煅燒回轉(zhuǎn)窯煙氣管道負壓損失的改進

付明錄|文

回轉(zhuǎn)窯煙氣管道負壓的損失，造成回轉(zhuǎn)窯工況惡化、石油焦實收率和品質(zhì)低下、設(shè)備腐蝕嚴重等問題，找出了造成該現(xiàn)象的根本原因，通過對冷卻窯排氣煙道、窯頭密封、窯轉(zhuǎn)速等探索改進，達到預期的效果。

作為陽極生產(chǎn)用的延遲石油焦,需經(jīng)過高溫煅燒后才能用于配料。目前國內(nèi)石油焦煅燒設(shè)備一般采用罐式煅燒爐或回轉(zhuǎn)窯。

一般而言,煅燒工序設(shè)備選型由陽極建設(shè)規(guī)模而定,建設(shè)規(guī)模小,選擇罐式煅燒爐比較合適;建設(shè)規(guī)模大,選擇回轉(zhuǎn)窯較好。某公司的兩個系列共57萬噸/鋁.年產(chǎn)能；配套炭素廠產(chǎn)能30萬噸/年。所以選擇采用兩臺Ф3.43米×67.1米回轉(zhuǎn)窯煅燒,可以滿足整個陽極生產(chǎn)的需要。雖然自投運以來正常運行，但是需要解決的小問題仍然很多，像設(shè)計的各項指標均未達到預期的目標等，筆者現(xiàn)將存在的問題和現(xiàn)狀進行分析，并提出改進的措施。

存在的問題和現(xiàn)狀

煅后焦實收率低。回轉(zhuǎn)窯的煅燒實收率設(shè)計值大于等于72%，期望值73%，實際值僅為71%。采取了控制原料、降低燒損等措施，但仍然無法提高實收率。

產(chǎn)品質(zhì)量低。回轉(zhuǎn)窯投料量保持在25～28噸/小時。煅后焦理化指標：粉末比電阻490～550μΩ.m、真比重2.01～2.03克/平方厘米。粉末電阻率波動較小，真密度指標波動較大。

冷卻窯負壓低。冷卻窯出口負壓設(shè)計要求-100～-250帕。實際正常生產(chǎn)情況下，冷卻窯負壓在-20～-80帕范圍波動，且有時經(jīng)常出現(xiàn)正壓，影響冷卻窯收塵風機正常運行，燃燒帶位置難以控制同時造成冷卻窯頭、尾部粉料及蒸汽外噴。每班每窯從下料溜管處外噴的煅后焦約300千克，造成物料大量損失。

煅燒帶位置靠近窯頭7.4米左右，而設(shè)計的煅燒帶位置在22米處。

燃燒室負壓偏小在-128帕。

燃燒室不能充分燃燒含塵煙氣。回轉(zhuǎn)窯后配置U型燃燒室，煙氣中粉塵、揮發(fā)份不能充分燃燒，燃燒室底部積灰深度達到1米以上，大部分粉塵被吸入鍋爐和脫硫塔內(nèi)，然后從煙囪排向大氣，造成環(huán)境污染。

三次風嘴使用壽命短，風嘴燒損頻繁，使用壽命平均在3個月，助燃風嘴燒損后，嚴重影響窯內(nèi)煅燒帶的控制，且維修周期較長。

窯頭溫度高。回轉(zhuǎn)窯窯頭溫度設(shè)計小于等于900℃，后根據(jù)生產(chǎn)情況修改為小于等于1150℃。但實際回轉(zhuǎn)窯窯頭揚料、造成窯頭溫度高達1300℃，2013年，回轉(zhuǎn)窯窯頭平均溫度實際達到了1250℃。2012年至今，因窯頭燒損兩臺窯已各維修兩次。另外因高溫窯頭罩出現(xiàn)燒損變形乃至氧化穿透的現(xiàn)象。

冷卻窯排汽煙道積灰量大，煙道腐蝕嚴重。冷卻窯多管旋風除塵器因除塵效果差，煙氣中含塵量大，運動過程中會出現(xiàn)沉淀，運行一段時間后大量聚集在管道內(nèi)，還易造成管道腐蝕，目前管道接近報廢。每兩個月需停產(chǎn)清理集料一次，耗時7天，每次清理出的粉塵達30噸/臺。

現(xiàn)狀和問題的原因分析

因冷卻窯排汽煙道過長、彎頭太多，造成氣體阻力較大，流速降低，氣體中的焦粉處于層流狀態(tài)而下沉形成積料。另外因引風機出口煙道阻力較大造成引風機全壓下降，除塵器內(nèi)氣體流速降低，導致除塵效率隨之下降。同時引風機全壓降低后造成冷卻窯內(nèi)負壓也下降，當料量和溫度波動時窯內(nèi)甚至出現(xiàn)正壓，也就出現(xiàn)噴汽和噴料現(xiàn)象。另外因冷卻窯負壓較低，飛揚的焦粉部分排走和二次燃燒，加之石油焦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒時間太長，填充率太高造成燒損增大，實收率和品質(zhì)下降，同時引起回轉(zhuǎn)窯煅燒帶無法控制。

改進措施方法

通過理論分析，造成冷卻窯負壓不足的主要原因是冷卻窯排汽管道過長，彎頭過多，阻力較大，從而造成冷卻窯引風機全壓過低，冷卻窯生產(chǎn)負壓小于最低值-100帕要求。據(jù)此，2014年5月，在1#、2#窯上對排汽煙道等進行了改造。

