PECHINEY陽極焙燒爐結(jié)構(gòu)特點分析

1、PECHINEY陽極焙燒爐結(jié)構(gòu)特點分析劉潔摘要：分析了法國PECHINEY焙燒爐的結(jié)構(gòu)特點及自動控制技術(shù)對焙燒過程的影響，該焙燒爐焙燒的陽極質(zhì)量與普通的焙燒爐相比大大提高，能耗降低了近一半。關(guān)鍵詞：陽極質(zhì)量；膨脹縫；火道墻中圖分類號：TQ127.11文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1001-3741(2000)01-0031-03THE ANALYSIS TO STRUCTURE CHARACTERISTICS OF PECHINEY ANODE BAKING FURNACELIU Jie(Guiyang Aluminium and Magnesium Design and Research Inst

2、itute,Guizhou Guiyang 550004,China) Abstract: The structure characteristics of the Pechiney baking furnace and the influence of automatic control technology on baking process were analyzed.The quality of anodes baked in the pechiney baking furnace is much better than that in the conventional baking

3、furnaces and the energy consumption for unit anode product decreases nearly half.Key words: Anode quality;expend joint;flue wall焙燒是炭素制品生產(chǎn)中的一個重要工序，焙燒溫度的均一性、升溫速率、溫度梯度及焙燒最高溫度對陽極質(zhì)量都有很大影響。1997年國內(nèi)某鋁廠引進(jìn)了PECHINEY陽極焙燒爐，該焙燒爐產(chǎn)能大，消耗低，工藝設(shè)計上有一些特點，本文分析了該爐的結(jié)構(gòu)特點及其溫度、氣流的自動控制，供炭素同行們參考。1PECHINEY陽極焙燒爐概要及結(jié)構(gòu)特點分析PECHINEY陽極

4、焙燒爐是敞開環(huán)式焙燒爐，在火道墻的設(shè)計上獨具特色，因而爐內(nèi)溫度分布均勻。爐室中最大陽極溫度偏差在50以下；陽極焙燒終溫為（1080±20），并縮短了焙燒周期（28h），配合加熱自動控制技術(shù)焙燒升溫時，溫度梯度得到控制，最終提高了陽極質(zhì)量。PECHINEY焙燒爐還有個特點是裝爐量大，其2個火焰系統(tǒng)的年產(chǎn)量比貴鋁前八萬電解廠陽極分廠4個火焰系統(tǒng)焙燒爐的年產(chǎn)量多1萬t，其每噸產(chǎn)品能耗降低至272萬kJ。下面對PECHINEY焙燒爐各部分結(jié)構(gòu)特點作出分析。1.1混凝土爐殼焙燒爐最外層的混凝土爐殼座于0.000m標(biāo)高以上，底部連續(xù)排列著混凝土槽形板，極大地減少了爐底散熱。另外，混凝土爐殼壁厚減

5、少了40，經(jīng)計算：其6m高爐殼與傳統(tǒng)焙燒爐4m高爐殼重量相等。1.2爐底及側(cè)墻在不增加爐底保溫層厚度的前提下，爐底采用多層保溫材料砌筑，每層磚縫和膨脹縫互相錯開，在爐底內(nèi)壁至外壁之間形成曲折的膨脹縫路線，保持砌體的氣密性，有利于保護(hù)混凝土爐殼，同時保溫材料體積密度降低0.25g/cm3，爐底散熱和蓄熱隨之降低。根據(jù)PECHINEY資料透露，爐底混凝土表面溫度只有160。側(cè)墻與爐底擁有同樣的設(shè)計思想。側(cè)墻的豎縫和臥縫均控制在2mm以下。這里側(cè)墻的厚度已包括了擋墻的厚度，將原來的擋墻改變?yōu)檩p質(zhì)耐火磚墻，成為側(cè)墻的一部分。側(cè)墻上膨脹縫排列規(guī)整、均勻。每面爐室的側(cè)墻上留4條膨脹縫，這些膨脹縫呈同樣的平

6、面形狀，并在高度方向上每十層平移一下。側(cè)墻上還分布了與混凝土爐殼相連結(jié)的拉磚，這對于5m高的側(cè)墻來說是必要的。4種不同材質(zhì)的耐火材料從內(nèi)向外排列，隨著不同部位的溫降選用導(dǎo)熱系數(shù)盡可能低的材質(zhì)，最終在混凝土爐殼側(cè)部的表面溫度只有110。1.3火道墻和橫墻火道墻、橫墻座落于爐底板上面，爐底板用較大的方形耐火板磚砌成，便于火道墻、橫墻作膨脹移動，同時爐底板所設(shè)膨脹縫的位置避開了那些被火道墻、橫墻壓住的部位，免得靠近火道墻、橫墻上的膨脹縫。火道墻的設(shè)計運用水模型和計算機優(yōu)化設(shè)計，其溫度分布均勻，火道最高加熱溫度保持在1180一段時間，就可以使陽極焙燒到(1180±20)。由于火道溫度降低，火

