石油焦煅烧系统的烟气余热回收实践

李亚军

(中国铝业青海分公司, 青海 西宁 810108)

石油焦煅烧系统的烟气余热回收实践

李亚军

(中国铝业青海分公司, 青海 西宁 810108)

介绍了石油焦煅烧系统烟气余热回收装置的工作原理、控制系统及稳定运行措施。运行后实现了烟气余热回收装置的高效运行，提升了成型设备的效能和用热稳定性，实现了煅烧烟气余热的充分利用，经济效果显著。

石油焦； 煅烧； 高温烟气； 余热回收； 节能

0 前言

某公司3台回转窑每年煅烧20余万吨石油焦用于生产碳素阳极，其煅后烟气温度高达980 ℃以上，通过余热锅炉吸收烟气热量可生产蒸汽用于厂区生产和冬季采暖，但在非采暖期(夏秋季节)，大量蒸汽只能排空，能源浪费较大。针对这种现状，公司与高校联合开发研究，于2011年先后对3台石油焦煅烧回转窑进行了烟气余热回收装置的技术改造。实践证明，余热回收系统自运行以来，效果良好、节能显著、供热充足，解决了石油焦煅烧系统烟气余热长期浪费严重的问题，取得了余热再利用的新成果。

1 烟气余热回收系统

1.1 回转窑烟气利用概况

石油焦煅烧回转窑是生产碳素阳极原料的主要设备。回转窑生产过程是将不同粒径的石油焦经过高温(1 200 ℃左右)煅烧，脱除石油焦中所含的水分及硫、磷、挥发分等物质，并使石油焦在高温下石墨化。其煅烧过程会产生大量高温烟气，通常采用余热锅炉交换和利用烟气热量，产生的蒸汽用于厂区日常生活和采暖，非采暖期多余的蒸汽只能自然外排，以确保余热锅炉安全运行，能源浪费很大。另一方面，阳极成型生产线中沥青熔化、原料预热、混捏加热等工序又需要大量热量，其热量通常采用专用的燃气(天然气)锅炉加热导热油获得。针对这种现状，公司与高校联合研发，利用石油焦煅烧回转窑的烟气作为导热油的加热介质，取代了原有的燃气锅炉。石油焦煅烧回转窑烟气余热回收装置如图1所示。

图1 石油焦煅烧回转窑烟气余热回收装置

1.2 余热回收系统原理与稳定运行措施

石油焦煅烧烟气余热回收系统(如图2所示)利用高温烟气流过热交换器(热媒炉)加热导热油实现热量交换，达到回收石油焦煅烧后烟气热量的目的。

其操作流程如下：首先启动导热油(热媒油)循环泵(避免热交换器中介质—导热油，长时间加热出现焦化现象)，使导热油处于循环状态；其次打开烟道侧烟气控制闸板(烟气进口、出口各1个)，然后启动烟气引风机。根据成型工艺实际需要设定导热油出口温度，系统就会通过变频自动调节风机转速，其过程控制为PID闭环反馈调节。

图2 石油焦煅烧回转窑烟气余热利用系统原理图

在设备初期运行时，由于导热油温度很低，引风机以额定转速运行，会造成下列问题：(1)回转窑煅烧系统运行工况极不稳定，窑头负压大幅波动。(2)导热油升温过快。故初次升温时，一般通过手动控制，按照一定的升温曲线(如每小时升温12 ℃，风机频率每小时变化量不超过20 Hz等控制要求)设定风机工作频率。当导热油温度接近设定值时，才可以切换到自动控制模式。在自动控制状态下，系统根据控制要求自动调整风机电机工作频率，从而调节流过热交换器的烟气流量和导热油的温度，实现连续、稳定的供热要求。

为避免因导热油循环泵突然停机导致导热油长时间在热交换器中加热焦化，系统设置了过温、过压、欠压、超低温保护、声光报警等工况下的连锁保护措施，保证了系统安全、可靠地工作。

该系统在生产过程中必须连续运行，每次非计划停机，都会严重影响成型生产(如导热油温度太低，造成混捏不充分，生产的阳极废品多等)，整个装置的控制系统现可进行现场与远程、自动与手动切换，各相关设备之间设置了连锁控制，以满足不同情况的控制要求。

2 烟气余热回收控制系统

由于煅烧烟气余热回收装置属于热交换锅炉类设备(导热油在列管中经高温烟气加热，升至280 ℃左右)，其安全性要求很高。为此该系统设计了多种安全保护措施，并实现了装置操作与监控均在触摸屏上完成，其系统操作监控界面如图3所示，变频器操作界面如图4所示。该系统实现了设备连锁、自动与手动等控制功能；其烟气流量调节过程实现了智能控制与PID调节相结合，经过PLC运算，使变频器调速更加准确可靠；同时系统会对不同工况下的主要温度曲线和参数的数据进行记录分析(如图5所示)，为系统实现最优控制奠定了基础。

