敞開式環式焙燒爐熱平衡研究

陽極焙燒是鋁用預焙陽極生產的最后一道工序，也是最為關鍵的工序之一，而在整個陽極焙燒工序中，焙燒爐是最為關鍵和核心的設備，焙燒爐性能的優劣直接決定著陽極焙燒工序的合理性與先進性，國內陽極焙燒爐經過多年的發展與優化，其性能已經做到了較高的水平，但是距國外先進水平，目前仍然有一定的差距?，F代鋁用預焙陽極焙燒爐主流上采用敞開式環式焙燒爐，國內敞開式環式焙燒爐的使用壽命為8～14年，國外運行良好的敞開環式焙燒爐可以運行20年左右，隨著焙燒爐運轉時間的不斷延長，其焙燒爐性能會發生較為明顯的下降，例如系統漏風嚴重、制品焙燒溫度下降、天然氣能耗上升、陽極成品質量下降、產品合格率降低等等

。因此，隨著焙燒爐壽命的不斷增加，定期對其進行維護、適時有針對性的調整焙燒爐運行參數，對延長焙燒爐使用壽命及穩定預焙陽極質量起著重要作用。由于敞開式環式焙燒爐爐型大、控制參數多、操作難度大等原因，國內極少有學者對正在運行的焙燒爐進行細致研究，各預焙陽極企業往往通過實際生產經驗來調整及控制其焙燒爐的運行狀態，因此，通過對現有焙燒爐進行熱平衡研究，能夠充分掌握目前焙燒爐的焙燒狀態，通過對焙燒爐運行狀態下火道負壓、火道及煙氣溫度、料箱溫度以及煙氣成分等重要參數的研究分析，能夠較全面掌握焙燒爐燒料燃燒情況以及預焙陽極的升溫情況，這對焙燒爐的節能增產同樣具有重要的現實意義。同時，通過對敞開式環式焙燒爐的熱平衡性能研究能夠為焙燒爐的設計優化及性能改進提供重要的理論依據。

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1 實驗部分

1.1 實驗對象

本文選取國內具有代表性的某大型鋁用預焙陽極炭素廠的三座敞開式環式焙燒爐分別作為研究對像，其中兩座為54室焙燒爐，另一座為34室焙燒爐。54室敞開式焙燒爐建成于2008年，34室焙燒爐建成于2004年，三座敞開式環式爐已經正常運行十余年，均尚未進行大修，目前該三座敞開式爐運行狀態良好，是本次焙燒爐熱平衡研究的理想測試研究對象

。三座敞開式焙燒爐的具體參數如下（表1）。

（3）莊2斷塊儲層裂縫存在深、淺側向電阻率之間一般具有明顯的差異；高角度縫雙側向曲線表現為正差異，水平縫、層理縫和溶孔表現為負差異、井徑擴徑、聲波周期跳躍等特征。

1.2 實驗方法及設備

從表3可以看出，1#敞開式焙燒爐熱量輸入最小，而3#敞開式焙燒爐熱量輸入最大；在焙燒過程中，焙燒爐的熱量輸入主要來源于燃料以及生制品帶來的化學反應熱，此兩項目所帶來的熱量占整個焙燒爐熱量輸入的85%左右；在焙燒爐熱量支出方面，焙燒成品帶出的熱量和爐體高溫蓄熱量占有很大比重，此兩項所支出的熱量占整個焙燒爐熱量支出的52%左右；通過表3中數據可以發現，瀝青揮發份的充分燃燒為焙燒爐帶入了大量的熱源，可以有效降低焙燒爐的天然氣耗；對表3進行細致分析發現，1#敞開式焙燒爐的熱效率為28.53%，2#敞開式焙燒爐的熱效率為27.37%，3#敞開式焙燒爐的熱效率為25.82%，這表明1#爐的運行狀態更為良好，而3#敞開焙燒爐的運行狀態較差，從表中相應數據可以看出，3#敞開爐燃料燃燒輸入的熱量占比最高，即在相同的工況條件下，3#敞開爐所需要的燃料更多，其能耗也更高，1#焙燒爐與2#焙燒爐兩者則基本相當

