某铝业公司碳素厂煅烧炉更新改造项目可行性研究

某铝业公司碳素厂煅烧炉更新改造项目可行性研究内容摘要：

实际情况比观察 到的更加 严重。 2020 年 8 月技术人员对煅烧炉个别料罐排空观察，发现料罐内壁烧穿非常 厉害 ， 烧穿面积 最大的地方达 ，且整个料罐内壁斑驳。 火道和料罐之间的硅砖墙被击穿，火道的负压制度被破坏，多条火道出现窜火 、下火，烟道温度过高，煅烧炉后大墙被烧穿。 因为火道烧穿严重 ， 已经不能进行生产 和排料 的料罐累计已经达到 14 个 ； 其它虽然烧穿但是仍在生产的料罐 ，其情况还在进一步恶化。 令人担忧的是， 如果烧穿的面积过大，整个煅烧炉砌体的安全性将 会受到严重的威胁。 碳素厂于 2020 年 10 月对 6煅烧炉炉体采取保护性的生产措施，如降低最 高温度，降低炉产量，减少清炉次数，加强炉体的巡视和密封工作等。 碳素厂 也 曾尝试采用热补法对破损处进行修补，但由于硅砖呈现大面积粉化脱落， 且漏洞大，无法实施。 碳素厂聘请有关耐火材料专家进行诊断，经研究讨论也确认无法采取可行的补救办法。 实际上，煅烧炉中心耐高温部分由硅砖砌筑，一旦出现烧穿，不停炉时 在 1300℃ 以上 的高温情况下根本不可能修补。 如果 不从根本上消除 材质的缺陷 ， 采取的 措施 即便再好，也 不能彻底解决问题。 目前料罐烧穿现象仍在进一步加剧 ，只能勉强维持生产。 原因分析 在发现煅烧炉烧穿的 情况 后，碳素厂针对出现的问题认真分析了原因，从耐火材料、 炉子 砌筑、烘炉、操作等各个环节进行 了调查和研究。 1） 耐火材料 硅砖部分的耐腐蚀性从理化指标上很 难 作出 鉴定。 当初 6煅烧炉砌筑时，采用的硅砖质量指标均合格，不 应该 出现如此大面积的烧损 情况。 8 从现场情况看，硅砖的烧穿 是脱落性质 ，而 非熔化性质。 从西台 6料罐看，面积 5m2范围内硅砖 有 不同程度的脱落，脱落深度 最小有 15mm，最大达 200mm。 碳素厂的 1～ 6共 6 台煅烧炉， 炉体 结构、操作方法基本都相同，除 6炉外，其他 炉 子 的使用年限都已超过了 8 年，即使因长时间使用引起的烧穿也仅是个别料罐，像 6煅烧炉这样的情况还是第一次出现。 碳素厂建厂至今 对 煅烧炉 十几台次的大修几乎都 采用山东二耐砖（仅有一次采用洛耐砖）， 很少出现类似情况。 一般 ，煅烧 炉运行 10 年左右出现非火道主体的少量缺损，不影响炉子正常运行。 而 6炉采用的是山东大桥耐火材料厂供货的硅砖 ，虽然 硅砖指标合格，但 从 炉子运行 仅 4 年多就出现料罐烧穿、火道堵塞现象来看，其 实际使用效果 很 不理想。 2）炉子砌 筑、烘炉 砌筑质量对煅烧炉的生产操作和炉体使用寿命有很大影响。 6煅烧炉由中国长城铝业公 司建设公司施工，该公司具有很强的施工能力 和 丰富的筑炉经验。 砌筑过程由建设单位、监理公司和碳素厂煅烧车间质量检查人员全程监督，并严格按照 审查后的设计图纸和 筑炉要求进行，应该说砌筑质 量得到了有效控制。 烘炉过程对煅烧炉的正常运行及延长炉体使用寿命，同样起着关键作用。 根据以往对煅烧炉大修及建设的经验， 6煅烧炉烘炉过程 充分考虑了各种因素 如硅砖线性膨胀率、水分含量等 的影响，并 严格按照制定的烘炉方案及砌体加热升温曲线进行 ，最大程度的减轻了对炉体的损害。 3） 工艺操作 严格控制好煅烧温度是获得质量合格的煅后焦的关键，同时 还 减轻了硅砖承受的高温压力；合理的清理制度以及加排料制度，也有利于延长炉体寿命。 6煅烧炉建设时， 要求 硅砖 的 耐火度应不低于 1690℃，荷重软化点 9 应不低于 1650℃ ，而其 工艺 操 作 温度 ，实际运行时首、二层 火道 控制在1250～ 1380℃ ， 最高 1400℃。 从现 在及过去其它炉室的运行情况看， 即使长时间高温，也 没有出现 过 硅砖大面积粉化脱落的情况。 而且 六、七、八层 火道 处于煅烧炉低 温区（温度 控制在 1000～ 1100℃ ），也 同样有料罐烧穿现象出现。 显然，正常运行的工艺条件、工艺温度不该导致此类事情发生。 根据以上分析 、 判断 ， 最大的可能性就是硅砖 实际指标未达到质量要求，导致 6煅烧炉目前状况的原因是硅砖的质量太差。 