姚智博

（陜西有色榆林新材料集團(tuán)有限公司陽極分公司，陜西 榆林 719000）

在陽極的整個生產(chǎn)工序中，焙燒工序的成本是最大的[1]。陽極焙燒是在填充料保護(hù)下進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚姑簽r青炭化的工藝過程[2]。焙燒過程直接決定焙燒陽極的質(zhì)量，從而影響到電解用陽極的消耗、電流效率、電耗等。通過焙燒，生陽極發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，粘接劑瀝青碳化生成的瀝青焦把骨料和粉料結(jié)合成為牢固的整體[3]。焙燒過程熱能源消耗大，直接影響企業(yè)的生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益。

為降低焙燒爐熱能耗，很多預(yù)焙陽極生產(chǎn)廠家都在不斷進(jìn)行探索，但受爐體參數(shù)、爐況、工藝參數(shù)、人員操作等因素的影響，各生產(chǎn)廠家采取的措施較為多樣，取得的成效也存在較大差異。陜西某公司為降低焙燒爐燃?xì)饽芎?，積極探索新工藝、新方法，成功使焙燒過程中的燃?xì)夂牧坑?1Nm3/t降低到61Nm3/t，其中采取的一些措施，可為同行業(yè)其他生產(chǎn)廠家提供一些借鑒。

1 焙燒爐室熱平衡狀況分析

焙燒爐的裝爐料箱端壁是由實(shí)心耐火磚砌成，側(cè)壁是由空心耐火磚火道所組成，燃燒在火道內(nèi)進(jìn)行，熱量通過磚墻和填充料層在火道和爐室內(nèi)傳遞。在加熱過程中，由于負(fù)壓作用，陽極在焙燒過程中產(chǎn)生的揮發(fā)分被吸入火道內(nèi)和燃料一同燃燒，揮發(fā)分的燃燒與燃料的燃燒為焙燒過程的主要熱量來源。在冷卻過程中，冷空氣由鼓風(fēng)機(jī)鼓入爐室，帶走炭塊的熱量，同時(shí)加熱自身并參與到加熱爐室的燃燒反應(yīng)中。敞開式焙燒爐如同一個大量空氣流動的熱量交換器，氣體進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)是室溫，出來時(shí)則是200℃～400℃，從進(jìn)入到出來的過程中，氣體從剛焙燒完畢的陽極冷卻區(qū)域及爐子的不同熱源處吸收熱量，在燃料燃燒處氣體被加熱到1250℃左右[4]，而燃燒后又把熱量釋放給正處于焙燒過程的生陽極，不斷循環(huán)往復(fù)。

在焙燒過程中，其主要熱量來源為天然氣燃燒及自身揮發(fā)分的燃燒，其主要熱量消耗為炭塊加熱，煙氣帶走的熱量及爐室熱量損失等。因此，可通過調(diào)整工藝曲線，改良燃控系統(tǒng)運(yùn)行方式，增加自身揮發(fā)份燃燒，優(yōu)化燃控系統(tǒng)，提高燃?xì)馊紵屎蜏p少冷空氣進(jìn)入等可控措施來降低能耗。

2 改進(jìn)措施

結(jié)合對焙燒爐熱平衡的分析結(jié)果，在降低焙燒爐燃?xì)饽芎牡倪^程中，采取了多項(xiàng)措施，以下為分項(xiàng)介紹。

2.1 優(yōu)化燃控系統(tǒng)升溫曲線

公司焙燒車間燃控系統(tǒng)運(yùn)行采用28h的移爐周期，曲線優(yōu)化前，系統(tǒng)內(nèi)存在制品在預(yù)熱區(qū)的低溫階段升溫慢，溫度低，揮發(fā)份排出后未充分燃燒，被煙氣直接帶走的問題，在排煙架支管和火道墻銜接處有大量的黑色焦油聚集。揮發(fā)份未充分燃燒，相當(dāng)于造成了系統(tǒng)加熱原料的浪費(fèi)，同時(shí)也造成了炭塊焙燒質(zhì)量差、煙氣凈化系統(tǒng)負(fù)擔(dān)加重、凈化外排焦油量大的問題。

針對上述問題，車間在預(yù)熱區(qū)增設(shè)制品溫度測量監(jiān)控點(diǎn)，對預(yù)熱區(qū)制品的升溫情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以實(shí)際測量數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，通過對排煙架和燃燒架的升溫曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，制品在預(yù)熱區(qū)低溫階段的升溫質(zhì)量顯著改善，有效解決了揮發(fā)份未充分燃燒的問題，如圖1所示。

圖1 曲線優(yōu)化前后制品在預(yù)熱區(qū)低溫階段的升溫對比

曲線優(yōu)化后，排煙架支管與火道孔銜接處再無焦油聚集，凈化電捕焦油器外排焦油的量也大大減少，系統(tǒng)揮發(fā)份的燃燒利用率提升，更多的揮發(fā)份在火道內(nèi)燃燒，為系統(tǒng)升溫提供更多的熱量來源，有效促進(jìn)了能耗的降低。優(yōu)化前后的曲線對比如下：

