阳极焙烧炉重油改天然气技术及应用.pdf

2 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i r n m． c n 2 0 1 4年第 7 期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 - 7 5 4 5 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 0 7 阳极焙烧炉重油改 天然气技术及应用 尹健 ， 柏登成 ， 张念炳 1 ．中铝贵州分公司碳素厂， 贵阳 5 5 0 0 1 4 ； 2 ．贵州师范大学 材料与建筑工程学院， 贵阳 5 5 0 0 1 4 摘 要 介绍 了铝用 阳极焙烧 生产 中实施重油改用天然气 的能源 结构调 整情况 ， 实施 “ 油改气” 技 术 ， 解 决 了重油容易结焦 、 受温度影 响流 动性 变差 、 质量变化对 生产影响的系列问题 ， 有利 于降低成本 、 改善 生产 工艺条件和环境 。 关 键 词 焙 烧 炉 ； 重 油 ； 天然 气 ； 燃 烧 中 图分类号 TF 8 2 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 4 0 7 0 0 2 2 0 3 Te c h no l o g y a nd Appl i c a t i o n o f S u b s t i t u t i o n o f H e a v y Oi l b y Na t u r a l Ga s f o r Ano d e Ba ki ng Fu r na c e YI N J i a n ，BAI De n g c h e n g ，Z HANG Ni a n b i n g 1 ． Ca r b o n Fa c t o r y，Gu i z h o u Br a n c h o f Ch a l c o，Gu i y a n g 5 5 0 01 4，Ch i n a ； 2 ． The M a t e r i a l s a nd M e t a l l u r g i c a l Co l l e g e ，Gu i z h ou No r ma l Un i v e r s i t y，Gu i y a n g 5 5 0 0 1 4，Ch i n a Ab s t r a c t Ad j u s t me n t o f e n e r g y s t r u c t u r e t o s u b s t i t u t e h e a v y o i l b y n a t u r a l g a s i n p r o d u c t i o n o f a l u mi n u m a n od e b a ki n g wa s i n t r od uc e d ． Th e t e c hno l o gy t o c o nv e r t o i l t o g a s wa s a p pl i e d S O a s t o a dd r e s s a s e r i e s o f pr o bl e m s i nc l ud i ng oc c u r r e nc e o f c o ki ng o n h e a v y oi l ，p oo r f l u i di t y a nd po o r q ua l i t y un de r i n f l ue nc e o f t e m pe r a t u r e ． Co s t r e d uc t i o n a nd i m pr o v e me nt o f ma nu f a c t u r i ng t e c hni q u e a n d e nv i r o nm e nt a r e a c hi e ve d wi t h a pp l i c a t i o n of t he t e c hno l o gy ． Ke y wo r d s b a ki ng f u r na c e；h e a v y o i l ；n a t ur a l ga s ；c o m bu s t i o n 在放出相同热值的一 次能源 中， 天然气 的二氧 化碳排放量最小 ， 且 使用效率 高、 综 合效益好_ 】 ] 。 