。

根據焙燒爐熱平衡測試基本要求，實驗過程中分別對天然氣、生陽極塊、成品塊、瀝青揮發份、填充焦、焙燒爐體以及焙燒煙氣等物質進行了基礎數據的測試與分析，最終得出以下數據，詳見表2。

根據表2中的各項基礎實驗數據，結合焙燒爐熱平衡分析相關標準規范，計算得出三座敞開式環式焙燒爐熱量收支平衡數據，詳見表3。

2 實驗結果與討論

2.1 熱平衡分析基礎數據

本次實驗，主要是對3座焙燒爐進行熱平衡測試，1#焙燒爐為54室7火道6料箱焙燒爐，運行周期為30h，2火焰系統運行，每爐室裝爐量為126塊，上下層生塊重840kg，中間層生塊重1080kg。2#焙燒爐為54室8火7料箱焙燒爐，運行周期為30h，2火焰系統運行，每爐室裝爐量為147塊，上下層生塊重840kg，中間層生塊重1080kg。3#焙燒爐為34室7火6料箱焙燒爐，運行周期為32h，2火焰系統運行，每爐室裝爐量為126塊，生塊重840kg。測試按標準《YS/T124.4-2010炭素制品生產爐窯熱平衡測定與計算方法第4部分：焙燒爐》執行。

2.2 焙燒爐熱平衡結果與分析

布萊德湖被譽為阿爾卑斯山下的“藍寶石”。其實，阿爾卑斯山附近分布著不少由冰川雪水融化而成的湖泊，但布萊德湖憑借湖邊峭壁上矗立的古堡，以及猶如點睛之筆的湖心島和島上清秀的圣母堂，將人文景觀和自然景觀完美地融合在一起，在這些大大小小的湖泊中脫穎而出，成為了斯洛文尼亞知名的“自然名片”。

在本次測試過程中，主要使用了N型鎧裝式熱電偶、溫度顯示儀、Testo350煙氣成分分析儀等重要設備。

3 結論

（2）在陽極焙燒過程中，焙燒爐的熱量主要來源于燃料燃燒和生制品帶入的化學反應熱，它們占焙燒爐熱量收入的85%左右，是焙燒爐的最主要供熱熱源；

（1）本次測試研究對敞開式焙燒爐的熱平衡特性做了詳細研究，為敞開式環式焙燒爐的節能、降耗以及環保節碳奠定了堅實的理論基礎；

（3）在焙燒爐熱支出方面，焙燒成品帶出的熱量和焙燒爐體高溫蓄熱占有很大比重，通過分析發現兩者之和占比高達52%以上；

（4）生制品中瀝青揮發分的燃燒能夠為焙燒爐提供大量的熱源，充分燃燒煙氣中的瀝青揮發分能夠有效降低焙燒爐的天然氣消耗量，從而達到節能降耗的目的；

（5）陽極焙燒生產過程中，煙氣亦會帶走大量熱量，這些無效的熱量，大大降低焙燒爐的熱效率，而合理的焙燒爐型結構、快速傳導煙氣中的熱量、降低焙燒爐系統漏風量等能夠有效降低煙氣帶走的熱量，提高焙燒爐的熱效率，降低焙燒爐的天然氣耗量，此將是焙燒爐優化設計的重點研究方向之一；

（6）通過研究發現，焙燒爐爐體高溫蓄熱在焙燒爐熱支出中占有較大比重，通過優化焙燒爐結構、選用蓄熱量更少的節能材料等方式，降低焙燒爐爐體蓄熱，能夠有效提高焙燒爐的熱效率，這也將是新型節能環保型敞開式焙燒爐的最主要研究方向；

（7）隨著國家一系列節能減排政策的實施，節能環保型敞開式焙燒爐的開發勢在必行。

[1]蔣文忠．炭素工藝[M]．冶金工業出版社,2009,04．

[2]楊玉順．工程熱力學[M]．機械工業出版社．

[3]孫傳杰．炭陽極生產[M]．蘭州鋁業股份有限公司教材編審委員會,2003,11．

[4]張韶凡．環式焙燒爐節能挖潛．南方鋼鐵[J],1999,107(4)：45-48．

[5]孫萍．貴州鋁廠節能環保新型陽極焙燒爐．有色金屬[J],2003,56(4)：92-95．