炭素煅燒窯工藝分析與控制系統(tǒng)開發(fā)

李偉浩 杜娟

摘要：對(duì)于炭素陽(yáng)極而言，屬于在鋁電解生產(chǎn)期間十分關(guān)鍵的一種電極材料，對(duì)電解槽的電路效率起到?jīng)Q定性的作用。炭素煅燒后會(huì)將石油焦原料化作理化指標(biāo)、機(jī)械強(qiáng)度高的煅后焦。是炭陽(yáng)極生產(chǎn)的關(guān)鍵材料。而其質(zhì)量與煅燒窯的控制能力存在不可分割的關(guān)聯(lián)。因此，本文將圍繞炭素煅燒窯的工藝與控制系統(tǒng)開發(fā)展開深入、細(xì)致的分析。

關(guān)鍵詞：碳素煅燒窯;工藝分析;控制系統(tǒng)開發(fā)

現(xiàn)如今，我國(guó)對(duì)于節(jié)能、環(huán)保理念提出了高度的關(guān)注，為了確保鋁電解企業(yè)能夠?qū)⒊杀窘档停瑢⒔?jīng)濟(jì)收益需求滿足，對(duì)炭素陽(yáng)極質(zhì)量提出了高度的關(guān)注，特別是煅后石油焦的質(zhì)量、煅后石油焦的實(shí)收率、煅燒工藝的管控，更是受到了廣泛的關(guān)注。通常，石油焦煅燒的工藝主要分為罐式煅燒爐、電煅爐、回轉(zhuǎn)床以及回轉(zhuǎn)窯四種，而回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝是其廣泛采用的重點(diǎn)，對(duì)其工藝展開分析，并且探究控制系統(tǒng)開發(fā)策略，是目前迫在眉睫需要研究的問題，同樣也是實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的關(guān)鍵因素。

一、炭素煅燒窯工藝分析

（一）煅燒過程

對(duì)于石油焦煅燒的目的，主要是為了確保其真密度能夠與比電阻指標(biāo)達(dá)成炭素陽(yáng)極生產(chǎn)需要的規(guī)定得以滿足。對(duì)于真密度以及比電阻與回轉(zhuǎn)窯煅燒問題的關(guān)系具體如圖1及表1所示。因此，在煅燒生產(chǎn)期間，將石油焦當(dāng)中的S、O、N、H、CH4、CNHM進(jìn)行消除是其主要的任務(wù)[1]。其中，H、CH4、CNHM、S被稱之為揮發(fā)份，能夠?qū)⑻烤Ц褡鞒鲋匦屡帕小?/p>

圖1煅燒溫度與比電阻的關(guān)系

將石油焦原料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的溫度、運(yùn)動(dòng)位置以及原料變化作為依據(jù)，從而對(duì)回轉(zhuǎn)窯燃燒生產(chǎn)作出5個(gè)階段的劃分，分別為：預(yù)熱段、加熱段、揮發(fā)份燃燒段、煅燒帶以及冷卻段。

（二）熱量平衡

對(duì)煅燒工藝運(yùn)行期間的熱量需求以及熱量來源作出分析，能夠?qū)剞D(zhuǎn)窯的穩(wěn)定管控起到較好的參考作用。身為無(wú)燃煅燒工藝，對(duì)于回轉(zhuǎn)窯的熱量來源如下：

第一，石油焦原料散發(fā)的可燃揮發(fā)份通過燃燒從而將熱量釋放。

第二，回轉(zhuǎn)煅燒窯中的固定碳燃燒從而將熱量釋放。

第三，如果開展窯頭噴入重油輔助燃燒，則應(yīng)該對(duì)重油燃燒提供熱量。

通常，回轉(zhuǎn)窯的熱量關(guān)鍵去處有：

1.回轉(zhuǎn)窯筒體輻射導(dǎo)致熱量散失。

2.冷卻窯的高溫煅后焦所焓的熱量[2]。

3.一、二、三次風(fēng)帶走的熱量。

4.原料溫度升高而吸收熱量。

由上可以了解，煅前定量喂料在進(jìn)入回轉(zhuǎn)煅燒窯的石油焦原料，是煅燒工藝熱量的關(guān)鍵來源，進(jìn)入至大窯的石油焦量對(duì)煅燒工藝的熱平衡與工藝產(chǎn)生極大的影響。

