淺談罐式爐提產操作及實踐

牛保山 潘存翔

（新疆天龍礦業股份有限公司 阜康 831508）

目前天龍礦業股份有限公司炭素廠煅燒車間配置4臺32罐罐式爐，罐式爐設計產能為80kg/h.罐，但由于種種原因，產能一直相對偏低，平均產能在75 kg/h/罐左右，甚至有時只有70kg/h/罐，造成罐式爐產能低于生陽極生產的需求量，在煅燒焦成本相對較高的情況下，導致生產成本一定程度的增加。因此，公司成立攻關小組，針對罐式爐產能、調溫操作進行評估、優化，實現產能的提升。

1 運行狀況評估

1.1 石油焦原料狀況

圖1為煅前石油焦揮發分和硫份的分布狀況，石油焦揮發分含量波動比較大，硫含量相對比較穩定，因此對于煅燒工藝來說，在揮發分波動較大的情況下，將直接影響火道內的溫度水平，需采取一定的混配方法或新建混配設施，保持揮發分的穩定性。

同時對于原料質量的控制來說，至關重要的原料中的微量元素水平，這將直接影響陽極的灰分以及反應性指標，公司需增加對入廠原料微量元素的檢測手段，更好地控制原料的質量，以為陽極生產及質量的穩定性提供基礎。

1.2 車間運行狀況測試

1.2.1 車間系統狀況

圖2為現有煅燒排煙系統管路布置圖，圖中分為主排系統和副排系統，其中1、2號爐接余熱熱媒，3、4號爐接余熱蒸汽鍋爐，該系統存在以下幾個問題：

（1）1、2號爐負壓嚴重不足，導致兩臺罐式爐的產能嚴重偏低；

（2）1號爐采用副排直排，將導致總排煙溫度偏高，影響系統負壓及脫硫系統運行；

（3）煙氣中氧含量偏高，需加強管道系統密封。

圖2 煅燒車間煙氣管路系統配置圖

1.2.21、2號罐式爐運行狀況

通過對1號和2號罐式爐系統進行測試，從測試數據看，主要存在以下問題：

（1）熱媒鍋爐煙氣壓損大，達到2800～3000Pa。

（2）熱媒鍋爐煙氣進出口溫差達到400～600℃，但熱媒油溫度偏低。

圖1 煅前石油焦揮發分和硫份分布狀況

（3）導熱油進出口溫差15～20℃，導熱油溫度偏低。

1.2.33、4號罐式爐運行狀況

通過對3號和4號罐式爐系統進行測試，從測試數據看，主要存在以下問題：

（1）余熱鍋爐壓損僅300～500Pa，遠低于余熱熱媒鍋爐的壓損。

（2）鍋爐入口溫度低，僅在600～650℃之間，從罐式爐到鍋爐之間漏風較大。

（3）蒸汽壓力偏低，只有0.2MPa，鍋爐熱效率低。

1.2.4 罐式爐產能狀況

車間目前配置4臺32罐罐式爐，從產能狀況來看，調產優化前車間4臺罐式爐的產能情況如下：

（1）1#爐排料頻率11.5HZ，排料量75kg/h.罐；

（2）2#爐排料頻率10.5HZ，排料量68kg/h.罐；

（3）3#爐排料頻率11.5HZ，排料量78kg/h.罐；

（4）4#爐排料頻率12HZ，排料量78kg/h.罐。

該罐式爐的料罐長度為1660mm，設計產能為80kg/h.罐，因此，車間明顯沒有達到設計產能，有比較大的提產空間。

2 提產操作方案

為了實現罐式爐的提產，采用沈陽鋁鎂設計研究院有限公司開發的低溫煅燒工藝和操作方法，實現對差能的提升[1,2]。

2.1 低溫煅燒工藝

所謂低溫煅燒，是指在保證煅燒焦真密度、比電阻等理化性能指標的基礎上，通過罐式爐爐體結構及煅燒工藝控制等優化手段，有效控制罐式爐各層火道的溫度分布低于傳統罐式爐100～150℃左右，進而降低物料最高煅燒溫度。低溫煅燒技術可降低揮發份在料罐內溢出速率和硫份逸出率，降低碳質燒損率，提高單罐產量，增強罐式爐對高硫焦的適應性，延長使用爐體壽命。