中铝贵州分公司碳素厂阳极焙烧炉持续多年大量使 用 重 油焙烧 制 品 ， 近 年来 ， 国 内重 油价 格 不 断 攀 升 ， 成本压力 日渐沉重 ， 同等热值 的天然气 价格低于重 油。为此 ， 国内各行业 已开始重视将重油替换为天 然气的改造l 3 。 ] 。贵州分公司通过引进社会资金参 与改造， 在不增加 自身固定资产投入的前提下推进 “ 油改气” 工程 ， 2 0 1 1年 3月， 贵州分公司碳素焙烧 8 个火焰系统、 共 2 4台燃烧架全部实现“ 油改气” ， 解 决了重油对环境的影响 ， 也改善 了生产工艺条件和 现 场 环境 。 1 问题 的提 出 焙烧 炉一 般 分 敞开 式 和 带 盖 式 l_ 8 j ， 中 铝 贵 州 分 公 司使用 的 是 2台 5 4室 和 1台 3 4室 敞 开 式 焙 烧 炉。焙烧使用 的高黏 度重油 ， 存在 黏度大、 凝 固点 高 、 机械 杂质含 量 高 、 流 动性 差 、 密度 大 、 含 水量 不 容 易脱除、 水在油罐 中累积等缺点。在炭 阳极焙烧炉 上使用重油 ， 使燃烧器与炉膛容易结焦、 过滤器堵塞 严重 ， 甚至造成燃烧设备熄 火， 生产工序 中断， 影响 生产 ， 致使阳极产量、 质量波动 ， 不能达到要求 ， 产品 收稿 E t 期 2 0 1 4 0 1 1 4 基金项目 贵州省科技计划项目 黔科合 GY字E 2 o 1 2 1 3 o 5 1 ， 黔科合高 G字[ 2 o 1 2 1 4 o o 2 ； 贵州省普通高等学校特色重点实验室 建 设项 目 黔教合 K Y字E 2 o 1 2 ] o o 4号 ； 贵 阳市科技计划项 目 筑科合同[ 2 0 1 2 2 0 5 ] 6 6 作者简介 尹 健 1 9 7 0 一 ， 男 ， 湖南洞 口人 ， 硕士 ， 工程师 ． 2 0 1 4 年 第 7期 有色金属 冶炼部 分 h t t p ／ ／ y s y | ． b g r i mm． c n 2 3 单位油耗增加。同时贵州分公司燃料重油进厂价格 不断攀升 ， 导致碳素制品生产成本 日趋增加 。天然 气 在 国外 同型炉 和 铝 用碳 素 单 位 已经 普遍 使 用 ， 其 控制简单、 维护费用低 、 运行稳定 ， 因此天然气是理 想 的重 油替 代 品 。 2 焙 烧 炉 重 油 改 天 然 气技 术 焙烧炉重油改天然气主要包括供气管路铺设 、 燃 烧架 改造 、 燃烧 器及 控制 系统 改造 ， 核 心是燃 烧器 及 控制 系统 改造 。 2 ． 1 供 气 管路铺 设 沿焙烧炉面下部铺设燃气 管道 ， 在每个炉室处 设燃 气 接头 ， 安装 快速切 断 阀及快 速 接头 ； 气 源 总进 口安装过滤器、 压力调节阀、 流量计 、 放散 阀等。其 中 ， 焙烧 一 、 二厂 房 铺 设 燃 气 总 管 道 约 1 0 0 0 m， 三 厂房铺设燃气总管道约 3 0 0 1“1 3 ． 。 2 ． 2 燃 烧架 改造 2 ． 2 ． 1焙烧 系统 燃烧 架原 理 阳极焙烧所需 的热能主要 由燃烧架提供 ， 每一 炉室的温度由燃烧器喷入的天然气进行控制。3套 燃烧架加热 1 个焙烧系统的 3个焙烧 区炉室 ， 炉室 火道 温度 由每 个火 道 的上下 游燃 烧器 供给 的 天然气 流量 进行 控制 ， 燃 烧器 的喷 天然气 量 由脉 冲控 制 ， 通 过喷 射脉 宽 占空 比 控 制 喷气量 。 