敞开环式焙烧炉烟气净化系统着火原因分析及预防措施

郎学春 穆小杰

(青海桥头铝电股份公司, 西宁 810100)

敞开环式焙烧炉烟气净化系统着火原因分析及预防措施

郎学春 穆小杰

(青海桥头铝电股份公司, 西宁 810100)

分析了敞开环式焙烧炉烟气净化系统着火原因。结合生产实际，介绍了某公司为了杜绝发生火灾，从调整电捕焦油器捕集物比例，降低烟气中的氧含量，改造及清理电捕焦油器，改进电场电压、电流控制及启动操作方法等方面采取的措施。

敞开环式焙烧炉； 电捕焦油器； 净化系统； 改进措施

铝电解用预焙阳极在焙烧过程中，会产生大量废烟气。一般采用静电捕集法、氧化铝吸附净化法、焦粉吸附法及碱吸收法等对主要成分为沥青烟、氟化物、SO2、粉尘等的焙烧废烟气进行治理。由于几种方法在工艺流程、投资、运行维护及安全等方面存在差异，在国家对氟化物、SO2排放限值执行《GB25465—2010铝工业污染物排放标准》以前，大多碳素焙烧炉烟气净化采用电捕焦油法。本文介绍了某公司采用静电捕集法，为杜绝净化系统发生火灾事故，对燃烧系统的工艺控制、净化系统操作等方面采取的措施。

1 电捕焦油法烟气净化系统的原理及设备性能

1.1 电捕焦油法烟气净化系统工作流程

某公司焙烧烟气净化系统采用静电捕集法，主要由预除尘器、喷淋冷却装置、阻火器、电捕集除尘器、防爆安全门、排烟风机等组成，其系统布置如图1。

图1 烟气净化系统图

烟气净化系统的工作流程为：焙烧炉内炭制品燃烧产生的废烟气，通过排烟架汇集到烟道后进入预除尘器，使大颗粒废物得到捕集；废烟气进入喷雾冷却装置，在喷淋水的作用下，使烟气降温；降温后的废烟气进入电捕焦油器，电场使粉尘获得电荷，同时使粉尘被收集。最后，处理达到排放限值的烟气，通过排烟风机被排空。

1.2 电捕焦油法烟气净化系统设备参数

某公司使用34室敞开环式焙烧炉，以天然气为加热燃料，对焙烧炉室的8个料箱中的生坯进行焙烧。正常生产采用6室加热、28 h移炉周期的168 h升温曲线。炉室设计料箱尺寸为5 246×703×5 360 mm，每个料箱立装3层尺寸为1 570×665×553 mm的生阳极21块。此系统设计处理烟气量为62 000 Nm3/h，电捕焦油器截面积30 m2，烟气温度为150～250 ℃，烟道负压为2 000～3 000 Pa。为保证对烟气的冷却，喷雾冷却装置要求工业水压力为0.3～0.5 MPa，压缩空气压力为0.4～0.6 MPa。

2 电捕焦油器内部出现粉尘着火原因

2.1 电捕焦油器内部出现积灰着火现象

某公司焙烧车间2003年投产，2004年打通整套生产工艺流程，开始生产生阳极。由于在实际生产中生阳极炭块的外观出现裂纹,麻面,假比重达不到1.60 g/cm3等，最后通过从残极、生碎、粉焦、细焦的配比量进行配方调整，到2004年年底逐步确定了生产基本配方。调整后粘结剂沥青在配方中约占质量的14%～15%。生阳极在焙烧过程中，收集粉尘的电捕焦油器收集斗会出现积灰燃烧，烟囱冒黑烟现象，导致燃烧系统关闭。

2.2 电捕焦油器内部积灰着火原因

一般着火并形成稳定的燃烧必须具备以下3个条件：一是要有可燃物；二是要有供应燃料燃烧所需的充足氧气；三是要达到可燃物的着火点。通过对这几个条件的追溯，可以从净化设备本身找到着火的原因。

2.2.1 可燃物来源

电捕焦油器的作用是收尘。由于焙烧烟气中含有沥青烟、粉尘等，烟气从排烟架经过地上烟道、预除尘器、喷雾冷却装置进入电捕焦油器，是被逐步降温、处理的过程。当沥青烟、粉尘等被电捕焦油器收集后，会沉积在漏斗处。这些物质为碳氢化合物和炭黑，为可燃物。根据对电捕焦油器收集物燃烧情况的试验发现：粉尘的着火点比焦油的着火点低，易燃，但火势易于控制，焦油的着火点较高，着火后火势不易控制。