表1 優(yōu)化前的系統(tǒng)升溫曲線

表2 優(yōu)化后的系統(tǒng)升溫曲線

2.2 優(yōu)化轉(zhuǎn)彎爐室的系統(tǒng)運(yùn)行方式

車間共有三臺焙燒爐，兩臺54室，一臺36室，每逢焙燒系統(tǒng)進(jìn)入轉(zhuǎn)彎爐室時(shí)（又稱跨節(jié)煙道或連通煙道），尤其在4P燃燒架剛轉(zhuǎn)彎時(shí)，用氣量開始增加，直到三個燃燒架全部轉(zhuǎn)彎完成（或更長的時(shí)間），期間燃?xì)獾娜掌骄昧肯啾仍谥蓖t室增加約1200Nm3。且在系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎過程中，揮發(fā)分大量溢出燃燒的區(qū)域滯后嚴(yán)重，在邊火道甚至存在揮發(fā)份未溢出燃燒的現(xiàn)象，對應(yīng)的燃燒架火道需要切換至長噴模式進(jìn)行人工點(diǎn)火升溫，大量的燃?xì)膺M(jìn)入火道，未能充分燃燒而被直接抽走，造成能源浪費(fèi)。隨著焙燒時(shí)間的延續(xù)，揮發(fā)份排出燃燒的區(qū)域逐漸恢復(fù)正常，在揮發(fā)份燃燒和燃?xì)馊紵碾p重作用下，造成制品溫度升溫速率過快，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)彎爐室制品溫度升溫曲線

面對揮發(fā)分滯后燃燒和燃?xì)饫速M(fèi)的問題，車間針對這一問題提出相應(yīng)的解決措施：調(diào)整控制程序中的燃燒比，當(dāng)4P燃燒架轉(zhuǎn)彎后，將該燃燒架的燃燒比由正常狀態(tài)下的35%調(diào)整為70%，即提高燃燒架上游噴氣功率，降低下游噴氣功率（或關(guān)閉下游燃?xì)忾y）。這樣一來，減少了下游燃?xì)獠荒艹浞秩紵斐傻睦速M(fèi)，同時(shí)加快了揮發(fā)分溢出區(qū)域向下游方向移動，為進(jìn)入直通爐室后的工藝控制奠定了基礎(chǔ)。

為保證轉(zhuǎn)彎爐室期間的升溫，車間還采取了延后移動排煙架或延長焙燒周期（同時(shí)降低4P燃燒架的終溫，降低氣耗量）等措施，均起到不同程度的作用。

2.3 做好爐面密封

焙燒爐做為焙燒生產(chǎn)的主體設(shè)備，其結(jié)構(gòu)對于焙燒工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和燃?xì)夂牧康雀鞣矫嬷笜?biāo)有著至關(guān)重要的影響。近幾年陸續(xù)投建的新型焙燒爐在爐室結(jié)構(gòu)方面與舊爐存在的較大差別，尤其在爐面結(jié)構(gòu)上，新型焙燒爐火孔采用小孔設(shè)計(jì)（比燃燒器噴管直徑略大），相比舊爐的大孔設(shè)計(jì)（一般為三件套）有更好的爐面密封和保溫效果。因此在同樣的燃控設(shè)備配置下，新型爐室具有明顯的節(jié)氣優(yōu)勢。

車間的三臺焙燒爐均為大孔設(shè)計(jì)，爐面火孔蓋兩件套間的縫隙較多，嚴(yán)重影響到爐面密封，同時(shí)冷空氣進(jìn)入火道降低了火道溫度，須噴入更多的燃?xì)鈦硌a(bǔ)充。在加上6年多的運(yùn)行，爐墻變形嚴(yán)重，爐墻磚縫變寬，透風(fēng)率增加，進(jìn)一步增加了焙燒的調(diào)溫難度，惡化了焙燒的升溫情況。為緩解舊爐結(jié)構(gòu)上的缺陷，車間結(jié)合現(xiàn)場工況，通過使用耐火棉將爐面觀火孔A、B、D火孔蓋的縫隙和爐面預(yù)制塊間縫隙等可能造成負(fù)壓損失的都進(jìn)行密封處理（見圖3），使用耐火泥將C孔火孔蓋的縫隙徹底封堵（見圖4），預(yù)熱爐室采用塑料薄膜覆蓋等措施，極大程度的降低了負(fù)壓損失，同時(shí)降低了風(fēng)機(jī)頻率，降低了電耗，為后期的工藝調(diào)整提供了良好的工藝條件。

圖3 耐火棉密封觀火孔蓋

圖4 耐火泥密封觀火孔蓋

2.4 做好調(diào)溫管理

系統(tǒng)調(diào)溫質(zhì)量的提升，對于降低天然氣的單耗有較大促進(jìn)作用，為做好調(diào)溫工作，分別從以下幾點(diǎn)進(jìn)行：

（1）為確保焙燒車間各火焰系統(tǒng)升溫速度，保證火道實(shí)際升溫能夠跟上曲線，縮小曲線溫差，避免大功率趕溫，降低氣耗，保證產(chǎn)品質(zhì)量，車間制定了調(diào)溫管理辦法加強(qiáng)爐面調(diào)溫管理，通過計(jì)分評比和縱向?qū)Ρ鹊姆绞铰鋵?shí)考核，提高人員積極性。

（2）外聘專家駐廠進(jìn)行培訓(xùn)和教學(xué)，提高員工專業(yè)素養(yǎng)，使員工轉(zhuǎn)變觀念：不是靠大功率能提溫，而是根據(jù)負(fù)壓匹配功率或者調(diào)整上下游分配功率，保證人工干預(yù)的有效性。

（3）良好的調(diào)溫是基于完好的硬件設(shè)施和較好的爐面密封，因此加強(qiáng)爐面密封是所有工作的前提，車間隨機(jī)對爐面的密封進(jìn)行抽查，并加大考核力度，有效的保證了爐面的密封效果。

3 結(jié)論

結(jié)合焙燒爐熱平衡狀況，針對不同的問題關(guān)鍵點(diǎn)，制定相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施，能有效降低焙燒的能耗指標(biāo)，降低焙燒生產(chǎn)成本。同時(shí)工藝改進(jìn)措施投資小，操作方便，實(shí)施簡單，對于提升公司經(jīng)濟(jì)效益有重要的促進(jìn)作用。