用于預焙陽極生產用煅燒石油焦的性能指標決定于煅燒焦的抗氧化能力及其抗侵蝕能力，從微觀角度出發，煅燒焦的主要理化性能指標由煅燒焦晶粒尺寸Lc的大小來反映，圖3為無定形碳隨著熱處理溫度增加向石墨有序結構的轉化示意，從中能發現煅燒石油焦晶粒尺寸Lc控制范圍在20-40?之間。通常用于預焙陽極生產煅燒焦的晶粒尺寸范圍在25.3?≤Lc≤32.7?之間，最近，加鋁科學研究表明晶粒尺寸控制在27?≤Lc≤30?的煅燒石油焦更適用于生產優質的鋁電解用陽極制品，當Lc過大時，煅燒焦與瀝青焦炭之間的反應性差異增大，致使陽極中起到粘結作用的瀝青焦優先反應，導致陽極掉渣現象嚴重，這種過煅燒現象造成的晶粒尺寸增大對預焙陽極質量有較大的負面影響。

圖3 隨著熱處理溫度增加向石墨結構的轉變示意

2.2 煅后焦質量控制

從圖4中可以看出，隨著煅燒溫度從1050℃增加到1250℃，煅燒焦真密度逐步增大，煅燒溫度達到1200℃時，煅燒焦真密度為2.06g/cm3，滿足現行有色行業標準YS/T625-2012對煅燒焦真密度一級品的要求。

而在實際罐式爐石油焦煅燒生產過程中，經常出現煅燒石油焦真密度≥2.09g/cm3，而煅燒焦粉末比電阻≤430μΩ.m的狀況，反而影響預焙陽極在電解槽的使用效果，結果不得不采用煅燒焦回配工藝或者降低產能來控制揮發份含量，進而降低火道溫度來解決煅燒焦粉末比電阻過低的問題。

2.3 低溫煅燒工藝主要優點和控制目標

低溫煅燒主要優點：

（1）爐子總體火道溫度低，利于制品的質量均一性；

（2）一定程度降低煅后焦質量，減少選擇性氧化帶來的陽極掉渣現象；

（3）爐子總體火道溫度低，利于高硫焦下硅磚使用壽命；

（4）爐子總體火道溫度低，提高了對原料揮發分波動的適應性；

（5）爐子總體火道溫度低，利于產量進一步提升；

（6）低溫煅燒下污染物排放濃度下降，減輕煙氣處理壓力；

（7）調溫方式簡單、穩定，有利于降低工人操作強度。

低溫煅燒工藝控制目標：

（1）負壓：總管負壓-150Pa～-200Pa；

（2）溫度：二層目標溫度：1240℃～1300℃；

（3）產能：產能85kg/h/罐；

（4）質量：煅后焦真密度：2.06～2.09g/cm3，煅后焦粉末比電阻：460～500μΩ.m。

3 提產操作

由于3號爐和4號爐系統負壓足夠，而1、2號爐負壓嚴重不夠，因此，煅燒車間的提產首先從3號和4號爐進行。

通過不斷對負壓和產能進行調節，實現了3號爐提產后產能達到88kg/h/罐的產能，達到預期目標。在調產過程中可以看到，隨著產能的增加，需不斷提高罐式爐出口的負壓水平，以維持火道內的溫度分布及揮發分的充分燃燒。

采用同樣的方法，對4號罐式爐進行了產能調節，其產能也達到了88kg/h/罐，同時1、2號罐式爐才用相應的方法，其排料量達到82kg/h/罐。

由于1號和2號罐式爐對應的余熱熱媒鍋爐壓損過大，造成其提產相對困難，需對該余熱熱媒鍋爐進行改造，該爐負壓得以提升，按照同樣的調溫方法，該爐產能已經達到85kg/h/罐。

提產后煅后焦真密度一直穩定在2.06～2.08g/cm3，粉末比電阻480μΩ.m左右，實現了在產品質量保證的基礎上，大幅提升了罐式爐的產能水平。

4 小結

通過本次提產優化，在保證煅燒焦質量的基礎上，實現了煅燒車間產能的提升，在負壓條件達到要求的情況，單罐產能達到85kg/h/罐，為保證車間煅燒焦產能提供了條件。通過對煅燒系統提產操作過程的攻關，也明確了下一步車間技術攻關的方向：

（1）對1、2號爐的余熱熱媒系統進行改造，提高1、2號爐負壓水平；

（2）提高系統運行穩定性，特別是導熱油鍋爐的運行穩定性，考慮增加導熱油降溫系統；

（3）對余熱熱媒鍋爐進行改造，提高其換熱效率，提高導熱油溫度水平；

（3）恢復現有光電熱電偶，或考慮其余品牌的光電熱電偶或S型熱電偶；

（4）在目前基礎上，堅持采用低溫煅燒工藝控制方法，控制真密度和粉末比電阻保持現有水平，降低工人調溫勞動強度。