（三）冷卻過程

自煅燒窯所排出的高溫物料，需要通過冷卻窯加以冷卻。促使高溫物料能夠快速降溫，達(dá)到氧化溫度之下是其主要的目的。將炭素晶格的重新排列作出抑制，促使炭素晶格能夠提升收縮率，從而將煅燒的效果得以確保。

當(dāng)前，對(duì)于煅燒工藝的冷卻窯而言，通常外徑為1.8米、長(zhǎng)度為18米，并且選取17米的外噴水與1米的內(nèi)噴水方式，從而展開煅燒工藝的冷卻。并且將生產(chǎn)需求作為依據(jù)，對(duì)每分鐘0-3r的轉(zhuǎn)速作出調(diào)節(jié)[3]。對(duì)于內(nèi)噴水冷卻而言，主要是對(duì)高溫物料展開直接的噴水冷卻。而對(duì)于外噴水冷卻來講，主要是將循環(huán)水噴到窯體處，間接對(duì)物料展開冷卻工作。

二、控制系統(tǒng)開發(fā)

（一）控制架構(gòu)

對(duì)于計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)而言，主要?jiǎng)澐譃橐患?jí)控制器站與二級(jí)計(jì)算機(jī)站兩種，從而將二級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，由于整體系統(tǒng)需要將計(jì)算機(jī)與DCS+PLC與計(jì)算機(jī)完成，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施展開全體的控制能力，在安全性設(shè)計(jì)的同時(shí)將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性確保，從而保障設(shè)備的順利運(yùn)行。

（二）控制范圍

主要對(duì)回轉(zhuǎn)窯、煅前給料系統(tǒng)、煅后焦輸送系統(tǒng)、重油系統(tǒng)、小窯冷卻收塵系統(tǒng)、煅燒循環(huán)水系統(tǒng)等展開計(jì)算機(jī)的集成監(jiān)控工作。回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的全部工序，都是利用主控室的監(jiān)控操作站計(jì)算機(jī)啟停操作得以實(shí)現(xiàn)，所有控制功能均可以在計(jì)算機(jī)上完成。

（三）控制器

對(duì)于主控室而言，主要將Honeywell公司所生產(chǎn)的兩臺(tái)C200控制器作為主控制器，并且在兩臺(tái)控制器的機(jī)架之間將冗余功能得以實(shí)現(xiàn)，控制器的同步對(duì)于用戶而言，是徹底透明的，控制的切換時(shí)間可以不計(jì)，冗余模塊之間需要利用光纜進(jìn)行連接，冗余模塊能夠展開在線更換，并且不會(huì)對(duì)用戶的過程控制造成破壞。將煅燒窯工藝的參數(shù)利用遠(yuǎn)程機(jī)架模塊展開整合工作，并且將其傳送至計(jì)算機(jī)中，并且在計(jì)算機(jī)上得以顯示，將小窯冷卻收塵PLC、石油焦原料轉(zhuǎn)運(yùn)站系統(tǒng)PLC以及C200控制器的連鎖所需信號(hào)作出連接，其中主要包含系統(tǒng)自動(dòng)、啟動(dòng)信號(hào)、就位信號(hào)、運(yùn)行反饋信號(hào)、手動(dòng)選擇信號(hào)、集中消音信號(hào)、集中復(fù)位信號(hào)、集中試燈信號(hào)[4]。同時(shí)在計(jì)算機(jī)上得以顯示。對(duì)于PlantScape R500中央控制器而言，能夠?qū)Ω鱌LC作出聯(lián)動(dòng)，同樣也可以將各PLC啟動(dòng)各自系統(tǒng)，促使控制的安全性能夠獲得提升。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，對(duì)炭素煅燒窯工藝展開分析，并且對(duì)其控制系統(tǒng)的開發(fā)作出研究，能夠?qū)φw工程控制中存在的問題進(jìn)行解決，并且獲取良好的控制效果，從而將炭素制品的產(chǎn)品質(zhì)量得以保障，達(dá)成相關(guān)部門提出的節(jié)能減排的作用，將產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力提升，促使炭素煅燒窯工藝與計(jì)算機(jī)集成控制的應(yīng)用能夠得以高效完成。

參考文獻(xiàn)：

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[3]師樹英.炭素煅燒回轉(zhuǎn)窯工藝控制有效性分析[C].中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì).有色金屬工業(yè)科技創(chuàng)新——中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)：中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)，2008：311-315.

[4]尹震輝.炭素回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)及物料運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究[D].東北大學(xué)，2008.

[5]郝杰.炭素煅燒窯工藝分析與控制系統(tǒng)開發(fā)[D].東北大學(xué)，2008.