DOC《阳极焙烧炉重油改天然气技术及应用》

阳极焙烧炉重油改天然气技术及应用 尹健1,柏登成1,张念炳2 (1.

中铝贵州分公司碳素厂,贵阳 550014;

2.贵州师范大学 材料与建筑工程学院,贵阳 550014) 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:TF821 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2014)07-0000-00 Technology and Application of Substitution of Heavy Oil by Natural Gas for Anode Baking Furnace YIN Jian1, BAI Deng-cheng1, ZHANG Nian-bing2 (1. Carbon Factory, Guizhou Branch of Chalco, Guiyang 550014, China;

2. The Materials and Metallurgical College, Guizhou Normal University, Guiyang 550014, China) Abstract: Adjustment of energy structure to substitute heavy oil by natural gas in production of aluminum anode baking was introduced. The technology to convert oil to gas was applied so as to address a series of problems including occurrence of coking on heavy oil, poor fluidity and poor quality under influence of temperature. Cost reduction and improvement of manufacturing technique and environment are achieved with application of the technology. Key words: baking furnace;

heavy oil;

natural gas;

combustion 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[1-2].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重油向天然气的改造[3-7].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,2011年3月,贵州分公司碳素焙烧8个火焰系统、共24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[8],中铝贵州分公司使用的是2台54室和1台34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,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. 收稿日期:2014-01-14 基金项目:贵州省科技计划项目(黔科合GY字[2012]3051,黔科合高G字[2012]4002);

贵州省普通高等学校特色重点实验室建设项目(黔教合KY字[2012]004号);

贵阳市科技计划项目(筑科合同[2012205]6-6) 作者简介:尹健(1970-),男,湖南洞口人,硕士,工程师. 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

000 m,三厂房铺设燃气总管道约300 m. 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 Fig.1 Circuit of nature gas burning after transformation 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24 V电磁阀的供电要求.在原PLC控制系统中新增数字量输出模块,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40 kPa左右)通过喷嘴喷入火道,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10~30 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表1~2所示. 表1 重油燃烧下的焙烧碳块升温曲线 Table

1 Heating curve of baking carbon block with heavy oil 温度段/℃ 运行时间/h 升温速度/(℃・h-1) 加热方式 270~650

28 13.57 烟气预热 650~820

56 3.04 烟气预热 820~1

140 56 5.71 强制加热

1 140

28 0 强制加热 表2 天然气燃烧下的焙烧碳块升温曲线 Table

2 Heating curve of baking carbon block with nature gas 温度段/℃ 运行时间/h 升温速度/(℃・h-1) 加热方式 280~570

28 10.36 烟气预热 570~860

56 5.18 烟气预热 860~1

170 46 6.74 强制加热

1 170

38 0 强制加热 环式焙烧炉受到总炉室数的限制,必须在规定的时间内让炭块温度达到足够的温度,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 2011年3月10日阳极焙烧第8个火焰系统点火,达到24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70 kg,生产成本为305.13元(以重油单价4 359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72 m3,生产成本为264.96元(以天然气单价3.68元/m3计).每生产1 t焙烧块节约费用40.17元,碳素厂按年生产阳极焙烧块22.5万t计算,年降低成本903.83万元.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 [1] 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,2011,13(4):18-21. [2] 张斌. 焙烧炉燃烧系统油改天然气研究与应用[J]. 炭素,2010(1):46-48. [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,2010(14):110-112. [4] 王水鱼,安鸽. 基于FPGA的汽车油改气电控系统的研究与设计[J]. 微型机与应用,2010(13):93-96. [5] 姜文斌. GT13E2燃气轮机 油改气 工程[J]. 燃气轮机技术,2007,20(1):69-72. [6] 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,2012(10):15-20. [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,2013(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,2005:145-175. ........