刘建军

 

 

引言

甘肃华鹭铝业公司是国内最早引进160KA大型预焙槽的铝冶炼生产企业之一，2001年以后又由贵阳院设计新增150台210KA电解槽，现铝锭产能为13万吨。其阳极系统主体设备为引进日本菊本炭素的下马设备，自1989投产至今，主要设备改动为新增一台φ2.2m×45m回转窑及一台18室环室焙烧炉，对54室焙烧炉炉型进行了改造，并新上一套沥青快速熔化系统，使沥青配料由干法改为湿法，在此基础上阳极系统不但完成了4万吨外销阳极生产任务，而且满足了电解系统增加产能的需要。然而由于产能的急剧增大，生阳极系统也面临着前所未有的压力，尤其2004年下半年沥青熔化系统投入运行以后，生阳极部热媒锅炉超负荷运行，瓶颈问题极为突出，对热媒锅炉进行改造已迫在眉睫。

1   热媒锅炉的现状

1.1  热媒锅炉的构成及原理
华鹭铝业公司热媒锅炉为引进日本的VCP—150N型锅炉，设备能力为150×104 Kal/h，属于燃油锅炉，依靠燃烧重油加热热媒介质油，为生阳极沥青熔化系统、预热混捏系统提供热能。锅炉系统主要由以下部分组成,见表1。

表1    热媒锅炉系统主要组成

设备	能力	台数，台
热媒锅炉	150×104 Kal/h	1
引风机	3900m3/h	1
重油贮罐	5m3	1
轻油罐	0.5 m3	1
重油泵	1.1 m3/h	2
轻油泵	2.2m3 m3/h	1
重油加热器	20KW	1
蒸汽加热器	5KW	1

重油在锅炉炉膛燃烧，其在燃烧前首先由重油加热器加热至140℃左右，之后经蒸汽充分雾化。重油燃烧后产生大量热能传递至锅炉盘管中循环的热媒介质油，热媒介质油将热能带至沥青融化系统及预热混捏系统进行传导，使固体沥青融化为液体沥青，使干料得到充分预热，使沥青与干料充分溶合，从而得到具有一定粘性及塑性的糊料，经振动成型产出预焙阳极生块。

1.2  热媒锅炉的现状及存在的问题

热媒锅炉自上世纪八十年代末引进，至今已运行十六年，锅炉系统老化严重，维护费用较高，其关键备件如重油泵、电磁阀等大多采用进口，价格昂贵且组织购买困难，年备件材料费用约在20万元左右。尤其2004年9月沥青融化系统正式投入运行后，热媒锅炉能力已不能满足生产的需要，热媒锅炉的设计能力为150×104Kal/h，热媒流量设计为100 m3/h。热媒介质油采用燕山牌YD-325型，热媒油比热为0.65Kal/Kg℃，比重为0.95g/c m3。热媒锅炉炉体热媒油出入口温差为30℃，实际生产中热媒系统流量需保持在120 m3/h，经计算实际所需热能Q实为：

 Q实 =c×ρ×△t×qv

=0.65 Kal/Kg℃×0.95 g/c m3 ×1000×30℃×120m3/h 

=222.3×104Kal/h

由此可见实际所需热能与设计热能相差较大，锅炉设计最高热媒出口温度为280℃，实际生产中，为保证生产正常，锅炉出口温度经常达到300℃以上。锅炉长期超负荷运行，造成炉盖局部受热加剧，浇注料频繁脱落，炉盖使用寿命不足一个月，同时炉体寿命缩短，关键备件损耗过速。更为严重的是，即便锅炉超负荷运行，也难以满足生产要求，沥青融化系统设计产能为4t/h,实际为保证混捏系统的正常生产，保证产品质量，生产中刻意压缩沥青融化系统热媒流量，以确保混捏系统热媒流量达到70 m3/h，结果造成液体沥青产能不足3 t/h，融化后液体沥青温度偏低，均接近生产所需临界，对整体生产平稳构成较大威胁。

2   热媒燃油锅炉的改造

2.1  热媒燃油锅炉改造的构想

    热媒锅炉由于自身能力严重不足，已成为制约红鹭铝业公司生阳极生产的主要瓶颈。2004年末，在沥青融化系统投用一年以后，我公司在考察国内相关铝厂的基础上，并结合我公司实际考虑，决定对热媒燃油锅炉实施改造。

华鹭铝业公司采用两台φ2.2m×45m回转窑进行石油焦煅烧，煅烧过程中产生大量的高温尾气，其中单台大窑约为40000N m3/h，其温度在700℃～1000℃，高温尾气主要供给余热炉用于生产蒸汽以供公司生产、生活所需，由于生产压力的增大，两台大窑常年长周期运行，蒸汽大量过剩外排，形成无谓的浪费。充分利用大窑尾气热能，采用余热锅炉替代燃油锅炉，成为热媒锅炉系统改造的最佳途径。

