電解槽焙燒裝置技術(shù)方案

1、電解槽煙氣焙燒裝置技術(shù)方案一、電解槽焙燒方法及特點電解槽焙燒的目的是通過給電解槽逐漸升溫，使電解槽陰極內(nèi)襯中的水分得 以烘干，陰極和陽極的溫度接近電解槽正常生產(chǎn)溫度，電解槽邊部的斜坡扎糊和 陰極碳塊之間的碳縫糊得以焦化和燒結(jié)。因此焙燒方法的選擇對鋁電解槽能否盡 快轉(zhuǎn)入生產(chǎn)、尤其是對大型預(yù)焙電解槽槽壽命的影響至關(guān)重要。我國電解槽通用 的焙燒方法主要有3種：鋁液焙燒法、焦粒焙燒法、燃料焙燒法。鋁液焙燒法是電解槽焙燒的一種傳統(tǒng)方法。其最大優(yōu)點是簡便和煙氣量較 小。其弊端是灌鋁時900C以上高溫的鋁液直接接觸常溫的陰極炭塊及扎糊，熱 沖擊引發(fā)的熱應(yīng)力會使炭素內(nèi)襯產(chǎn)生裂紋或?qū)訝顒冸x，以及液體金屬可通過炭

2、塊 內(nèi)襯的任何一個小裂紋進入陰極內(nèi)部，并與耐火材料和保溫材料發(fā)生反應(yīng)，形成 腐蝕空腔，并進一步發(fā)展為泄漏，從而引發(fā)電解槽出現(xiàn)早期破損和壽命縮短等問 題。目前國內(nèi)外大多數(shù)電解鋁企業(yè)已不再采用此種方法。焦粒焙燒法是目前我國所有電解鋁廠廣泛采用的一種焙燒方法。其優(yōu)點在 于：陰極可從常溫逐漸升溫預(yù)熱，避免了鋁液焙燒法中灌入高溫鋁液時的瞬間強 烈熱沖擊，且不需要復(fù)雜設(shè)備、不需要燃料、基本上不存在陰極炭塊燒損問題。 其最大的缺點在于：升溫速度、溫度分布均勻性無法有效控制，并且電能耗費量 較大。燃氣焙燒法是最近幾年出現(xiàn)的新型先進的焙燒方法，國外電解鋁企業(yè)廣泛采 用此方法，我國電解鋁行業(yè)最早在廣西平果鋁業(yè)進行

3、過相關(guān)試驗，因當時的理論 研究和控制技術(shù)、裝備均不夠成熟，最終未能在國內(nèi)推廣。目前行業(yè)內(nèi)正在推廣 的異型陰極電解槽，因為陰極結(jié)構(gòu)的特殊性，必須采用此種焙燒法才能保證電解 槽順利焙燒啟動。燃氣焙燒法的優(yōu)點：1、升溫速度可控性好；2、可控制調(diào)節(jié)電 解槽內(nèi)各點的溫度，使溫度分布均勻；3、啟動后不需要清除焦粒；4、不存在電 流分布問題；5、相對于鋁液、焦粒焙燒法其更加節(jié)能、節(jié)約焙燒成本。鄭州經(jīng)緯科技是行業(yè)內(nèi)高新技術(shù)裝備專業(yè)生產(chǎn)商，鄭州經(jīng)緯科技聯(lián)合東北大 學馮乃祥教授等知名專家團隊和行業(yè)內(nèi)多家大型骨干生產(chǎn)企業(yè)，合作開發(fā)成功的 鋁電解槽燃氣焙燒法一一煙氣焙燒系列裝置，在溫度高于300 C時，各點的 溫度控