项目提出的理由及必要性 6炉的状况 在继续恶化 ，尤其是七、八层 火道 耐 火砖的粉化脱落 情况发展下去， 将 存在 可能导致炉整体塌陷的危险 ，同时 煅烧炉 出现的严重破损问题也必然 影响煅后焦的质量 和 产量， 因此 基于以下几方面， 提出 6煅烧炉更新改造项目。 6煅烧炉的停产将直接影响碳素厂碳阳极出口任务的完成。 目前 碳素厂阳极出口订单达 11 万 t 以上 ， 保证煅后焦产能 是完成 全年 出 口任务的先决 条件。 6煅烧炉不能正常排料，给碳素厂生产 组织 带来较大困难，并且成为生产流程中新的瓶颈。 6煅烧炉 40 个料罐已有 14个停排，等于只有 26 个在运转，再加上采取保护性生产措施被迫控制煅烧炉产量，每年将减少煅后焦产 量 万 t。 如果 不 尽快对 该炉进行 更新改造，煅后焦的 减产将制约碳阳极成品产量， 影响碳素厂出口任务的完成 ，无法 满足 目前 已签订的 出口订单的要求。 （ 1） 碳素厂物料平衡计算 按照 碳素厂 年产 12 万 t 碳阳极成品 ，进行 物料平衡计算 ， 见表 13。 10 物料平衡计算表 表 13 序号 工序 加工物料 配比 成品率 实收率 加工前 加工后 1 成品 120200 2 焙烧 94% 127660 120200 3 压型 90% 141844 127660 4 混捏 99% 143277 141844 5 配料 143277 生碎熟碎返回 15% 21492 煅后焦 85% 103517 沥青 15% 18268 6 粉碎 40% 41407 7 粘结剂制备 18268 沥青溶化 92% 19856 沥青贮存 99% 20207 8 中碎筛分细碎 98% 105630 103517 9 煅 烧 75% 140840 105630 10 初碎 99% 142263 140840 （ 2）煅烧工序能力核算 碳素厂现有 5 台（ 1～ 5炉） 24 罐 八层火道顺流式罐式煅烧炉 ， 1台（ 6炉） 40 罐 八层火道顺流式罐式 煅烧炉。 按 90kg/h178。 罐，年工作日 365 天，日工作三班，班工作 8 小时，设备运转率按 95％计算， 则 1） 每台 24 罐煅烧炉年产量： 179。 24179。 24179。 365179。 95％ = 万 t； 2） 6 40 罐煅烧炉年产量： 179。 40179。 24179。 365179。 95%= 万 t。 3） 6 台煅烧炉年产量合计： += t。 4） 5 台 24 罐煅烧炉 运行时， 年产煅后焦 ： 179。 5= 万 t。 4 台 24 罐煅烧炉与 6煅烧炉运行时，年产煅后焦 ： 179。 4+= 万 t。 从物料平衡表中可 知 ，要确保碳素厂年产 12 万 t 预焙阳极，煅后焦年需求量为 万 t。 显然， 6煅烧炉 退 出后， 5 台 24 罐煅烧炉 运行， 11 煅后焦年产量将减少 万吨， 将出现 = 万 t的 缺口。 另外， 煅烧炉寿命为 8～ 10 年， 考虑 其 大修改造期为 1 年左右，实际生产中只有 5 台煅烧炉运行 ，即便 6煅烧炉仍能正常运行和排料，加上 4 台 24 罐煅烧炉 的产量 ， 也还缺 =。 因此任何一台煅烧炉非正常改造时停产，对碳素厂的产量完成 造成很大 影响。 6煅烧炉的破损将影响碳素厂 出口碳阳极 质量。 （ 1） 在煅烧炉生产过程中，温度控制是获得煅烧质量合格材料的关键，各层火道温度必须控制在一定范围内，而 由于 6煅烧炉 部分 料罐 停排或火道堵塞，直接影响煅烧炉火道温度 ； （ 2） 煅烧炉采用负压操作， 6煅烧 炉炉体漏 风 严重，破坏了煅烧炉的负压控制系统。 目前， 6煅烧炉料罐烧穿，工艺参数难以控制，煅烧料的温度达不到工艺要求，煅后焦质量经常出现波动， 造成 煅后焦真密度合格率降低 ，不能保证 煅后焦质量 合格。 （ 3） 外商对出口预焙阳极各项理化指标如 阳极的抗氧化性、电阻率、微量元素等 要求十分苛刻。 煅后焦质量对阳极质量影响很大，因此保证煅后焦质量是生产合格阳极的前提。 石油焦经煅烧后 ，须 达到如下目的： a、排除原料中的挥发物 ； b、 提高原料的密度和强度 ； c、 提高原料的导电性能 ； d、 驱除原料中的水份 ； e、 提高原料的抗氧化性能。 