2 ． 2 ． 2燃 烧 架机械 构件 改 造 拆 除架 内原燃 油 设 备 ， 为 燃气 设 备 及 气路 安 装 提供空间， 铺设上下游燃气管道 ， 安装管道过滤器、 调压阀、 快速切断阀、 球阀、 电磁阀和气体燃烧器 如 图 1 所 示 。 图 1 改造后 的天 然气 燃烧 气路 图 Fi g ． 1 Ci r c u i t o f n a t ur e g a s b u r ni ng a f t e r t r a n s f o r ma t i o n 2 ． 2 ． 3燃烧 架 电气改造 燃烧架程序改造 ， 达到燃料改为天然气后 的 自 动控制。控制柜内新增一体化电源， 满足 2 4 V电磁 阀的供电要求 。在原 P L C控制系统 中新增数字输 出模 块 ， 通过 固态继 电器 控制 天然 气 电磁 阀通断 ， 柜 内到 架子 上重新 安 装控制 电缆 。 2 ． 3燃烧 器 改造 燃 气 燃 烧 器 的作 用 就 是 用 电磁 阀 控 制 天 然 气 压力范围 4 0 k P a 左右 通过喷嘴喷人火道， 燃烧器 有进空气孔 ， 使空气与天然气充分混合后 喷入火道 后燃烧。实施改造 内容如下 1 根 据焙烧 炉 的燃 烧 特 点设 计 燃 烧 器 的结 构 ， 提高燃气喷射时出口速度 ， 加长火焰长度， 有效降低 火道上下温差 。使用时配合焙烧炉测温控制组件， 明显增长使用寿命。 2 脉冲式供气燃烧方式 ， 通过电磁阀控制， 实现 快速启动及关停 ， 喷出燃气 ， 在火道 中燃烧 ， 开启周 期 1 0 3 0 S ， 由控制单元发出频率信号控制喷入天 然 气量 。 3 减压 稳压 阀是燃 烧 架 关 键 部 件 ， 减 压 稳 压 阀 正 确选 择对 系统 的可靠 性 、 稳定 性 及 燃 烧 效 果 至 关 重 要 。 4 在燃 烧架 进 口安装 快速 切断 阀 ， 切 断 迅速 ， 开 启 简便 ， 增 强系 统 的安全 性 。 3 焙烧工 艺适应性探 索 3 ． 1 焙烧 升温 曲线 的设 定 燃烧重油与天然气 的不同焙烧升温曲线设定如 2 4 有 色金 属 冶炼部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i mm． c n 2 0 1 4年第 7期 表 1 ～2所 示 。 表 1 重 油燃烧 下 的焙烧 炭块 升温 曲线 Ta b l e 1 He at i ng c u r v e o f ba k i ng c a r b o n b l o c k wi t h he a v y o i l 表 2天 然气燃 烧 下 的焙烧炭 块 升温 曲线 Ta b l e 2 He a t i ng c u r v e o f b a ki n g c a r b o n bl o c k wi t h n a t u r e g a s 环式 焙 烧炉 受 到 总 炉室 数 的 限制 ， 必 须 在 规 定 时 间 内让 炭 块达 到 足 够 的温 度 ， 严 格 满 足 阳极 温 度 梯 度 、 阳极最 终焙 烧 温 度 和 阳极 最 大温 差 等 方 面 的 要求 ， 以保证 焙烧 阳极 质量 ， 因此环 式焙 烧炉 对燃 料 的发热性能及升温速度有严格 的要求 。从表 1 ～2 看 ， 要求 天然 气燃 烧 下 的升温 速度要 高 于重 油 。 3 ． 2适 应 性工 艺摸 索 天 然 气 易 于燃 烧 ， 导 致 天然 气 燃 烧 火焰 长 度 没 有高压机械雾化下的重油火焰长度长 ， 为缩小料箱 垂直温差、 改善上下层阳极炭块的均质性 ， 对天然气 燃 烧喷 嘴结 构进 行 加 长 改进 ， 有 效 改善 了焙 烧 炉 火 道 内燃 烧火 焰 长度 。 