4、制精度可以達到5C以內(nèi)。不僅能夠滿足異型陰極電解槽的焙燒要求， 也同樣適用于各型傳統(tǒng)電解槽的焙燒啟動。具有升溫曲線控制精確、溫度均勻、 經(jīng)濟可靠、方便適用等明顯優(yōu)勢。二、煙氣焙燒裝置簡述本裝置由3部分構(gòu)成：控制站、燃料站、燃燒站?？刂普局饕怯蒔LC控制 單元組成，通過引入計算機控制技術(shù)方便的實現(xiàn)對焙燒過程的全程監(jiān)測和全自動 控制；燃料站是燃料以及空氣接口和分配部分；燃燒站主要由燃燒器組成，是煙 氣焙燒裝置的執(zhí)行機構(gòu)。以300KA電解槽為例，煙氣焙燒裝置系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所 示：1控制站控制站通過引入計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)對整個焙燒過程的控制和記錄。以 下敘述了控制站計算機系統(tǒng)構(gòu)成、控制站功能、測點的

5、檢測、控制精度等主 要功能。1.1控制站計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成操作站選用1臺觸摸屏計算機作為系統(tǒng)上位機，安裝于現(xiàn)場控制柜；上 位機軟件采用西門子公司的WINCC軟件；下位機選用西門子300系列PLC，CPU采用315-2DP。計算機監(jiān)控系統(tǒng)框圖如下:主控站PLC主控瞄屏燃燎站 燃氣電磁昭燃燎站 空氣電磁胡接縮、點火 控制器燃燒站空氣電磁幅燃氣電磁閥主控站PLC主控瞄屏燃燎站 燃氣電磁昭燃燎站 空氣電磁胡接縮、點火 控制器燃燒站空氣電磁幅燃氣電磁閥1.2控制站功能1）設(shè)定升溫曲線生產(chǎn)人員可以根據(jù)電解鋁槽預(yù)定的焙燒啟動方案設(shè)定整個焙燒過程 升溫曲線：預(yù)定焙燒時間、設(shè)定各個溫度段的升溫速率等等。計算機控

6、制 系統(tǒng)將根據(jù)生產(chǎn)人員的設(shè)定生成預(yù)定升溫曲線。2）焙燒過程全自動控制在生產(chǎn)人員預(yù)先設(shè)定好焙燒曲線，焙燒啟動之后，控制器將通過自 動調(diào)節(jié)燃氣和空氣電磁閥的開關(guān)頻率達到調(diào)節(jié)燃氣流量和空氣流量的目 的，進而實現(xiàn)按預(yù)先設(shè)定的升溫曲線比較準確的控制升溫速度。焙燒過程 中的設(shè)定升溫曲線、各點的實際升溫曲線和異常情況都在計算機屏幕上顯 示并記錄下來。3）焙燒過程全手動控制用戶也可在計算機屏幕上將焙燒過程控制狀態(tài)切換到全手動模式。 此模式下：操作人員可以根據(jù)焙燒溫度及操作經(jīng)驗通過手動調(diào)節(jié)各點電磁 閥的動作頻率控制燃氣和空氣流量，從而實現(xiàn)升溫過程的手動調(diào)節(jié)。1.3控制站主要控制點和檢測點1）溫度檢測在電解槽陽極

7、中縫處埋設(shè)熱電偶，檢測相應(yīng)點的焙燒溫度。以供上位 機控制和調(diào)節(jié)升溫速度和各點的溫度分布。2）電磁閥控制在每組燃燒器的進風端和進燃氣端分別設(shè)置1個電磁閥，上位機通過 控制電磁閥的動作頻率實現(xiàn)控制升溫速率和調(diào)節(jié)各點溫度的目的。3）燃氣流量壓力檢測在燃料站的燃氣總管上設(shè)置燃氣的流量和壓力檢測，記錄燃氣消耗和 壓力情況。4）鼓風機變頻控制變頻鼓風機的相應(yīng)測點連至上位機，由上位機通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率 實現(xiàn)調(diào)節(jié)風量。上位機可觀測鼓風機的狀態(tài)和運行情況。5）煙氣中氧含量檢測在電解槽煙氣出口處加裝2個氧化鋯氣體分析儀分別分析煙氣中氧氣 含量，以控制調(diào)節(jié)燃燒器的燃燒狀態(tài)，使電解槽內(nèi)高溫煙氣始終處于貧氧 狀態(tài)。氧

