煅后焦质量的影响因素分析和建议

陈剑江

中海油惠州石化有限公司广东惠州516000

摘要：本文对回转窑煅烧工艺进行了简要介绍，并对煅后焦质量指标和制约主要质量指标的因素进行了详细分析。煅后焦的质量指标主要包括含碳量、真密度、粉末电阻率、灰分、挥发分、全水分及硫份等。在以上这些质量指标是衡量煅后焦质量的主要指标，了解影响煅后焦质量的因素并进行分析，以便更好的调节系统的运行状况，从而提高煅后焦的质量。影响煅后焦质量的主要因素包括原料质量；煅烧带温度、位置和长度；窑的转速；窑负压。结合我厂回转窑的运行状况对上述影响因素进行综合分析，从而使我们可以更加容易和熟练地掌握控制煅后焦产品质量的方法。在对影响煅后焦的因素进行研究分析的基础上通过综合、总结、思考，提出我的一些建议，并为以后的工作提出新的研究课题。

关键词：回转窑，煅后焦，质量，节能减排，建议

前言

本世纪初，随着电解铝的建设向大规模、高效节能的方向发展，新建的电解铝厂生产规模大部分都在10万t／a以上。目前阳极厂直接采用煅后焦作为铝用阳极的生产原料。石油焦煅烧是铝用阳极生产的首道工序，煅后焦质量的好坏将直接影响阳极炭块的质量。

石油焦是石油提炼时产生的渣油或石油沥青经过加温焦化而得到的固体碳素材料，它是石油提炼后的副产品

石油焦煅烧是碳素生产工艺过程中的一项重要工艺。经过煅烧后的煅后焦质量对后面碳素制品各项工艺的技术指标有很大影响，是生产合格铝用阳极重要前提。目前，世界上约有85%的石油焦采用回转窑煅烧[1]，其结构如图1所示。

图1回转窑系统建构简图

第2章回转窑煅烧工艺简介

2.1回转窑工艺原理

石油焦由煅前仓进入窑尾后，由于筒体的倾斜和旋转，使物料产生一个既沿着圆周方向翻滚，又沿着轴向从高端向低端移动的综合运动；物料在窑内完成干燥、预热、脱挥发和稠化等工艺过程。期间原料中开始逸出挥发分时的温度一般是200～250℃，500℃后由于裂变加剧挥发分逸出量增大，当温度上升到一定值后，气体逸出量便急剧下降，大约1200℃后基本停止逸出。煅烧结束前，气体的逸出量减少，热解的温度增加，进一步促进结构的紧密化，从而使焦碳的真密度提高、机械强度增强、导电性能提高、抗氧化性能提高[2]。

2.2窑内物料的运动

物料在窑内的运动形式比较复杂，它不仅直接影响窑内的传热过程，而且也决定着窑内气体和物料之间的燃烧反应程度，进而影响着煅烧质量。物料在窑内的运动受诸多因素的影响。每个焦炭颗粒都处于不断变化的运动状态之中。客观上讲，物料随转动的窑体在摩擦力作用下上升到一定高度，当下滑力大于摩擦力时便向下滑落和滚落，滚落至最低点后又被内衬带动上升，再滑下如此往复。由于窑体的倾斜安装，物料颗粒在上升和下滑过程中即由原位置沿窑的轴向方向前进了一段距离，结合图3，图中物料在A点位置随着窑体旋转上升，在到达A1位置时，由于下滑力大于摩擦力同时由于窑体的倾斜，此时物料会从A1位置滚落到A2位置，从而使物料向前移动。周而复始，从A1滚落到A2，又从A2上升到A3，再由A3滚落到A4，最后被排入冷却机中。

图3回转窑物料运动示意图

第3章煅后焦质量指标分析

3.1碳质烧损

延迟石油焦自身的质量对石油焦煅烧的烧损有很大的影响。随着延迟石油焦水分的增加，石油焦在回转窑内的烧损就会不断增加。有资料显示[3]，当每克石油焦中的水分被蒸发掉0.05g时，石油焦的烧损增加1.38%（绝对值），物料的灰分与烧损成比例的增加0.1%。

