敞開式環形陽極焙燒爐節能技術研究

程立國

（河南中孚炭素有限公司， 河南 鞏義 451200）

我國的敞開式環形陽極焙燒爐技術是在消化80年代初引進的日輕焙燒技術的基礎上發展起來的，三十年來，由于各種原因，國內各生產企業及科研設計單位僅在燃料選取、火道隔板、耐火材料、陽極裝爐層數等方面作了少量改進，但總的來說進步不大，基本上仍停留在日輕焙燒爐的技術水平上[1]。經過多年的實踐運用，該技術雖然可以運用于預焙陽極生產，但還存在著能耗高、污染大、自動化水平低、勞動生產率低等缺點。

1 敞開式焙燒爐節能技術研究

我公司36室敞開式焙燒爐[2]，每個爐室有9條火道8個料箱，爐子分兩個火焰系統，每個火焰系統為18個爐室運轉，用重油作燃料，火焰移動周期可調整，爐子的主要控制參數是焙燒爐1P火道負壓和1P、4P、5P、6P火道煙氣溫度及焙燒最高溫度控制在1150℃，排煙溫度控制在250℃以下,目前已穩定運行11年，各項技術指標、焙燒陽極質量已超過設計水平，能耗在國內同類爐型中是最低的（51Kg/t-C），這主要基于對焙燒爐熱平衡的精確分析（表1熱平衡表），以及在節能降耗方面進行了大量的、細致的研究。

表1 熱平衡表

1.1 揮發份燃燒

敞開式陽極焙燒爐中，瀝青揮發份一邊析出，一邊進入火道內燃燒，成為除燃料外的主要熱量來源。陽極配方中一般瀝青占生陽極重量的14%～16%，以55%計算瀝青析焦量，揮發份熱值為3.762×104kj/kg，則揮發份發熱量約為：2263MJ/T熟陽極，這相當于60kg重油燃燒產生的熱值。可見，如何使揮發份在火道內盡可能的完全燃燒，成為焙燒爐節能的要考慮的最重要的問題之一。瀝青揮發份有三種主要成分：氫、甲烷和焦油，每一種成分在不同的溫度范圍釋放，研究表明氫和甲烷析出時溫度高于其本身燃點溫度，基本上析出即燃；而焦油析出時的溫度比燃點低，其燃燒需要在更高的溫度下才能進行，因此在焙燒爐火道內如出現揮發份燃燒不完全的情況，則其中主要成分必是焦油。由于以上所述特性，為保證焦油在火道內完全燃燒，在預熱段必須保證火道內的溫度與陽極溫度有足夠的溫差，而取得足夠的溫差在爐型設計上雖然已經做了考慮，但預熱段的升溫速率也是需要重點考慮的問題，在保證產品質量的前提下，本公司的實際生產升溫曲線就比其他類似的炭素廠稍高，所以能夠將瀝青揮發份完全燒盡。

1.2 固體蓄熱回收

為達到陽極焙燒的目的，敞開式陽極焙燒爐中的生陽極一般要加熱到1050℃～1200℃，此時在陽極、填充焦和耐火墻體中儲存了大量的熱能，稱固體蓄熱。由于焙燒爐內燃料和揮發份燃燒需要大量的一次空氣助燃，實際上環式焙燒爐正是采用預熱助燃空氣來回收固體蓄熱，為達到此目的，正確使用設計配置的鼓風架及零壓架成為該回收固體蓄熱的重要手段，大部分生產廠并不重視該種節能措施。

1.3 漏風

一般焙燒爐均有不同程度的漏風。“漏風”指在火道負壓下爐外冷空氣向爐內火道泄漏。漏風在加熱段和預熱段均存在。由于加熱段火道負壓較小，漏風量也較小，爐子稍加密封即可解決。由于預熱段的負壓較大，大量的漏風發生在預熱段。

有關數據顯示，漏風通道主要有三條：火道頂部磚縫、填充焦、觀察孔。研究表明，大量漏風從三個方面造成爐子熱耗增加：①漏入冷風擠占預熱空氣參與燃燒的份額，使焙燒后的固體蓄熱回收減少，增加熱耗；②大量的冷風需加熱到燃燒時的高溫，最后以排煙溫度排出；③即使通過增大火道運行負壓和增大噴油量對火道溫度分布進行調整，在漏風較大時仍無法阻止低溫區的火道和陽極的溫度降低，造成無法滿足揮發份燃燒的溫度條件，使揮發份不能充分燃燒。同時火道負壓的增大又引起漏風的加劇，形成漏風--加大負壓--更大漏風的惡性循環，最終的結果，增加的熱耗以排煙的形式損失掉。

針對以上分析的漏風情況，可采取以下措施予以解決：①爐面采用塑料薄膜覆蓋；②加強爐面孔洞（觀察孔及排煙孔）處的嚴密性；③采用較細的填充料覆蓋在填充料的最上層；④盡量采用低負壓操作等等措施。

1.4 爐體散熱

減少散熱從以下四個方面考慮：①減少散熱面積，使爐子緊湊、合理；這在爐子設計時已經考慮；②設計時已經考慮加強了爐子的保溫；③在保證產品質量的前提下，適當降低火道溫度；④采用28小時曲線，縮短焙燒火焰周期。

1.5 自動控制技術

在原材料質量一定的情況下，采用計算機過程控制系統自動調節焙燒控制參數，可實現焙燒爐動態優化控制，生產出質量均一的優質陽極，并能降低陽極焙燒能耗。

我公司陽極焙燒控制系統采用分散式控制系統，分現場控制系統和上位機中央控制系統兩大部分。現場控制系統及中央控制系統通過MODBUS網進行數據交換（通訊）。分散式控制系統能對焙燒爐每條火道的加熱帶、預熱帶的溫度及負壓進行精確控制，對某些特殊工況（例如跨接煙道時）可選擇不同的控制模式，不僅能實現對升溫曲線、負壓的精確控制，還能對燃料（重油）的油溫、油壓進行控制，實現負壓--燃料連鎖、油壓--燃料連鎖、油溫--燃料連鎖等一系列連鎖功能，可充分保證系統運行的安全性，實現各種焙燒生產工藝所需的各種報警、設定值計算、爐室號識別、管理架子移動及切除、數據存儲分析等一系列功能。

由于采用了自動控制技術，保證了調節的適時性，能夠實現多點同步調節，克服了人工調節過程中的粗糙性和盲目性等缺點，從而有效降低了焙燒能耗。

2 結語

（1）降低生產成本，節約燃料消耗：按國內其他廠重油消耗70Kg/噸陽極，新型陽極控制系統僅為51Kg/噸陽極，2101.2MJ/t（重油熱值為41200 kJ/Kg）；年可節約燃油3135噸，價值1881萬元。

（2）減少有害氣體排放：在節能降耗的同時減少了瀝青煙排放量。根據脫硫煙囪監測數據，瀝青煙排放濃度為7mg/Nm3以下，該項指標已經達到世界先進水平。