要 达 到上述 质量要求 ， 必须 确保 煅烧炉正常运行。 煅烧炉 稳定 运行有利于 碳素厂实现节能 减排 和清洁生产。 罐式煅烧炉 采用无外加燃料的煅烧方式，其 主要热源是石油焦本身的 12 挥发份，在 负压 作用下 引入火道燃烧对原料进行间接加热。 由于 煅烧炉 原料在料罐内进行间接加热，因此烧损小、实收率高。 但是， 6煅烧炉 部分火道和料罐烧穿 ，炉体漏风严重，而且料罐内物料与火焰直接接触， 不仅 增加了物料的烧损， 而且 浪费了 本 可以利用的 能源。 煅烧炉排出的高温烟气温度达 1000℃左右，每台炉每小时排出的高温烟气热量约为 179。 107KJ。 对高温烟气进 行回收利用 ， 对 碳素 厂节能减排 具有重 要 意义。 按 回收后烟气的温度为 300℃ 计 ，每台炉每小时排出的高温烟气可回收热量约为 179。 107KJ，折标煤 ，年可节约标煤3110t。 碳素厂 1～ 5 5 台 煅烧 炉 正常运行， 烟气余热均得到 了 有效利用，而且 经测定 该工艺最终产生的烟气清澈透明，基本不含有明显污染物，不用烟气净化 ，对碳素厂实现清洁生产十分有利。 因此， 鉴于上述理由， 有必要、 必须对 6煅烧炉进行更新改造。 . 项目概况 拟建地点 本项目为中国铝业河南分公司碳素厂 6煅烧炉更新改造项目，对 6东西两台罐式煅烧炉大修，仍在原位置进行。 6煅烧炉位于碳素厂东南位置。 建设规模与目标 建设规模为年产煅后 石油 焦 2 万 t 以上。 建设目标： 更新改造 6煅烧炉， 稳定 碳素厂 煅后焦 的 产量， 严格控制 煅后焦 的 质量 指标 ， 确保 碳阳极出口任务 的完成。 主要改造内容 本项目主要对碳素厂现有 6煅烧炉进行更新改造。 主要改造内容： 6煅烧炉东、西两台 煅烧炉炉体上部全部拆除， 更换 支撑底板 ； 13 更换或加固部分立柱 ； 更换首层 部分看火孔及炉前后测压、测温孔的铁具；更换部分砂封；更换冷却水 上水套 ，下 水套进行维修；更换烟道闸板。 恢复厂房内照明设施。 更换 炉体上安装的 全部热电偶、补偿导线、 微差压变送器、 负压管、电缆桥架 等。 主要建设条件 区域概况 （ 1）地理位置 中国铝业河南分公司碳素厂 6煅烧 炉 更新 改造项目位于河南分公司厂内西部。 河南分公司位于郑州市西部的上街区，东距郑州市区 38km，西距洛阳市 114km，南 22 km 有小关 铝 矿区，北傍黄河 7 km。 上街区周边均系荥阳市地域， 其地理座标为东经 113176。 20′ ，北纬 34176。 50′。 （ 2）交通运输条件 横贯我国东西的连霍高速公 路 (郑汴洛高速 )和陇海铁路由上街区北部通过； 310 国道 (郑洛公路 )由东向西，于该区折向南。 陇海线上街 站位于工业区北侧，工业区铁路专用线由上街站西咽喉接 轨，工业站位于上街站西南；小关 铝 矿铁路专用线在工业站西部咽喉接轨。 河南分公司生 产所需大宗原材料及产品均可通过陇海线及铁路专用线送达厂区和各地，便利的交通运输条件为河南分公司的生产和 发展提供了有利条 件。 自然条件 （ 1）地形、地貌 场地地形较平坦，地势总体上东南高西北低，地面标高介于 ～ 之间。 14 地貌单元属黄河中游右岸冲积平原。 地层由 人工填土、第四系上更新统冲积黄土状土、粉质粘土、圆砾及中更新统冲积粉质粘土等组成。 （ 2）水文条件 本区属黄河流域，区内地表水有黄河 (工业区西北 7km)，临近工业区有汜水河和河南分公司纳污河 (枯河 )。 地下水稳定水位深 ～ ，标高 ～ ，属潜水类。 （ 3） 气象条件 本区属大陆性季风气候区，夏季受海洋季风气候影响，炎热多雨；冬季受西伯利亚寒潮侵袭而寒冷干燥。 全年降水分布极为不均，降水多集中在 8 两个月，占全年降雨量的 %。 历年平均气温 ： ℃ ； 平均月最高气温 ： ℃ ； 平均月最低气温 ： ℃ ； 绝对最高气温 ： ℃ ； 绝对最低气温 ： ℃ ； 历年平均降水量 ： ； 最大年降水量 ： ； 最少年降水量 ： ； 年蒸发量平均 ： 2095mm； 常年主导风向为 ： 西南。