图3 石油焦煅烧回转窑烟气余热利用装置操作和监控模拟界面

3 烟气余热利用装置应用效果

石油焦煅烧回转密烟气余热利用装置投入生产后，可产生以下效果。

3.1 实现了烟气余热回收装置的高效运行

石油焦煅烧烟气余热回收装置的引风机采用变频器调速，能够准确调节烟气流量与风压，提升了装置的可靠性和节能效果，使其可适应不同工况的要求(如烟气温度较低或成型用热量较大时，可提高风机频率；烟气温度较高或成型用热量较少时，可降低风机频率)，与此同时实现了系统远程监控和操作。

通过变频器实现引风机变频拖动，使锅炉烟气流量调节控制更加方便，在相同供热条件下(如导热油流量490 m3/h、油温285 ℃时)，引风机拖动电机的工作频率可在26 Hz(进口烟气960 ℃)至48 Hz(进口烟气620 ℃)范围内调节，大幅提升了装置的工作适应范围，也为设备节能和余热充分利用提供了保障。

3.2 提升了成型设备效能和用热稳定性

余热回收装置的可靠稳定运行，满足了阳极成型生产线对供热系统的严格要求，同时也为其正常、稳定生产提供了保障。由于原有的燃气锅炉运行不稳定会导致部分成型设备出现工作中断；其次燃气锅炉的热负荷有限，其导热油的温度和供热不能大幅调节，限制了成型熔化所需的较大用热量需要，导致沥青熔化慢、时间长，影响生产效率，降低了燃料的利用率。而煅烧回转窑烟气热量充足，能充分满足成型生产需求，为连续、稳定生产奠定了基础，显著降低生产线的启动周期。

3.3 实现了煅烧烟气余热充分利用

公司每年生产原铝40多万吨，需要阳极碳块20多万吨，消耗石油焦近28万t，其煅烧产生的烟气余热量非常充足。除冬季采暖和日常生活用汽外，其余均外排，而公司阳极成型生产却需要大量热量熔化沥青、预热阳极配料和为生产设备保温。采用余热回收装置很好地解决了能源浪费问题，达到了节约能源，减少消耗，降低成本的目的。同时，由于大幅减少了热量外排，也解决了环境污染问题，为清洁生产、保护环境奠定了基础。

3.4 节能效果显著

煅烧烟气余热回收系统投产以来，其节能效果十分显著。余热利用前阳极成型天然气消耗情况见表1。余热利用后不消耗天然气、因此余热利用后每台装置每月可减少天然气消耗3.2万～4.1万m3。

表1 余热利用前阳极成型天然气消耗数据 单位：m3

3.5 经济效益显著

煅烧烟气余热回收系统使用后，阳极成型生产过程中，每月节约天然气3.5万m3以上，按1.8元/m3计算，其节约直接费用6.3万元以上，除去系统使用所消耗电能1.6万kW·h(0.50元/kW·h)以及采购备件、材料和维修等费用，每月可直接降低阳极生产成本费用5.5万元以上，其经济效益显著。

4 结束语

石油焦煅烧烟气余热回收系统自运行以来，实现了石油焦煅烧烟气余热充分利用，节能显著，大幅降低了成型生产中天然气消耗量，为企业降低生产成本提供了帮助。引风机变频调速实现了烟气准确调节，充分保证了热交换器(热媒炉)的安全性和可靠性，满足了石油焦煅烧回转窑不同工况下的烟气调节，保障了成型用热的稳定性。仅节能及降低成本方面，每年可节约48万余元，约3～5年即可收回项目投资。

[1] 石油焦煅烧烟气余热利用装置设计手册. 湖南：中南工业大学，2011.

[2] 沈阳铝镁设计院. 石油焦煅烧回转窑设计手册与安装技术标准[D]. 1987.

[3] 刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版社，2004.

Practice of Heat Recovery of Flue Gas in Calcined Petroleum Coke System

LI Ya-jun

This paper introduces the working principle, the control system and the stable operation measures of the flue gas heat recovery unit in calcined petroleum coke system. After running, the efficient operation of the flue gas heat recovery unit is achieved, the effectiveness of molding equipment and stability of thermal using are improved, full utilization of calcination waste heat is realized, and economic benefit is remarkable.

petroleum coke; calcination; high temperature flue gas; waste heat recovery; energy saving

2014-06-03

李亚军(1974—)，男，陕西乾县人，大学本科，工程师，主要从事铝冶炼碳素行业自动化控制工作。

TF821; X505

B

1008-5122(2014)06-0049-04