2.2.2 烟气中的氧来源

电捕焦油器中的氧，主要来自两个方面：

(1)来自鼓风机鼓入助燃燃料后剩余的氧及渗漏的氧。敞开式环型焙烧炉在预热阶段、火道中的含氧量远高于理论含氧量，而燃料燃烧阶段的含氧量却远小于理论值。一个火焰周期内第一火道各炉室含氧量结果及理论含氧量如图2所示[1]。由图2可知，加热段6P、5P、4P炉室燃料燃烧后的烟气经过预热段2P、3P挥发分燃烧后，在负压作用下，炉室表面的空气渗透到预热炉室火道内使烟气中含氧量不减反增。

图2 第一火道一个火焰周期各炉室的含氧量

(2)来自电捕焦油器渗漏的空气。电捕焦油器的供电系统，为了使烟气中的沥青不致粘结在高压瓷瓶上，在供电瓷瓶箱体处安装了通风加热装置，在负压作用下，空气是向箱体内部流动的，也可以满足燃烧所需的氧。

总之，由于焙烧炉自身漏风以及电捕焦油器自身设计需要，烟气中的氧是能够满足燃烧需要的。

2.2.3 着火源来源

从电捕焦油器着火的位置判断，着火源应来自两个方面：

(1)来自焙烧炉中的填充焦。在焙烧过程中，一般采用填充焦对炉室的制品进行密封， 在负压作用下，填充焦会从炉室的火道竖缝进入火道，由于焙烧过程的温度很高，可以达到1 000 ℃以上，填充焦进入火道后，沿途虽经降温，但只是表面温度降低，内部温度仍然较高，遇阻下落后，如果落在积存的可燃物较多、燃点又比较低的积灰上，就会着火[2]。

(2)来自电捕焦油器打火。由于电捕焦油器阴极为阴极丝，收集物存在沥青，当沥青在阴极丝上粘结时，会改变阴极之间的距离。根据《工业电除尘器应用技术》工业试验结果，电晕线彼此之间的线距对放电性能影响较大。线距太宽，中间存在死区，放电强度被消弱；相反线距过密，因彼此的屏蔽作用也会大大降低放电强度。极板间距与工作电压的关系如图3[3]。当阴极之间距离缩小后，在工作电压不变的情况下，会出现打火现象，点燃收集的积灰。

图3 极板间距与工作电压的关系

总之，由于电捕焦油器收集物为焙烧炉高温填充焦、沥青烟，以及电捕焦油器漏风和焙烧炉漏风等原因，为可燃物提供了燃烧条件，促成了电捕焦油器着火。

3 改进措施

根据造成电捕焦油器着火的原因分析，某公司结合生产实际，制定了相应的措施。

3.1 电捕焦油器捕集物比例的调整

为改善电捕焦油器捕集物比例，某公司根据燃烧系统运行实际，对预热炉室挥发分的位置进行了有效的控制。通过利用备用燃烧架的热电偶对预热炉室的温度情况进行测量，发现预热炉室的温度随着时间的推移呈抛物线状。而且，HR1燃烧架的起点温度对挥发分的位置影响较大。为了稳定挥发分燃烧带位置，通过对起点温度从910 ℃开始，逐次增加5 ℃/次的试验，总结燃烧架起点温度对挥发分的位置影响，最终确定焙烧曲线。将原来燃烧架HR1的起始温度从930 ℃调整为920 ℃，使挥发分的位置从原来移炉时挥发分燃烧带在2P的3、4孔变为2P的4孔和3P的1孔。挥发分燃烧带位置稳定后，电场收集物为焦油和粉灰的混合物，有利于电捕焦油器的清理。同时，由于沥青的存在，相对降低了收集物的着火点。

3.2 降低烟气中的氧含量

在焙烧炉面，通过对焙烧曲线的调整，使挥发分的位置移炉时稳定在2P的4孔和3P的1孔。同时，为降低预热炉室的冷风渗透，在燃烧系统的1P、2P炉室火道墙、料箱上铺设塑料薄膜进行密封，降低排烟架以前炉室废烟气的氧含量。