无 论是 重油 还是 天然 气 ， 要燃烧 均 需要 氧气 ， 燃 料 不 同 ， 配 入 的 比例 关 系 也有 所 不 同 。要 使 天 然 气 完 全燃 烧 ， 就得 有足 够 的氧气 ， 且还 需要 保持 一定 的 流速及 负压 。摸 索 使 用 农 膜密 封 低 温 炉 室 、 填 充 焦 密封高温炉室 ， 减少漏风与散热 ， 保持合理的空气过 剩 系数 ， 实 现设 定 的焙烧 升温 曲线 。 4 实施前后 对 比 2 0 1 1年 3月 1 0日阳极焙烧第 8个火焰 系统点 火 ， 达到 2 4台燃烧架全部投入 ， 标志着以天然气替 代重油生产在中铝贵州分公司碳素厂阳极焙烧车间 全部在线运行。 在使用重油为燃料时 ， 每生产 1 t 焙烧块需 重 油 7 O k g ， 生产成本为 3 0 5 ． 1 3元 以重油单价 4 3 5 9 元／ t 计 ； 在 改 造 后 ， 使 用 天 然 气 为 燃 料 时 ， 每 生 产 1 t 焙烧块需 天然气 7 2 m。 ， 生产 成本为 2 6 4 ． 9 6元 以天然气单价 3 ． 6 8元／ m。 计 。每生产 1 t 焙烧块 节约 费 用 4 0 ． 1 7元 ， 碳 素 厂 按 年 生 产 阳 极 焙 烧 块 2 2 ． 5 万 t 计算 ， 年降低成本 9 0 3 ． 8 3万元 。每年焙烧 生产 中用天然气替代重油 1 ． 5万 t 左右 ， 彻底解决 了重 油对 生产 和 环境 的影 响 ， 同 时还 改 善 了生 产 工 艺条 件 和环境 。 重油改天然气脉冲燃烧方式操作简单 ， 具有燃 烧效率高、 易于进行 自动 控制 ， 提 高焙烧温 度达标 率 ， 稳定了阳极焙烧块 的理化性能指标 ， 改善 了阳极 产品均质性 ， 同时减少 了火道局部过热烧损现象 ， 利 于延长焙烧炉寿命 ， 减少焙烧炉修理维护费用等 。 5 结 论 1 焙烧 炉用 天 然 气 替代 重 油 燃 烧 ， 彻 底 解 决 了 重 油对 环境 的影 响 ， 同时 还 改 善 了 生 产 工艺 条 件 和 环 境 。 2 焙烧 用天 然气 控制 简单 、 运 行稳 定 ， 易于 实现 自动控 制 ， 可提 高焙 烧温 度达 标率 、 改 善 阳极产 品均 质 性 ， 同时 利于 延长 焙烧 炉寿 命 ， 减少 焙烧 炉修 理维 护费用 等 。 参 考 文献 E l l秦扬 ， 曹 丽娟 ．论低碳经 济背景 下我 国天然气 产业 的发 展[ J ] ．西南 石油 大 学学 报 社 会科 学 版 ， 2 0 1 1 ， 1 3 4 1 8 21 ． [ 2 ]张斌．焙烧 炉燃烧 系统 油改 天然 气研究 与应 用 E J 3 ．炭 素 ， 2 0 1 0 1 4 6 4 8 ． [ 3 ]韩建新．锅 炉点火 系统 油改 气 的运行 分析 [ J ] ．内蒙古 科技与经济 ， 2 0 1 0 1 4 1 1 0 1 1 2 ． [ 4 ]王水鱼 ， 安鸽．基 于 F P GA的汽 车油改气 电控系统 的研 究与设计[ J ] ．微型机 与应 用 ， 2 0 1 0 1 3 9 3 9 6 ． [ 5 ]姜文斌．G T1 3 E 2 燃气轮机“ 油改气” 工程[ J ] ．燃气轮机 技术 ， 2 0 0 7 ， 2 0 1 6 9 7 2 ． E 6 3成钢 ， 周珍 民， 马宏伟．熔窑天然气燃烧 控制系统 油 改气 [ J ] ．玻璃 ， 2 0 1 2 1 0 1 5 - 2 0 ． [ 7 ]诸 葛勤美 ， 王 曙华 ， 王伟峰．浮法玻璃熔 窑天然气和重油 燃烧系统 的比较 [ J ] ．玻璃 ， 2 0 1 3 7 3 - 5 ． [ 8 ]王 平甫 ， 宫振 ， 贾 鲁 宁 ， 等．铝 电解 炭 阳极 生产 与应 用 [ M] ．北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 5 1 4 5 1 7 5 ．