石油焦挥发分的增加也会使煅后焦烧损不断增加。有资料显示[4]，当石油焦中挥发分含量从10.7%增加到13%时，相对的碳质烧损会从2.41%增加到2.77%。这就意味着挥发分每增加1%，碳质烧损就会增加0.15%。

3.2真密度

真密度的大小可以反映出原料受热处理的程度。真密度是煅后焦质量的最直接体现，所以真密度的高低至关重要。有资料显示[3]，当每克石油焦中的水分被蒸发掉0.05g时，石油焦真密度下降0.003g/cm3。我厂的原料石油焦水分含量大，在备用原料库中存放时由于地面是水泥硬化，所以无法有效排除原料中的水分，造成备用库地面长时间的存有一层水，对原料造成了很大影响。在进入回转窑煅烧时由于水分的增加造成了热量需求过多。为确保煅烧质量合格必须提高预热时间和煅烧带温度，增加了投资成本。

3.3粉末电阻率

测定煅后焦粉末电阻率大小是检验煅烧程度的重要手段。煅后焦水分含量对粉末电阻率影响较大。根据化验中心反馈的结果，在煅后焦水分含量不同时测出的值会有偏差。为了能真实的反应电阻率，现化验中心进行化验前烘干操作，这样一来会对真密度造成影响，测出的真密度会偏低。

3.4灰分

石油焦经过煅烧后灰分会有所增加，灰分的主要来源为回转窑内衬，与原料中的水分含量也有一定的关系。我厂回转窑内衬现脱落较为严重，主要是由于在投产初期窑内工况不稳，造成窑内温度变化过大，对内衬造成了较大的损伤。

3.5挥发分

石油焦的挥发分过高会增加碳质烧损，影响煅后焦质量。虽然我厂没有对石油焦原料进行挥发分含量化验，但在实际的生产操作中发现在下料量、燃油量一定且系统运行稳定的情况下煅烧带温度有较大波动，此时基本可以确定是由于受到挥发分影响。因此可以根据煅烧带温度变化和燃料油用量来确定窑内工况受挥发分的影响程度。如图5所示的挥发分的逸出量和煅烧带温度的关系图。

3.6水分

石油焦在煅烧过程中随着温度的升高水分会逐渐排尽，能影响煅后焦水分含量的主要是在高温煅后焦物料进入冷却机内是所使用的冷却水量。直冷水在煅后焦进入冷却机后使其快速降温，减少碳质烧损，同时该水分马上变成高温蒸汽被排烟收尘抽走，因此，只要控制好直冷水量就不会使煅后焦水分增加。

第4章煅后焦质量的影响因素分析和建议

4.1主要的工艺影响因素

4.1.1燃料热值及用量

不同的燃料热值不同，即使同种燃料其质量不同热值也不同。在用量相同时，燃料热值高，完全燃烧时产生的热量多。而热值相同时，燃料用量大，完全燃烧时产生的热量多。如果单位时间内燃料提供的热量多，煅烧带温度高，反之温度低。显然可以知道，燃料热值高和用量大时，有助于提高产品的质量。

4.1.2助燃空气量

在回转窑的操作过程中，通常以燃料燃烧的实际燃烧空气量与理论燃烧空气量之比来衡量过剩空气量的多少，它的选择合理与否直接影响窑的热损失及热效率。如果空气系数偏小，窑中空气供应不足，燃料燃烧不良，会降低窑的热利用率；而空气系数偏大，会使窑排除的烟气量增多，将使得窑排烟热损失增大，风机的耗能也会增大，不仅会降低窑的热效率而且还会污染环境。过剩空气系数一般控制在1.05~1.15之间[2]。

4.1.3窑内负压

回转窑是负压操作环境，窑内负压的稳定与否对煅烧带温度影响巨大。如果负压过大，火焰被拉长，煅烧带热力强度和温度降低，如果负压过小，导致火焰变短，直接会影响煅烧质量。

