新型炉面节能接口组件在炭素焙烧炉上的应用
新型炉面节能接口组件在炭素焙烧炉上的应用
张恒海1 施国荣2 周友土2 杨正华3 姚世焕4
(1.上海恒洋仪表科技有限公司，上海200070； 2.浙江华东铝业，浙江321103；
3.抚顺铝业，抚顺1130017；4.贵阳铝镁设计院，贵阳550000）
摘要：论述了研究开发新型炭素焙烧炉炉面接口组件的必要性和重要意义，通过对传统组件材质和结构的改进，达到炉面节能降耗的目的。应用结果显示新型组件较之传统组件，车间环境温度平均下降9℃，燃烧器底座温度平均下降191℃，减少CO2排放12㎏/T炭素，年节约炉面辅助设备约34.73%，减轻劳动强度38.71%，节约钢材90.86%，取得了明显的经济效益。
关键词：焙烧炉炉面设备；研发；应用；节能降耗；经济效益
The application of new contact equipmentsin anode baking furnace
Zhang henghai, Shi guorong, Zhou youtu, Yang zhenghua, Yaoshihuan
[Abstract] It is necessary and important that reduce the heat lossand energy consumption from horizontal surface of anode bakingfurnace, the materials and construction of traditional contactequipments were improved. a lot of equipments for contact with openholes of baking furnace have been developed, As the result, theroom environmental temperature was decreased by an average of 9℃;the temperature of lids for furnace ‘s holes was decreased by anaverage of 180℃;the basement temperature of burner was decreased191℃; the oils consumption has saved about 3.03 kg / t anode; theCO2 was reduced about 12 kg/ t anode；the contact equipments weresaved 34.7% and labor intensity has been reduced 38.7%; the use ofsteel was decreased about 90.86% per years. So that, the economicbenefit make remarkable achievement.
Key wards: contact equipment of anode baking furnace; development;application; energy saving; economic benefit.
随着我国电解铝工业的发展，铝用炭素是电解铝生产中不可缺少的生产环节。但是，铝用炭素是高能耗行业，因此，生产中必须以提高资源利用率和节能降耗为重点，以促进企业的可持续性发展。上海恒洋仪表科技有限公司致力于碳素焙烧炉炉面设备的研发，为实现炉面接口及辅助设备有效保持炉温、减少热损失、降低炉面温度、延长辅助设备使用寿命、改善工作环境、减轻员工劳动强度为目标，成功研制了“新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件”。经抚顺铝业、浙江华东铝业、青海桥头铝业、内蒙古霍煤通顺炭素等四家企业应用后,对比传统炉面组件，环境温度平均下降9℃，燃烧器底座温度平均下降191℃，降低燃料消耗4%以上，减少CO2排放12㎏/T炭素，年节约炉面辅助设备约34.73%，减轻劳动强度38.71%，节约钢材90.86%。
1 开展新型炭素焙烧炉炉面接口组件研制的必要性和重要意义
1.1 节能降耗势在必行
国内外通常使用的炭素焙烧炉有两种形式，即敞开式环式焙烧炉和有盖式焙烧炉。这两种焙烧炉主要用于铝用炭素阳极与阴极焙烧和炼钢电极焙烧。目前，我国铝用炭素阳极焙烧均采用敞开式环式焙烧炉，生产实践表明焙烧炉的热利用率和热损失约各占一半，每吨炭素阳极成品的燃料消耗一般在2.4-3.2GJ/T（约折合一般重油60-80kg/T）。当前国际上有些发达国家的先进焙烧炉在阳极原料要求十分苛刻和沥青被完全燃烧（新技术）的条件下，燃料消耗可以降到1.8-1.9GJ/T阳极，比我国平均水平减少了约15-30kg/T的重油。因此，降低铝用炭素阳极焙烧炉的燃料消耗，一直是炭素行业长期探索和研究的重大课题。
1.2 新型炭素焙烧炉炉面接口组件开发的重大意义
多年来，国内外在炭素焙烧炉节能降耗方面，针对炉体结构、焙烧工艺和燃料燃烧等进行了大量的研究工作，尚没有注意到焙烧炉的辅助设备对能耗的影响。目前，我国绝大多数炭素企业使用的焙烧炉是上世纪九十年代末开发的，炉面配置的辅助设备沿用了传统的铸铁圈/铸铁盖/铁皮盖、重油燃烧器座、气体燃烧器、热电偶架、测温测压架和测负压架，而材质均为普通铸铁和普通钢材，设备笨重简陋，而且功能是配合测温仪表、测压仪表和控制系统来完成对炉温和能源输入的测量控制。由于焙烧炉与炉面辅助设备接口直径过大，导致炉面温度高，损失了大量的热能，增加了燃料消耗；同时，由于辅助设备结构和材质有较大的缺陷，致使产品使用寿命短且操作劳动强度大。因此，必须研发一组新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件，解决上述存在的各种缺陷，提高企业的经济效益和社会效益。
2 新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件的组成及效果对比
2.1 新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件的组成
新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件由炉口变径盖、配套座、平口塞、新型燃烧器、新型热电偶支架、新型测温测压探头、新型负压探头组成。该组件实现了：