7、道墻和橫墻的耐火材料可用粘土磚替代高鋁磚。粘土磚具有較好的抗熱震性，更有利于間斷式加熱的焙燒爐。但這些粘土磚應(yīng)具有較高的荷重軟化點和較低的高溫蠕變?；鸬缐?m多長，膨脹縫只能設(shè)于兩端，為便于火道墻在長距離內(nèi)作膨脹移動，在火道墻底部鋪了鋁釩土墊層。橫墻上每段料箱處都留一道膨脹縫，橫墻作膨脹移動的時候不致影響到火道墻的穩(wěn)定性?；鸬缐蜋M墻的頂部是用400mm厚的預(yù)制塊砌筑的，橫墻頂部不設(shè)排煙孔，排煙孔移到了火道墻上，火道墻頂部的預(yù)制塊預(yù)留了4個孔，這些孔是冷卻、鼓風(fēng)、燃燒、測溫和排煙用的孔。實踐證明：用厚預(yù)制塊筑頂，其爐面表面溫度降低，便于工人爐面操作，橫墻上無排煙孔更方便了工人行走。1.4連通煙

8、道焙燒爐兩端的連通煙道分離于爐殼之外，用金屬作外殼，內(nèi)襯輕質(zhì)耐火磚，煙道內(nèi)截面達(dá)1.6m2，金屬作外殼保證了連通煙道接口和煙道的形狀，煙道斷面呈圓形減少了氣流局部阻力損失系數(shù)，同時輕質(zhì)磚內(nèi)襯又降低了煙道蓄熱，減少了煙氣流動過程的溫降，這對預(yù)焙燒爐室得到均勻加熱具有重要的意義。1.5排煙道排煙道是一個U形鋼煙道。里面不襯磚，當(dāng)中均勻設(shè)置了金屬膨脹節(jié)，火道墻上每一塊磚留26mm的豎縫，這些豎縫為空縫，瀝青揮發(fā)分逸出后完全進(jìn)入火道墻內(nèi)燃燒,煙道內(nèi)無焦油沉積。以上是從前八萬焙燒爐的角度來分析PECHINEY焙燒爐的結(jié)構(gòu)特點，這有利于改進(jìn)傳統(tǒng)焙燒爐，在沒有加熱和氣流自動控制設(shè)備的情況下，爐殼、爐底、連通

9、煙道、側(cè)墻和橫墻的是可以借鑒的。PECHINEY焙燒爐與前八萬焙燒爐焙燒均一性和使用壽命對比見表1。表1PECHINEY焙燒爐與前八萬焙燒爐均一性和使用壽命對比項目PECHINEY前八萬爐室中最大陽極溫度偏差/50200火道墻使用周期/次>10040側(cè)墻、爐殼使用周期/次400150橫墻、連通煙道使用周期/次250702PECHINEY焙燒爐溫度和氣流自動控制系統(tǒng)的作用 2.1溫度和氣流自動控制原理在控制模型中已設(shè)定的參數(shù)有焙燒加熱煙氣起始和終了溫度、升溫梯度、排煙壓力。在排煙區(qū)，每條火道設(shè)置一個測溫點和一個測壓點。在加熱區(qū)，每條火道設(shè)置三個測溫點（見圖1）。 圖1溫度、壓力測

10、量點示意圖每一條煙道墻線路通過一個獨立的PID（比例積分微分）調(diào)節(jié)器對測溫?zé)犭娕妓蛠淼膶嶋H溫度值與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，從而確定一個燒嘴功率，由調(diào)節(jié)器對電磁脈沖閥的開閉頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)以實現(xiàn)上述燒嘴功率，同時達(dá)到控制火道墻溫度的目的。這臺PID調(diào)節(jié)器也執(zhí)行來自壓力軟件的操作命令，通過改變排煙架電動風(fēng)擋的開度來調(diào)節(jié)排煙壓力。最終在每一條煙道線路上，從排煙區(qū)到加熱區(qū)形成燃油與排煙量相互調(diào)節(jié)的自動控制區(qū)域。7條火道墻線路的PID具有同樣的設(shè)定值。2.2溫度和氣流控制系統(tǒng)的作用1)挪威希德羅鋁業(yè)公司（Hydro）和瑞士研究與發(fā)展炭素公司（RD）的研究指出1，焙燒陽極在300600之間釋放揮發(fā)分，這時焙燒溫度

11、梯度必須小于12/h，否則陽極會產(chǎn)生細(xì)微裂縫，影響陽極質(zhì)量。溫度梯度控制在12/h以下只有自動控制才能保證。2)同一爐室的所有火道用同樣的設(shè)定參數(shù)去控制，按同一條焙燒曲線升溫。3)精確地控制加熱爐室9001200的升溫及保溫過程，穩(wěn)定的陽極焙燒終了溫度（1080±20），RD研究指出，陽極焙燒終了溫度越高，陽極導(dǎo)熱率越高，在槽上其陽極頂部越容易氧化。4)預(yù)熱爐室揮發(fā)分逸出后進(jìn)入火道墻，在適當(dāng)?shù)臏囟认?>750)才能燃燒，火道墻內(nèi)煙氣溫度可以通過調(diào)節(jié)排煙壓力得到控制，揮發(fā)分得以充分燃燒，降低能耗，減少污染。5)零壓點是溫度和氣流自動控制系統(tǒng)的一部分，圖1中示意了零壓點位置。將零壓點設(shè)在此處符合煙道墻線路上氣流的合理運用，防止了過?？諝饬?，降低了能耗。3結(jié)語PECHINEY陽極焙燒爐在結(jié)構(gòu)上的特點保證了爐子產(chǎn)能高、能耗低，節(jié)約了基建投資費用，此外，自動控制燃燒及排煙量技術(shù)的運用保證了陽極焙燒的均勻性和對焙燒