4.1.4煅烧带的温度、长度和位置

煅烧带的温度直接关系到断后焦的质量，一般来说煅烧带温度为1300℃，过高可能造成烧损严重甚至对窑头寿命也有一定的伤害，过低就会造成煅后焦质量不合格。煅烧带过长，煅烧带热力强度和温度降低；过短，物料燃烧达不到温度要求，直接影响煅烧质量。位置离窑头过远，造成挥发分来不及燃烧就被抽走到后燃烧室燃烧，影响了煅烧带温度。离窑头过近，造成温度急剧升高，并且物料在煅烧带停留时间过短，并且会带走大量的热量，造成煅烧带温度低，物料燃烧不充分。更重要的是会影响设备寿命，对窑头造成损伤。

4.2工艺分析

通过对工艺参数的深刻理解，本着降本增效和节能减排的目的，从五月三十日到六月四日对1#线的工艺参数进行调整试验。下料量为11t/h，把窑头负压设定为在-35kpa，窑尾负压也维持在-35—-50kpa波动，在降低油流量的情况下，通过调整参数来维持煅烧带温度保证产品的质量。

根据煅烧带温度与重油流量的趋势图（图8）对比我们可以看出，重油流量的调控与煅烧带温度的变化有一定的滞后性，5月31日重油调控幅度较大，期间导致煅烧带温度降幅较大，一度降低至1250℃以下，导致真密度也曾一度降低。但在6月3、4日时，根据曲线我们可以明显看到，虽然重油流量一度降低，但是煅烧带温度曲线并没有明显降低，与6月1、2日的煅烧带温度相比还稍高一些。

图8

（图9）

在其他工艺参数条件不变情况下，重油流量的变化会引起煅烧带温度的变化，这是毋庸置疑的，5月31日的趋势图可以直观的反应这一情况，但到了6月4日时，我们大幅降低重油流量，煅烧带温度却没有明显降低，原因我们从（图9）可以比较直观的看出。

根据数据分析，在整个调试期间，前期在降低重油流量时，窑系统也随之自动降低了一次风流量和成型风流量，通过趋势图我们可以看出，一次风流量和成型风流量的波动时随着重油流量的变化而变化的。试验后期，在降低重油流量的同时，我们以手动的方式控制了一次风流量和成型风流量的风量配比，成功的提升了煅烧带的温度。也就是说使得重油在燃烧的过程中更加充分。

图10

图11

结合图10和图11，我们可以看到，通过降低油流量和提高风量的手段，结合对窑尾温度的调整，成功地以较低的油流量保证了煅后焦的质量。这说明通过调整进风量的配比，可以使得重油充分燃烧，在增加煅烧带温度的同时，也使得石油焦得到了充分的煅烧，使其质量得到了提高。通过以上的数据，我们可以得到在下料量为11t/h的情况下最佳的工艺参数。

第5章总结和建议

本篇论文详细介绍本单位的回转窑结构和系统参数，简单说明了工艺流程和原理。在说明了煅后焦基本的质量指标的前提下，列出了影响煅后焦质量的工艺因素，结合当前三厂回转窑生产的煅后焦质量和的运行情况，提出了本文的鲜明观点：通过降低窑尾温度和三次风机开度，拉长回转窑预热带，使物料有充分的时间预热并排除水分和挥发分；在降低一定油流量的情况下合理地调整一次风和成型风的配比使重油燃烧更加充分，保证了煅烧带的温度；经过充分预热的物料经过煅烧带时有较高的温度煅烧从而提高了煅后焦质量。

因此本文得出这样的一个结论：通过合理的参数调整和其他一些改进，是可以以较小的成本产生出合格的煅后焦的。在公司提倡降本增效和节能减排的时候，得到这样的结论是有一定重要意义的。

参考文献

[1]樊文国等，φ3.43/φ4.04×67.06回转窑在国内的应用[J]，轻金属，2006，12：59~61；

[2]石化三厂煅烧单元操作规程；

[3]B.F.BHIHEB（苏联），王海燕译，气体介质对石油焦煅烧质量的影响[M]，轻金属增刊-炭素专集-（3）1991，5：11~13。

[4]JeanPerronJ.H.Nguyen等（加拿大），冯绍先译。应用数学模拟使焦炭煅烧窑操作最佳化[M]，轻金属增刊-炭素专集-（4）1991，5：43~47。