將排汽管道彎頭進行優(yōu)化，按照現(xiàn)場的位置取消了5處彎頭，減少阻力，在出口20米處將煙道截斷、開口，蒸汽直接外排，增加了排汽管道中積灰的清灰口。

將回轉(zhuǎn)窯窯頭進行了密封，減少野風的進入，以此降低煅燒后的高溫焦粒再次燃燒的損失。

為了降低冷卻窯內(nèi)煅后焦的飛揚，將原噴水嘴向內(nèi)延伸了1米，同時將提料板高度依次梯減50毫米。

提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，石油焦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒時間取決于窯的轉(zhuǎn)速，現(xiàn)將回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速由每分鐘1.1轉(zhuǎn)提高到1.6轉(zhuǎn)。

改進后達到的效果

將排汽管道彎頭進行優(yōu)化后煙道阻力減小，冷卻窯負壓明顯提高，當風門開度在100%時，窯內(nèi)負壓能達到-300帕左右，當開度在40%時，負壓仍然能達到-120帕，完全滿足生產(chǎn)需求，通過兩個月的運行，主要效果表現(xiàn)如下。

煅燒帶位置在22米處，達到設(shè)計最佳位置，且煅燒帶位置和長度可根據(jù)需要調(diào)控自如，助燃風嘴處溫度下降100℃左右，提高了風嘴壽命。

回轉(zhuǎn)窯消除了冷卻窯內(nèi)焦粉倒流飛揚和野風的進入，防止二次燃燒現(xiàn)象發(fā)生，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)火焰清晰，能見度得以提高，通透到底，證明窯內(nèi)揮發(fā)份燃燒徹底（見下圖）。

回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)溫度運行良好，煅燒帶溫度降到1300℃以下，窯頭溫度在1000℃左右，基本消除了冷卻窯內(nèi)焦粉倒流飛揚二次燃燒現(xiàn)象，窯頭溫度明顯下降，溫度下降100℃左右，提高了窯頭耐火材料壽命，減輕了窯頭鋼材的氧化速度。

冷卻窯返料情況改善，冷卻窯負壓得以提高，始終高于回轉(zhuǎn)窯窯頭負壓10～20帕，冷卻窯內(nèi)飛揚的焦粉能有效被收走，未出現(xiàn)返料、漏料、噴汽現(xiàn)象，每班收集的漏料大約只有兩千克左右，較以往有較大改善。

煙道積灰減少，冷卻窯排汽阻力降低，流速增大，多管旋風除塵器除塵效果大大改善，從排汽中檢測，粉塵濃度小于20毫克/立方米，符合環(huán)保指標要求，煙囪消除冒煙現(xiàn)象。在停窯檢修期間對煙道進行了一次清灰，基本沒有積灰結(jié)塊現(xiàn)象，共清理出約200千克灰塵，滿足生產(chǎn)需求。

鍋爐排煙溫度降低，從以前的200℃將低到180℃，下游的脫硫塔工況得以改善，爐內(nèi)積灰現(xiàn)象減少，熱效率得以提高。

窯尾溫度滿足工藝要求，窯尾負壓：-57帕，溫度822℃，效果明顯。

回轉(zhuǎn)窯引風機功率降低，窯況改善，煅燒帶后移，窯內(nèi)阻力相應(yīng)減小，引風機負荷得以降低，電機功率也得以降低，電流由原來的59安，降到30安，功率降低了290千瓦。冷卻窯引風機風門開度從原來的100%，降低到目前的40%，功率降低了30千瓦。

煅后焦的理化指標提高，煅燒帶后移后、煅燒帶距離增長，填充率降低，石油焦煅燒徹底，比電阻從原來的平均520μΩ.m降低到490μΩ.m，真比重從原來的2.01～2.03克/立方厘米提高到現(xiàn)在的2.05～2.06克/立方厘米，全水分從原來的0.11%降低到0.09%，理化指標得以提高，達到一級品要求。

石油焦實收率提高，冷卻窯負壓提高，飛揚的焦粉基本被旋風除塵器回收，窯頭高溫焦粒二次燃燒損失減少；煅燒帶后移預熱帶相對縮短，石油焦煅燒時間縮短，石油焦燃燒損失降低；冷卻窯漏料現(xiàn)象基本消除，石油焦實收率從以前的71%提升到72.5%。

經(jīng)濟效益分析

1.直接效益

1.1 實收率提高

年生產(chǎn)煅后焦22萬噸，目前價格2194元/噸，效益如下：

S1=22×104×(0.75-0.71)×2194=724.02萬元

1.2 引風機能耗

回轉(zhuǎn)窯引風機功率降低了290千瓦，冷卻窯引風機功率降低了30千瓦，年運轉(zhuǎn)率80%，電費0.31元/千瓦·時（不含稅）。效益如下：

S2=（290+30）×2×365×24×0.31=139.04萬元

2.間接效益

2.1 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯修理

窯頭溫度和風嘴溫度降低，壽命得以提高，維修費相應(yīng)降低

2.2 煅后焦理化指標的提高

比電阻降低，相應(yīng)炭塊電阻降低，電解直流電耗也就降低（比電阻每降低1μΩ.m，陽極壓降降低0.5毫伏，噸鋁可降低直流電耗1.5千瓦·時）；真比重提高，炭塊比重也得以提高，電解生產(chǎn)掉渣率降低，陽極毛耗也就降低。