浅谈降低焙烧炉热能耗的实践工艺措施

姚智博

（陕西有色榆林新材料集团有限公司阳极分公司，陕西 榆林 719000）

在阳极的整个生产工序中，焙烧工序的成本是最大的[1]。阳极焙烧是在填充料保护下进行高温热处理，使煤沥青炭化的工艺过程[2]。焙烧过程直接决定焙烧阳极的质量，从而影响到电解用阳极的消耗、电流效率、电耗等。通过焙烧，生阳极发生一系列的物理化学变化，粘接剂沥青碳化生成的沥青焦把骨料和粉料结合成为牢固的整体[3]。焙烧过程热能源消耗大，直接影响企业的生产成本和经济效益。

为降低焙烧炉热能耗，很多预焙阳极生产厂家都在不断进行探索，但受炉体参数、炉况、工艺参数、人员操作等因素的影响，各生产厂家采取的措施较为多样，取得的成效也存在较大差异。陕西某公司为降低焙烧炉燃气能耗，积极探索新工艺、新方法，成功使焙烧过程中的燃气耗量由81Nm³/t降低到61Nm³/t，其中采取的一些措施，可为同行业其他生产厂家提供一些借鉴。

1 焙烧炉室热平衡状况分析

焙烧炉的装炉料箱端壁是由实心耐火砖砌成，侧壁是由空心耐火砖火道所组成，燃烧在火道内进行，热量通过砖墙和填充料层在火道和炉室内传递。在加热过程中，由于负压作用，阳极在焙烧过程中产生的挥发分被吸入火道内和燃料一同燃烧，挥发分的燃烧与燃料的燃烧为焙烧过程的主要热量来源。在冷却过程中，冷空气由鼓风机鼓入炉室，带走炭块的热量，同时加热自身并参与到加热炉室的燃烧反应中。敞开式焙烧炉如同一个大量空气流动的热量交换器，气体进入系统时是室温，出来时则是200℃～400℃，从进入到出来的过程中，气体从刚焙烧完毕的阳极冷却区域及炉子的不同热源处吸收热量，在燃料燃烧处气体被加热到1250℃左右[4]，而燃烧后又把热量释放给正处于焙烧过程的生阳极，不断循环往复。

在焙烧过程中，其主要热量来源为天然气燃烧及自身挥发分的燃烧，其主要热量消耗为炭块加热，烟气带走的热量及炉室热量损失等。因此，可通过调整工艺曲线，改良燃控系统运行方式，增加自身挥发份燃烧，优化燃控系统，提高燃气燃烧效率和减少冷空气进入等可控措施来降低能耗。

2 改进措施

结合对焙烧炉热平衡的分析结果，在降低焙烧炉燃气能耗的过程中，采取了多项措施，以下为分项介绍。

2.1 优化燃控系统升温曲线

公司焙烧车间燃控系统运行采用28h的移炉周期，曲线优化前，系统内存在制品在预热区的低温阶段升温慢，温度低，挥发份排出后未充分燃烧，被烟气直接带走的问题，在排烟架支管和火道墙衔接处有大量的黑色焦油聚集。挥发份未充分燃烧，相当于造成了系统加热原料的浪费，同时也造成了炭块焙烧质量差、烟气净化系统负担加重、净化外排焦油量大的问题。

针对上述问题，车间在预热区增设制品温度测量监控点，对预热区制品的升温情况进行实时监控，以实际测量数据为指导，通过对排烟架和燃烧架的升温曲线进行优化调整，制品在预热区低温阶段的升温质量显著改善，有效解决了挥发份未充分燃烧的问题，如图1所示。

图1 曲线优化前后制品在预热区低温阶段的升温对比

曲线优化后，排烟架支管与火道孔衔接处再无焦油聚集，净化电捕焦油器外排焦油的量也大大减少，系统挥发份的燃烧利用率提升，更多的挥发份在火道内燃烧，为系统升温提供更多的热量来源，有效促进了能耗的降低。优化前后的曲线对比如下：