1\新型变径炉盖将接口直径由300㎜减少到70㎜，面积缩小77%，明显降低散热量，减少热损失，炉面温度及环境温度相应降低；
2\变径盖的配套底座直接镶嵌于炉面接口内壁，增加了炉面辅助器件与炉面接口处的密封性，保证负压操作，稳定炉况；
3\组件中各工件结构及材质的优化，耐火浇注料材质的变径炉盖和配套座、平口塞代替了传统的铸铁组件，明显降低了重量，使用寿命和性价比得到提高，劳动强度相应减轻。
2.2 新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件与传统组件的效果对比
新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件经现场使用后，与传统组件形成明显对比，取得了上述效果，如图1—8所示。
图1 传统组件（左）与新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件（右）的整体效果对比图
2.3 国内外相关研究的状况
根据上海科学技术情报研究所提供的《科技查新报告》（20080867号）证实：该项目通过数段圆柱体叠加状的变径盖，将传统炭素焙烧炉面各炉口散热直径由300㎜减少到70㎜，并配用新型热电偶支架、新型测温测压架、新型气体燃烧器、新型重油燃烧器、新型负压探头，实现焙烧炉的测控，并降低生产炭素的能耗，未见过国内外相同文献报道。
3 新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件应用测试数据和结论
2008年6月抚顺铝业对新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件在环境温度、炉面表面温度、热电偶支架表面温度、新旧炉盖表面温度、能源消耗等方面，进行了应用测试。
3.1 炉面环境和表面温度的测试点
图9：在3个加热架（HR1、HR2、HR3）上的第4、5、6火道选取9个环境温度检测点、9个燃烧器底座表面温度点、9个热电偶支架表面温度点；3个压力支架表面温度点（如图10），分别采用煤油温度计、普通水银温度计、接触式温度仪，每4小时记录一次。
图9 环境温度检测示意图 图10 表面温度检测示意图
3.1.1 炉面环境温度测试
选取6号炉室第4、5、6火道距炉面300mm，采用煤油温度计悬挂测量炉面环境温度。如图11。经过测量对比，炉面环境温度从56℃下降到47℃，平均下降9℃；职工在炉面作业，能明显感觉到温度的变化，作业环境得到了改善。
3.1.2 燃烧器底座表面温度测试
选取7号炉室第4、5、6火道上的燃烧器底座表面，采用表面温度计接触测量从4P到6P96小时的温度。如图12。经测量对比，燃烧器底座表面温度有明显的变化，使用新组件前，其平均温度为339℃，使用后降为148℃。平均下降了191℃，燃烧器底座经常呈红热状态的现象消失。
3.1.3 热电偶支架表面温度测试
选取7号炉室第4、5、6火道热电偶支架，采用表面温度计接触测量从4P到6P共96小时的温度。如图13。经过对比分析，热电偶支架表面温度有明显的变化，使用新组件前，其平均温度为240℃，使用后降为117℃。平均下降了23℃。
3.1.4 新旧炉盖表面温度测试
选取7号炉室第4、5、6火道新旧炉盖，采用表面温度计接触测量从4P到6P共96小时的温度。如图14。经对比，炉盖表面温度变化明显，使用旧炉盖，其平均温度为361℃，使用后降为181℃。平均下降了180℃。
3.2 能耗测试
3.2.1 重油消耗测试
测试采用重油流量计，进行传统组件和新型组件重油消耗记录，如图15。经过（新旧）两个焙烧周期测试，采用新型组件后节油效果显著，重油单耗由76.83kg/T下降到73.8kg/T，节约重油3.03kg/T；测试单位年产炭素60000T、可节约重油181.8T，按重油4500元/T计算，节约资金81.81万元；按每千克重油燃烧所产生的CO2量为4kg计算，年减少CO2排放727.2T。
3.2.2 金属材料消耗对比
以年产6万吨炭素所需辅助设备为计算标准，需炉面接口设备1260套、重油燃烧器108个、热电偶支架54个、测温测压探头（架）18个、负压探头（架）18个。金属材料消耗对比见表1。结论：采用新型组件后金属材料大幅节约，所用金属材料由31412.16kg减少到2871kg，可节约金属材料28.54T/年，炉面设备操作重量由31412.16kg减轻到19251kg，劳动强度减轻38.71%。
表1 使用新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件前后金属材料消耗对比（重量：kg；使用寿命：月）
4结语
通过实践证明，我国自主研发的新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件，实现了焙烧炉节能降耗、改善职工作业环境的目标。以2007年我国炭素产量700万吨计算，如果全部采用新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件，那么全行业年可节约重油2.1万吨，年节约炉面辅助设备2230多万元，年减少CO2排放8.4万吨以上，年节约金属材料3320多万吨，生产车间工作环境将会得到明显改善，劳动强度也将会明显降低，为降低炭素生产成本、节能降耗、改善劳动强度及工作环境做出了重要的贡献，经济效益和社会效益显著，具有很好的推广前景。
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图15 使用新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件前后重油消耗对比
图14 采用新型变径盖前后表面温度对比
图13 热电偶支架表面温度对比
图12 燃烧器底座表面温度对比
图11 环境温度对比
图2 传统组件（左）与新型炭素焙烧炉炉面接口测控组件（右）的密封保温效果对比图
图3 传统炉面接口（左）与新型炭素焙烧炉炉面接口（右）的实际效果对比 
图4 传统重油燃烧器（左）与新型重油燃烧器（右）的实际效果对比图 
图5 传统气体燃烧器（左）与新型气体燃烧器（右）的实际效果对比图
图6 传统热电偶支架（左）与新型热电偶（右）之间的实际效果对比图
图7 传统测温测压探头（左）与新型测温测压探头（右）的实际效果对比图
图8 传统负压探头（左）与新型负压探头（右）的实际效果对比图