2.2 热媒燃油锅炉改造的实施

在广泛论证的基础上，红鹭铝业公司于2005年2月委托天津中建热载体设备有限公司对热媒锅炉系统实施改造，设计制作一台供热能力为250×104Kal/h的烟道式余热锅炉以代替原燃油锅炉，在两台回转窑沉灰室出口烟道之间加装连通烟道、烟道闸板，将回转窑的高温烟气引入余热锅炉，与余热锅炉中的导热油进行热交换，烟气温度从1000℃降到350℃左右，后经高温引风机抽出通过烟囱排入大气。余热锅炉主要设计参数参看表2。

表2  余热锅炉主要设计参数

名   称	额定热能 Kal/h	工作温度 ℃	工作压力 MPa	热媒流量 m3/h	热媒温差 ℃	烟气流量 N m3/h
数值	290×10	280	0.65	280	20	13100

新建余热锅炉与原燃油锅炉并网，沿用了原系统中的部分辅助设备（注油泵、热媒储罐等）及热媒管路系统。为保证余热锅炉供热能力，新系统增加了两台280 m3热媒循环泵，同时在总供回油管加装集、分油缸。在集、分油缸之间加装连通管，以便调节导热油的供热温度。此外对原热媒系统主管线做了局部改动，通过分、集油缸形成三条回路，其中沥青融化系统由单回路改为双回路，使沥青高位槽、失重秤及溢流槽等单独形成回路，以改变沥青融化系统管路、设备众多，导热油循环不佳的状况。考虑到热媒系统管线延伸，热媒油总量由改造前的16t增加至36t，为此新增一台V=5 m3热媒膨胀槽及一台V=24 m3的热媒油储罐，以提高系统的热稳定性及安全性。

 高温引风机选择W5-47No9C型，其设计流量为30000 m3/h，作为系统核心设备，为便于生产过程的控制及调节，保证生产的连续稳定，对其采用变频控制。热媒余热锅炉系统改造工程历时五个月，于2005年7月初顺利完成安装调试。改造后热媒系统工艺流程见图1所示。

图1  改造后热媒系统工艺流程图

3   效 果

华鹭铝业公司热媒余热锅炉替代燃油锅炉系统改造自2005年7月中旬投入生产使用已近一年，其间累计生产合格生阳极6.8万t，取得了良好的生产效果，既解决了热媒燃油锅炉制约生产的瓶颈问题，又改善了生阳极生产的有关工艺技术条件，改造后沥青融化系统生产能力显著提高，而实际生产所需热媒温度相反则有了较大降低。生产中所需热媒温度及流量均低于设计水平，热媒系统能力出现了一定富余。同时值得注意的是，热媒余热锅炉系统投产以来实现了设备无故障的目标，生产中为防止回转窑出现故障后，引风机长时间高速运行（约1600转/min）对设备构成危害，车间将其电机频率调至最高40Hz，对设备起到了最佳保护的同时，保证了生产技术条件的稳定。而原热媒燃油锅炉主体则无须再用，暂且闲置。改造前后实际生产中工艺技术条件的比较见表3。

表3   热媒锅炉改造前后实际生产中工艺技术条件对比

名  称	热媒流量	热媒温度	热媒出入口温差	沥青融化能力
单  位	m3/h	℃	℃	t/h
改造前	100～120	260～320	30	2～3
改造后	250～280	210～240	20	5～7

热媒余热锅炉替代燃油锅炉有效利用了煅烧回转窑尾气，利用单台大窑尾气量的不足三分之一即可满足生阳极车间的生产，既缓解了蒸汽余热炉的压力，又有效节约了资源。同时热媒余热锅炉替代燃油锅炉大量节约了重油的消耗，燃油锅炉生产以重油为燃料，对重油质量要求严格，要求其热值必须≥8500Kal/Kg，杂质含量≤0.25%。2000年以后，随着石油炼化行业的发展，其生产链的末端产品重油（又名渣油）已不能达到生阳极生产的要求，红鹭铝业公司生阳极生产中采用油浆代替渣油作为重油使用，沥青融化系统投产后，生阳极重油单耗约为16 Kg/t，按照年生阳极产能7.5万t计算，年重油消耗为1200t，油浆价格目前已突破3000元/t，且采购较为困难。热媒余热锅炉以回转窑尾气为热源，不再燃烧重油，因此具有可观的经济效益。

同时由于热媒余热锅炉系统设计简捷，所有设备均采用国产化，设备性能良好，维护简单，系统所需备件材料消耗费用年不足3万元。其次系统投入运行正常后，锅炉日常运行看护交由回转窑控制工兼理，原热媒系统5名专职生产人员均实施了转岗。

4   结 语

甘肃华鹭铝业公司生阳极生产过程以热媒余热锅炉替代燃油锅炉的改造，是对国家提出的节能减排、实施可持续发展战略的生动贯彻。改造项目的顺利实施既有效解决了制约生产的瓶颈问题，实现了设备无故障的管理目标，又取得了良好的经济效益，项目投产以来，年可节约备件、材料、重油及人工费用近400万元，同时改变了周边作业环境，杜绝了重油燃烧后含硫物质等的大气排放，具有一定的环保意义。该项目的改造实践说明其在行业内具备进一步推广的价值。