表1 优化前的系统升温曲线

表2 优化后的系统升温曲线

2.2 优化转弯炉室的系统运行方式

车间共有三台焙烧炉，两台54室，一台36室，每逢焙烧系统进入转弯炉室时（又称跨节烟道或连通烟道），尤其在4P燃烧架刚转弯时，用气量开始增加，直到三个燃烧架全部转弯完成（或更长的时间），期间燃气的日平均用量相比在直通炉室增加约1200Nm³。且在系统转弯过程中，挥发分大量溢出燃烧的区域滞后严重，在边火道甚至存在挥发份未溢出燃烧的现象，对应的燃烧架火道需要切换至长喷模式进行人工点火升温，大量的燃气进入火道，未能充分燃烧而被直接抽走，造成能源浪费。随着焙烧时间的延续，挥发份排出燃烧的区域逐渐恢复正常，在挥发份燃烧和燃气燃烧的双重作用下，造成制品温度升温速率过快，如图2所示。

图2 转弯炉室制品温度升温曲线

面对挥发分滞后燃烧和燃气浪费的问题，车间针对这一问题提出相应的解决措施：调整控制程序中的燃烧比，当4P燃烧架转弯后，将该燃烧架的燃烧比由正常状态下的35%调整为70%，即提高燃烧架上游喷气功率，降低下游喷气功率（或关闭下游燃气阀）。这样一来，减少了下游燃气不能充分燃烧造成的浪费，同时加快了挥发分溢出区域向下游方向移动，为进入直通炉室后的工艺控制奠定了基础。

为保证转弯炉室期间的升温，车间还采取了延后移动排烟架或延长焙烧周期（同时降低4P燃烧架的终温，降低气耗量）等措施，均起到不同程度的作用。

2.3 做好炉面密封

焙烧炉做为焙烧生产的主体设备，其结构对于焙烧工艺、产品质量和燃气耗量等各方面指标有着至关重要的影响。近几年陆续投建的新型焙烧炉在炉室结构方面与旧炉存在的较大差别，尤其在炉面结构上，新型焙烧炉火孔采用小孔设计（比燃烧器喷管直径略大），相比旧炉的大孔设计（一般为三件套）有更好的炉面密封和保温效果。因此在同样的燃控设备配置下，新型炉室具有明显的节气优势。

车间的三台焙烧炉均为大孔设计，炉面火孔盖两件套间的缝隙较多，严重影响到炉面密封，同时冷空气进入火道降低了火道温度，须喷入更多的燃气来补充。在加上6年多的运行，炉墙变形严重，炉墙砖缝变宽，透风率增加，进一步增加了焙烧的调温难度，恶化了焙烧的升温情况。为缓解旧炉结构上的缺陷，车间结合现场工况，通过使用耐火棉将炉面观火孔A、B、D火孔盖的缝隙和炉面预制块间缝隙等可能造成负压损失的都进行密封处理（见图3），使用耐火泥将C孔火孔盖的缝隙彻底封堵（见图4），预热炉室采用塑料薄膜覆盖等措施，极大程度的降低了负压损失，同时降低了风机频率，降低了电耗，为后期的工艺调整提供了良好的工艺条件。

图3 耐火棉密封观火孔盖

图4 耐火泥密封观火孔盖

2.4 做好调温管理

系统调温质量的提升，对于降低天然气的单耗有较大促进作用，为做好调温工作，分别从以下几点进行：

（1）为确保焙烧车间各火焰系统升温速度，保证火道实际升温能够跟上曲线，缩小曲线温差，避免大功率赶温，降低气耗，保证产品质量，车间制定了调温管理办法加强炉面调温管理，通过计分评比和纵向对比的方式落实考核，提高人员积极性。

（2）外聘专家驻厂进行培训和教学，提高员工专业素养，使员工转变观念：不是靠大功率能提温，而是根据负压匹配功率或者调整上下游分配功率，保证人工干预的有效性。

（3）良好的调温是基于完好的硬件设施和较好的炉面密封，因此加强炉面密封是所有工作的前提，车间随机对炉面的密封进行抽查，并加大考核力度，有效的保证了炉面的密封效果。

3 结论

结合焙烧炉热平衡状况，针对不同的问题关键点，制定相应的工艺改进措施，能有效降低焙烧的能耗指标，降低焙烧生产成本。同时工艺改进措施投资小，操作方便，实施简单，对于提升公司经济效益有重要的促进作用。