在电捕焦油器上，通过对电捕焦油器的供电系统瓷瓶加热装置漏风口制做盲板，进行改造，减少进入电捕焦油器内的含氧量。

3.3 电捕焦油器改造、清理及操作方法改进

3.3.1 电捕焦油器改造及清理

为改善阴极丝、阳极板因粘结焦油、粉尘的混合物造成的相对距离的减少，某公司通过在阳极板上加装采用蒸汽加热的镍镉合金装置，每天在固定的时间，对阳极板进行加热，使收集物能够顺利从阴极丝、阳极板上淌下，保证阴极丝、阳极板之间的相对距离。

另外，根据多年经验，制定了每周对排烟架进行清理，每季度对环形烟道、地下烟道、预除尘器、喷雾冷却装置、电捕焦油器进行全面清理的制度，有效杜绝了排烟架、烟道着火引发的电捕焦油器着火。

3.3.2 改进操作方法

焙烧产生的烟气，一般采用两级电捕焦油器进行处理。在一个焙烧周期内，焙烧产生的烟气量随着焙烧周期时间延续发生变化。一般，在焙烧进行至1/2焙烧周期时，系统产生的烟气量最大。为了达到除尘效果，通常采用自动控制。当烟气进入电捕焦油器后，会出现1#、2#电捕电压、电流分布不均，形成1#电捕电压、电流明显高于2#电捕电压、电流。由于1#电捕电压高、电流大，会出现打火现象，导致1#电捕故障率高于2#电捕。为杜绝1#电捕出现打火现象，可以通过手动调整，适当降低1#电捕二次电压，升高2#电捕二次电压，使电捕电压、电流分布一致，达到除尘效果，调整情况如表1。

为杜绝在启动过程中出现电捕焦油器启动升压过快导致电捕焦油器打火，规定停止电捕焦油器时，将电压控制功率设为0，将“自动”控制转为“手动”控制，按“复位”键，停电；启动时，操作为“手动”，稳定后，转为“自动”控制。通过操作方法的改变，杜绝了启动过程中“自动”方式下电压直接升至40 kV左右而引起电场打火的现象。

另外，为保证收集物能够从阴极丝、阳极板上淌下，冬季燃烧系统采用双系统运行，夏季燃烧系统采用单系统运行。规定双系统运行时，移炉间隔为14 h，电场进口温度控制在80 ℃左右，使阴极丝上粘结的焦油高于收集沥青的熔点温度，沿着阴极丝流下；在单系统运行时，由于进入电场的烟气温度较低，在移炉后降低喷淋冷却装置的喷水量来提高电场的进口温度。同时，可通过分周期的开启阳极板加热装置，排放焦油的方法进行控制。

表1 电捕焦油器电压、电流调整前后分布情况

4 结束语

总之，通过对燃烧系统工艺的调整，使挥发分燃烧后烟气中的成分比例发生变化，保证了电捕焦油器捕集物的着火点相对较高；同时，在烟气净化系统清理时，制定过渡曲线，保证了挥发分燃烧位置相对不变，燃烧系统燃烧架对接温度相对稳定以及对电捕焦油器启停的规范操作。杜绝阴极丝打火等措施的实施，有效改变了造成着火的两个不利因素。日常管理中对排烟架、净化系统的积尘清理，有效的防止了风机振动，电捕焦油器短路以及收集的粉尘自燃现象。

[1] 张立麒，郑楚光，徐明厚,等.敞开式环型焙烧炉的综合测试分析[J]. 轻金属，2002(6):51-56.

[2] 王喜春,周传良,高翔,等. 阳极焙烧炉烟气净化系统着火原因及对策[J]. 轻金属,2005(8):59-61.

[3] 唐国山,等.工业电除尘器应用技术[M].北京：化学工业出版社,2006：60-63

Fire Cause and Precaution Measures of Flue Gas Purification System in Open Ring Furnace

LANG Xue-chun, MU Xiao-jie

This paper analyses the fire causes of flue gas purification system in open-ring furnace. Combined with the actual production, some measures are introduced to prevent fire from the following aspects, adjusting trapping material proportion in electric tar precipitator, reducing oxygen content in flue gas, transforming and cleaning up electric tar precipitator, and improving field voltage, control current and start-up operation.

open ring furnace; electric tar precipitator; cleanup system; improvement measures

2014-06-20

郎学春(1976—)，男，云南镇雄人，大学本科，工程师，主要从事铝电解、碳素、铝合金研发工作。

TF821; X505

B

1008-5122(2014)05-0044-04