考慮其余品牌的光電熱電偶或S型熱電偶；

（4）在目前基礎(chǔ)上，堅持采用低溫煅燒工藝控制方法，控制真密度和粉末比電阻保持現(xiàn)有水平，降低工人調(diào)溫勞動強(qiáng)度。