8、氣含量可控制在1%之內(nèi)。1.4控制站的控制精度通過控制電磁閥開關(guān)頻率的方式來調(diào)節(jié)燃氣和空氣流量，實現(xiàn)精確控制 升溫速率和調(diào)節(jié)各點的溫度分布的目的。此種方法相比較于調(diào)節(jié)閥來說，克 服了調(diào)節(jié)閥動作時間的滯后，控制的精度更高。實踐證明：在槽內(nèi)溫度高于 300 C時，各點的溫度控制精度可以達到5C以內(nèi)。2 燃料站燃料站主要實現(xiàn)燃氣和空氣到燃燒站的連接和分配。燃料站小車布局示 意圖如下：燃氣燃氣.1成 二空氣丁 空氣密g小至燃料站的特點：1、便于燃氣和空氣的分配。2、燃氣管源頭留有與外來燃氣源的接口，方便與燃氣源的連接。3、設(shè)流量、壓力測點，便于計量和監(jiān)控燃氣的消耗量和壓力狀態(tài)。4、可將鼓風量調(diào)節(jié)在最佳

9、狀態(tài)運行。3 燃燒站燃燒站是煙氣焙燒裝置的執(zhí)行機構(gòu)。主要裝置包括：電磁閥、分線箱、燃燒器。燃燒站局部示意圖如下：7/3.1分線箱每一個燃燒器附近配一個分線箱。將電磁閥、燃燒器及附近熱電偶的線 都引入其中，然后經(jīng)過航空插頭由多芯控制電纜統(tǒng)一連至控制系統(tǒng)：焙燒現(xiàn)場的控制電纜整齊規(guī)整，使每次焙燒裝置安裝使用方便、安全、快捷。3.2電磁閥采用電磁閥控制比調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)優(yōu)勢更為明顯：1、PLC更適合與開關(guān)量的控制；2、電磁閥控制流量從而實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)的精確度更高，如前所述，在溫度高于300C時，其控制精度可達到5C； 3、控制成本低、維護量小。3.3燃燒器燃燒器是燃燒站的核心設(shè)備。燃氣和空氣在此混合燃燒、高溫

10、煙氣由此 進入電解槽內(nèi)。此燃燒器由空氣管、燃氣管、空氣旋流器、混合氣噴頭、安 裝板和燃燒器磚等構(gòu)成。燃氣由燃氣管噴出后與通過旋流器的旋轉(zhuǎn)空氣流進 行混合、混合氣體由噴頭噴出后在燃燒室內(nèi)進行完全燃燒。燃燒器技術(shù)性能、 結(jié)構(gòu)、尺寸如下：燃燒器技術(shù)性能:液化氣低發(fā)熱值100000KJ/NM3天然氣低發(fā)熱值35590KJ/NM3燃燒器前燃氣壓力1505000Pa額定5000Pa燃燒器前空氣壓力6003000Pa額定3000Pa空氣過剩系數(shù)1.051.10燃燒器結(jié)構(gòu)圖:I斜1燒哺路枸科3.4燃燒器性能1）燃燒器采用空氣旋流器裝置，空氣和燃氣的混合將更為均勻，便于充 分燃燒。2）燃燒器配有自動點火系統(tǒng)和火焰監(jiān)視器。火焰監(jiān)視器將根據(jù)點火情況 自動控制點火器點火，直到點火成功為止。3）煙氣中的氧含量可控制調(diào)節(jié)在1%以內(nèi)。4）燃燒器室結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，燃燒完全度高、燃燒穩(wěn)定、噪音較低。三、煙氣焙燒裝置的經(jīng)濟效益對于168千安異型陰極電解槽采用燃氣-鋁液二段焙燒法，使用我公司煙氣 焙燒裝置的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：該方法火焰焙燒24小時